Г.А.Шаумян Комплексная автоматизация
Г. А. Шаумян
Комплексная
автоматизация производственных процессов
Москва
«МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1973
Ш 12
УДК 621.9 (65.01L54+ 65,011.56)
Шаумян Г. А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М., «Машиностроение», 1973, 640 с.
Монография посвящена важной проблеме — комплексной автоматизации производственных процессов. На основе теории производительности машин и труда, разработанной автором, дан глубокий анализ общих закономерностей и путей автоматизации, обеспечивающих прогрессивность и эффективность технологического оборудования, его высокую производительность и надежность; проанализированы вопросы построения технологических процессов автоматизированного производства, выбора оптимальной степени дифференциации и концентрации операций, оптимальных режимов обработки; дана классификация систем управления автоматов, автоматических линий и станков с цифровым программным управлением, области их применения и тенденции развития; рассмотрены целевые механизмы автоматов и автоматических линий, проблемы внутр истаночного, межстаночного и межцехового транспорта.
Монография предназначена для научных и инженерно-технических работников, конструкторов и эксплуатационников.
Табл. 35, ил. 500, список лит. 42 назв.
Редактор д-р техн, наук Л. И. ВОЛЧКЕВИЧ ’Чнензент канд. техн, наук Л. Л. МАКАРОВ
3134—063
038 (01) —73
63—73
© Издательство «Машиностроение», 1973 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ........................................................  6
!• ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАШИН И ТРУДА
Глава I
Комплексная автоматизация — решающий этап развития техники ....	9
§ 1.	Основные направления и задачи автоматизации различных видов производства ............................................ 9
§2.	Основные этапы автоматизации производственных процессов 11
§ 3.	Обзор и анализ парка машин по степени автоматизации ...	19
Глава II
Производительность труда и прогрессивность новой техники......  .	32
§ 1.	Исходные положения теории производительности машин и труда......................................................... 32
§ 2.	Производительность общественного труда как критерий оценки новой техники...............................................   33
§ 3.	Пути повышения	производительности труда . .............. 42
§ 4.	Прогрессивность	новой	техники ..........................  47
Глава III
Производительность и надежность автоматов и автоматических линий 50
§ 1.	Цикловая и технологическая производительность............ 50
§ 2.	Фактическая производительность........................... 53
§ 3.	Баланс производительности и проблемы комплексной автоматизации .....................................................  56
§ 4.	Коэффициент полезного действия рабочих машин .....	62
§ 5.	Надежность и долговечность............................... 64
§ 6.	Методы анализа и расчета резервов повышения производительности действующего оборудования .............................. 81
§ 7.	Методы расчета показателей эксплуатационной надежности действующего оборудования ...................................  90
Г л а в а IV
Технологический процесс — основа автоматизации ..................... 98
§ 1.	Технологический процесс и его элементы................... 98
§2.	Основные направления развития современной технологии . . .	108
§ 3.	Технологические методы повышения производительности . . .	124
§ 4.	Дифференциация технологического процесса и концентрация операций ..................................................   127
Глава V
Агрегатирование рабочих машин ..................................    132
§ 1.	Виды агрегатирования рабочих машин ....................  133
§ 2.	Машины последовательного агрегатирования .......	137
§ 3.	Машины параллельного агрегатирования.................... 143
§ 4.	Машины последовательно-параллельного агрегатирования . .	148
Г л а в а VI
Режимы обработки и производительность автоматов и автоматических линий ...........................................................   152
§ 1.	Критерии выбора режимов обработки на автоматах и автоматических линиях	.................................... 152
§ 2.	Зависимость производительности от режимов обработки ...	157
§ 3.	Оптимальные режимы	обработки ........................  165
§ 4.	Выбор режимов обработки...............................	.	170
§ 5*	Проблемы интенсификации режимов обработки .......	177
Глава VII
Системы автоматического управления............. ................... 182
§ 1.	Классификация систем управления ........................ 182
§ 2.	Системы	управления упорами ............................. 189
§ 3.	Системы	управления копирами............................. 193
§ 4.	Системы	управления с распределительным валом .....	197
§ 5.	Системы	циклового программного управления............... 202
§ 6.	Системы	цифрового программного управления............... 205
§ 7.	Системы	управления с самонастройкой ...................  212
Глава VIII
Инженерные методы оценки экономической эффективности и прогрессив-ности новой техники................................................ 219
§ 1.	Исходные положения методики расчета сравнительной эконо-' мической эффективности техники.......................... 219
§ 2.	Рост производительности общественного труда и закон минимума трудовых затрат...................................... 223
§ 3.	Коэффициент среднегодового прироста производительности общественного труда.................................. 225
§ 4.	Коэффициент эффективности и сроки окупаемости капитальных вложений............................................. 226
§ 5.	Расчетные сроки службы техники, обеспечивающие максимальный прирост производительности	общественного	труда	230
§ 6.	Учет фактора времени при отвлечении	капитальных вложений	231
2. АВТОМАТЫ
Глава IX
Типы автоматов и область их применения............................. 245
§ 1.	Обрабатывающие автоматы................................. 246
§ 2.	Контрольные автоматы ................................... 250
§ 3.	Сборочные автоматы...................................... 256
§ 4.	Классификация токарных автоматов и полуавтоматов по видам работ..................................................... 259
Глава X
Кинематика и конструкция механизмов управления	автоматов........... 274
§ 1.	Одношпиндельные автоматы с распределительным валом	.	.	.	274
§ 2.	Многошпиндельные автоматы с распределительным	валом	.	.	288
§ 3.	Копировальные полуавтоматы ............................. 296
§ 4.	Станки с программным управлением.................... 300
§ 5.	Многоцелевые станки с программным управлением....... 311
Глава XI
Программирование рабочего цикла автоматов.......................... 319
§ 1.	Общие положения......................................... 319
§ 2.	Проектирование рабочего цикла токарных автоматов с распределительным валом...................................... 327
§ 3.	Программирование рабочего цикла станков с цикловым программным управлением ..................................... 341
§ 4.	Программирование рабочего цикла станков с цифровым программным управлением ..................................... 347
Глава XII
Механизмы рабочих ходов автоматов ................................. 354
§ 1.	Типы целевых механизмов ................................ 354
§ 2.	Суппорты автоматов ..................................... 355
§ 3.	Силовые головки ........................................ 372
Глава XIII
Механизмы питания автоматов ....................................... 386
§ 1.	Механизмы	питания для бунта............................. 387
§ 2.	Механизмы	пруткового питания ..........................  389
§ 3.	Механизмы	бункерного питания ........................... 395
§ 4.	Механизмы	магазинного питания........................... 401
§ 5.	Автооператоры .......................................... 408
Глава XIV
Механизмы зажима, поворота и фиксации............................ 423
§ 1.	Механизмы зажима ..................................... 423
§ 2.	Поворотные устройства ................................ 438
§ 3.	Механизмы поворота ................................... 439
§ 4.	Механизмы фиксации ................................... 451
Глава XV
Компоновка автоматов ............................................ 458
§ 1.	Принципы выбора компоновочных решений................. 458
§ 2.	Выбор геометрической оси ............................. 459
§ 3.	Компоновка одношпиндельных автоматов ................. 464
§ 4.	Компоновка многошпиндельных автоматов ................ 464
-§ 5. Компоновка станков из нормализованных узлов........... 473
5. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ, ЦЕХИ И ЗАВОДЫ
Глава XVI .
Типы автоматических линий ......................................  479
§ 1.	Тенденции развития автоматических линий .............. 479
§ 2.	Автоматические линии из агрегатных станков............ 481
§ 3.	Автоматические линии из типового оборудования......... 487
§ 4.	Автоматические линии из специального оборудования ....	491
§ 5.	Переналаживаемые автоматические линии................. 494
§ 6.	Исследования производительности и надежности действующих автоматических линий ....................................  496
Глава XVII
Производительность автоматических линий и структура их компоновки 507
§ 1.	Производительность автоматических линий в зависимости от степени дифференциации и концентрации операций............ 507
§ 2.	Производительность автоматических линий при различных структурных схемах компоновки ............................ 513
§ 3.	Производительность автоматических линий в зависимости от надежности станков, механизмов и устройств................ 519
§ 4.	Выбор структуры автоматических линий.................. 524
§ 5.	Конструктивная компоновка автоматических линий .....	531
Глава XVIII
Системы управления автоматических линий . ....................... 541
§ 1.	Функции и особенности построения систем............... 541
§ 2.	Схемы управления работой агрегатов в линии	......	544
§ 3.	Системы управления рабочим циклом линии .............. 549
§ 4.	Схемы управления и взаимной блокировки независимо работающих агрегатов ......................................... 558
§ 5.	Схемы сигнализации и отыскания неисправностей в цепях управления автоматических линий .......................... 564
Глава XIX
Целевые механизмы автоматических линий........................... 567
§ 1.	Транспортные механизмы линий	с	жесткой	связью ....	567
§ 2.	Транспортные механизмы линий	с	гибкой	связью.......... 574
§ 3.	Механизмы изменения ориентации ....................... 583
§ 4.	Механизмы фиксации и зажима	......................... 584
§ 5.	Накопители заделов ................................... 591
§ 6/	Механизмы удаления отходов............................ 597
Глава XX
Механизмы и системы комплексной автоматизации...................  609
§ 1.	Механизмы и системы внутрицехового и межцехового транспортирования ............................................. 610
§ 2.	Механизмы автоматического	складирования .............. 614
§ 3.	Автоматизация управления	производством................ 618
§ 4.	Тенденции развития систем комплексной автоматизации . . .	628
Список	литературы ........................................... 633
ПРЕДИСЛОВИЕ
Автоматизация процессов производства лежит в основе развития всех отраслей промышленности. Плановое внедрение автоматизации во все отрасли производства обеспечивает дальнейший расцвет социалистической индустрии и служит одним из мощных рычагов строительства коммунистического общества. Одна из основных закономерностей развития техники на современном этапе заключается в том, что автоматизация, охватывая все новые звенья производственного процесса, становится комплексной, вызывая революционные изменения в технологии, технике и организации производства.
В решениях XXIV съезда КПСС предусмотрено, в частности, создание систем машин для комплексной механизации и автоматизации важнейших производственных процессов, увеличение единичной мощности основных технологических агрегатов с учетом их экономичности, обеспечение высоких темпов роста выпуска и внедрения автоматического оборудования с цифровым программным управлением.
Социалистическое воспроизводство, его темпы определяются интенсивностью процесса накопления производственных фондов и обеспечиваются ростом производительности общественного труда на базе непрерывного научно-технического процесса. Актуальнейшей проблемой технических наук является раскрытие противоречий развития техники, выявление и формулирование объективно существующих закономерностей и определение наиболее эффективных путей технического прогресса. Ключом к решению этой проблемы является указание В. И. Ленина, что рост производительности труда есть самое важное, самое главное для победы нового общественного строя. Обоснование наиболее перспективных направлений в развитии техники и путей решения проблем технического прогресса является важнейшей задачей науки.
Выполняя решения партии и правительства, советские станкостроители добились больших успехов в разработке новых прогрессивных технологических процессов, создании совершенных конструкций автоматов, станков с программным управлением, автоматических линий и цехов. Ленинские премии присуждены коллективам, создавшим автоматический цех по производству подшипников на 1ГПЗ и комплекс автоматических линий обработки блока цилиндров двигателя на ЗИЛе. Многие образцы первоклассной техники, в том числе станки с программным управлением,получили высокую оценку на международных выставках и ярмарках. Яркой демонстрацией достижений отечественного станкостроения явилась выставка «Станки-72», где были широко представлены образцы станков с программным управлением.
Сравнивая производительность. предприятия с непрерывным потоком с надежностью цепи, которая зависит от прочности каждого звена в отдельности, можно сказать, что простой машины, равно как и брак, приводящий к разрыву «звена», означает прорыв в работе всего предприятия. Подобно тому, как развитие рабочих машин идет по линии увеличения их технологической производительности, сокращения холостых ходов и внецикловых потерь, что приводит в конечном счете к автоматической рабочей машине, так и совершенствование предприятия идет по линии сокращения непроизводительных потерь всех видов и к повышению его производственной мощности. Наиболее совершенным предприятием является такое, в котором обеспечены строгий производственный ритм и минимальные потери.
б
Высшая ступень автоматизации — создание завода-автомата, в котором понятия гигантской автоматической рабочей машины и полностью автомати-зированного предприятия сливаются в единое целое — в комплексную автоматическую систему машин.
Автоматизация привела к невиданному прогрессу в конструировании машин и одновременно к резкому повышению требований к качеству конструкций, методам изготовления и сборки, монтажа и отладки машин, поставила новые, сложные задачи перед наукой о машинах. Если раньше классическое направление расчета и конструирования базировалось в основном на таких научных направлениях, как сопротивление материалов, кинематика и динамика машин, то для создания автоматов и автоматических линий, решения задач комплексной автоматизации этого уже недостаточно. Новые автоматы и линии могут быть правильно рассчитаны по кинематике и прочности и в то же время будут непригодны к эксплуатации из-за низкой производительности и экономической эффективности. Именно с этих позиций изложены в данной книге научные основы проектирования автоматизированного оборудования, решения задач комплексной автоматизации производства. Наконец, вопросы перспективного проектирования требуют от конструкторов и технологов не только знания фундаментальных наук, но и широкого инженерного кругозора, понимания сущности и закономерностей процессов развития техники.
Технический прогресс и экономическая эффективность производства — это две неразрывно связанные проблемы, которые не могут быть решены изолированно, обособленно друг от друга. Успешное их решение является результатом поиска на стыке технических и экономических наук, на базе теории производительности машин и труда.
Таким образом, с точки зрения решения задач технического прогресса в машиностроении, различных направлений в проектировании новой техники» можно сформулировать две основные задачи, которые должна решать наука о машинах: 1) прикладные задачи — разработка и исследование новых технологических процессов, механизмов и устройств, создание новых методов расчета и анализа, позволяющих изготовлять новую технику с более высокими технико-экономическими показателями, решать конкретные задачи расчета, проектирования и эксплуатации новых машин и систем машин на более высоком уровне; 2) проблемные задачи — выявление и анализ объективных закономерностей технического прогресса в машиностроении, тенденций развития, причинной связи явлений, общих законов построения, анализа и синтеза машин, научное прогнозирование.
Настоящая книга, которая обобщает многолетнюю работу автора по проблемным вопросам автоматизации, посвящена не только разработке и исследованию новых технологических процессов, механизмов и устройств, но и анализу закономерностей развития автоматизации, путей ее развития, выявления важнейших проблем, требующих своего решения. Теоретической основой такого анализа служит теория производительности машин и труда, которая позволяет рассматривать вопросы проектирования и эксплуатации машин в их диалектической взаимосвязи. Основные положения этой теории изложены в первом разделе книги. Второй и третий разделы посвящены решению практических вопросов автоматизации производственных процессов на различных ее стадиях с позиций теории производительности машин и труда.
Автор надеется, что книга будет полезна конструкторам, производственникам и ученым, перед которыми открыты широкие перспективы по созданию автоматических машин, линий, цехов и заводов по осуществлению самых разнообразных комплексных технологических процессов. Она может быть использована так же, как учебное пособие преподавателями и студентами машиностроительных вузов при изучении курсов «Автоматы и автоматические линии» и «Автоматизация производственных процессов».
1
Основы теории производительности машин и труда
Глава I
КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ —
РЕШАЮЩИЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ
1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ПРОИЗВОДСТВА
Современная технологическая наука делит машино-строительное производство по своему характеру на массовое, серийное и единичное с внутренним подразделением (например, на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное). При массовом производстве технологическое оборудование специализируется на выполнении одинаковых, повторяющихся операций технологического процесса без переналадки. При серийном производстве технологическое оборудование специализируется на выполнении двух или нескольких закрепленных операций, чередующихся в определенной последовательности. При единичном производстве оборудование загружается различными работами и не имеет постоянно закрепленных операций или объектов обработки.
Важнейшими показателями, характеризующими вид производства, являются количество и номенклатура выпускаемых изделий. При этом на одном и том же предприятии производство может иметь различный характер. Так, предприятия, выпускающие автомобили, тракторы, подшипники, радиолампы, телевизоры и т. п., которые необходимы народному хозяйству в огромных количествах, являются, как правило, предприятиями массового производства. В основных цехах таких предприятий, где выполняются массовые процессы обработки и сборки однотипных изделий, оборудование работает без переналадок, выполняя только одинаковые, повторяющиеся операции в течение длительного времени, пока объекты произ водства не будут заменены. В то же время в инструментальных, ремонтных и других вспомогательных цехах, где массовость выпускаемой продукции, необходимая для нормального функционирования основных процессов, невелика, оборудование работает в условиях серийного, а зачастую и единичного производства.
Характер производства предъявляет определенные требования к технологическому оборудованию. Если в условиях массового производства со стабильным характером выпускаемой продукции главным требованием к рабочим машинам является высокая производительность, то для условий серийного и единичного производств первостепенное значение приобретают универсальность и мобильность средств производства при обеспечении во всех случаях
требуемого качества продукции. Под универсальностью понимается способ-ность оборудования к переналадке на возможно широкий диапазон обрабатываемых изделий. Мобильность определяется быстротой перехода с выпуска одних изделий на другие.
Как правило, чем выше производительность оборудования и степень его автоматизации, тем ниже показатели универсальности и мобильности. Например, большинство современных автоматических линий являются специальными, т. е. предназначены для выполнения определенного круга операций обработки, контроля или сборки одного единственного изделия. Наоборот, малопроизводительное универсальное оборудование пригодно обычно для производства самых разнообразных изделий. Именно массовое производство породило современные высокопроизводительные специальные станки, автоматы, полуавтоматы, станки-комбайны и автоматические линии.
Массовое производство одних и тех же изделий в течение многих лет позволяет создать дорогостоящие, предельно автоматизированные, высокопроизводительные средства производства, так как за длительные сроки службы техники выпускается такая масса продукции, что затраты легко окупаются.
Сроки службы техники не всегда определяются ее физической долговечностью. Чаще всего они определяются качеством выпускаемой продукции, требования к которому постоянно растут, заставляя модернизировать или вовсе заменять выпускаемую продукцию. Например, нам выгодно наладить массовый выпуск металлорежущих станков определенного типа путем создания станков-комбайнов и автоматических линий для их выпуска, как это принято при производстве автомобилей. Разумеется, таким путем можно выпускать станки высокого качества с минимальной себестоимостью, если сроки выпуска станков будут длительными (N > 10 лет). Но это означало бы, что 10 лет мы будем выпускать станки одного и того же качества, пренебрегая требованиями непрерывного их совершенствования. Фирмы, выпускающие более дорогие станки мелкими сериями того же назначения, что и в первом случае, за эти 10 лет могут непрерывно совершенствовать выпускаемые станки, так что, хотя они и будут дороже, чем станки массового выпуска, но по производительности, точности и степени автоматизации они будут намного лучше первых. Для потребителя всегда выгоднее иметь один станок, чем два, для выполнения той же работы. Отсюда естественное стремление к производству станков более высокого качества.
Здесь под качеством понимаем сложный комплекс, включающий в себя производительность, точность, надежность, степень автоматизации, удобство обслуживания, техническую эстетику и др. В зависимости от назначения изделия эти характеристики, естественно, будут иными. Можно сказать, что качество технологических машин определяется тем, насколько с их помощью производят больше, лучше и дешевле.
Как видим, качество и массовость входят в противоречие, так как первое требует непрерывно совершенствовать продукцию (быстросменность производства), а второе — постоянства выпуска продукции данного качества. Наиболее остро это противоречие проявляется при изготовлении предметов массового производства, которые в силу своего назначения и спроса должны в кратчайшие сроки выпускаться сотнями тысяч, миллионами. Так, предметы потребления (например, обувь, одежда, бытовая техника и даже мебель), с одной стороны, требуют налаженного массового производства, а с другой — непрерывного совершенствования моделей выпускаемых изделий. Еще более ужесточены сроки сменяемости продукции в области радиотехники, приборостроения, средств связи, оборонной техники. Таким образом, быстросменность производства — это признак, присущий не только мелкосерийному производству, как это принято считать, а характерный признак развития современной техники.
За последнее десятилетие во всем мире широким фронтом идут работы по автоматизации мелкосерийного производства. Все исследователи объясняют это тем, что удельный вес мелкосерийного производства еще велик (до 80%), а не той новой тенденцией в развитии техники, которая предопределяется непрерывными быстрыми темпами совершенствования качества объектов производства.
Известно, что темпы изменения качества объектов производства настолько сейчас велики, что прежние понятия о сроках службы (N = 10, 20, 30 лет) совершенно неприемлемы. Многие машины, аппараты, приборы, изделия быта настолько быстро совершенствуются, что невозможно говорить о длительных сроках пуска продукции одного и того же качества, и следовательно, о длительных сроках службы средств производства для этой продукции. Во многих случаях сроки выпуска сокращаются до одного года, а то и нескольких месяцев. Эта неумолимая тенденция в развитии техники требует пересмотра укоренившихся взглядов, и наряду с известной характеристикой видов производства (мелкосерийное, серийное и массовое) необходимо видеть рождение принципиально нового вида производства со следующей характеристикой: массовое быстросменное производство.
Как видим, имеет место сочетание двух противоречивых взаимоисключающих характерных черт производства. До сих пор быстросменность была характерной чертой мелкосерийного производства, а массовость — стабильного производства. Это диалектическое противоречие и является тем движущим началом технической революции, свидетелями и участниками которого мы являемся. И весь мир ищет не только средства и способы автоматизации мелкосерийного производства, но и средства для нового вида быстросменного •массового производства. Следовательно, на данном этапе развития техники ее движущим началом является противоречие между массовостью и быстро-сменностью производства. Разумеется при определении эффективных путей развития техники необходимо исходить из этого условия.
Таким образом, важнейшей проблемой автоматизации является проблема мобильности техники. При современных темпах развития техники с быстро-сменяющимися объектами производства проблема мобильности требует разрешения противоречия между массовостью и быстросменностью, количеством и качеством путем резкого снижения средств и времени на автоматизацию производственных процессов и создания принципиально новых систем автоматизации. Современные методы и средства автоматизации решают задачи повышения производительности труда в первую очередь в условиях массового и крупносерийного производств. Поэтому создание новых мобильных средств и систем автоматизации, которые, обладая всеми достоинствами высокой производительности, позволяли бы свободно переходить с одного вида продукции на другой, является первоочередной проблемой.
Эта гигантской трудности задача должна быть решена для того, чтобы автоматизация из рычага технического прогресса не превратилась в его тормоз.
§ 2. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
В условиях крупносерийного и массового производств автоматизация на первом этапе обеспечивает значительный экономический эффект благодаря повышению качества продукции, росту производительности, сокращению количества обслуживающих рабочих и занимаемых площадей. Например, для выпуска в одну смену 1800 внутренних колец шарикоподшипников необходимо иметь либо 44 токарных станка, либо 28 токарно-револьверных станков. Однако тот же сменный выпуск может быть обеспечен пятью одношпиндельными или двумя многошпиндельными автоматами.
to
1K62
fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fakfa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fafa fa fa fa fa fa fa к fa fa fa fa fa h fa fa к fa fa fa к fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fafa fa fa fa fafafifafafa fa fa fafafafafakfafa fafafafafafatata fa fa fa fa
Рис. 1-1. Сравнение эффективности производства при использовании оборудования с различной степенью автоматизации’
На рис. Ь1 наглядно показаны сравнительные технико-экономические показатели различных взаимозаменяемых типов станочного оборудования (рис. 1-1, а): количество единиц оборудования для одинакового выпуска продукции, занимаемая площадь, число обслуживающих рабочих (рис. 1-1, б), производительность (рис. 1-1, в). В качестве базового варианта приняты универсальные токарные станки. Применение токарно-револьверных станков, имеющих вдвое большую производительность, позволяет существенно сократить занимаемую площадь и почти вдвое — необходимое количество обслуживающих рабочих (операторов и наладчиков). Дальнейшее сокращение необходимого количества оборудования, площадей и обслуживающих рабочих обеспечивается путем применения одношпиндельных (например, 1Б140) и многошпиндельных полуавтоматов, которые производительнее токарных станков соответственно в 8 и 20 раз.
Таким образом, продукция, для выпуска которой потребовалось бы 100 универсальных станков и 100 рабочих, может быть выпущена пятью многошпиндельными автоматами, которые обслуживаются двумя рабочими. Однако и этот станочный вариант прогрессивен лишь тогда, когда масштабы выпуска сравнительно невелики. Необходимы качественно новый уровень производительности автоматизированного оборудования, новые технологические и конструктивные решения, более высокая степень автоматизации. Созданный на базе нового прогрессивного метода обработки — попутного точения — многошпиндельный автомат непрерывного действия «токарный центр» заменяет по производительности пять современных многошпиндельных автоматов.
Анализируя историю и тенденции развития автоматизации производственных процессов, можно отметить три основных этапа, на которых решались различные по своей сложности задачи: 1) автоматизация рабочего цикла, создание машин-автоматов и полуавтоматов; 2) автоматизация системы машин, создание автоматических линий; 3) комплексная автоматизация производственных процессов, создание автоматических цехов и заводов.
Первым этапом автоматизации является автоматизация рабочего цикла, создание автоматов и полуавтоматов. Появление автоматов явилось неизбежным следствием развития и совершенствования конструкции рабочих машин. Любая рабочая машина состоит из трех основных механизмов: двигательного, передаточного и исполнительного. Основным является исполнительный механизм, определяющий технологические возможности машины, производительность и качество обработки. Наблюдая за работой машины, легко заметить, что кроме основных рабочих движений исполнительного механизма, производящих обработку, контроль или сборку, имеются движения, непосредственно не связанные с обработкой (подвод и отвод, зажим и разжим, включение и выключение и т. д.).
С точки зрения выполнения технологического процесса все перемещения рабочих органов машины можно разделить на рабочие и холостые. Рабочими ходами называются такие движения, во время которых производится непосредственно обработка материалов. Холостыми ходами называются вспомогательные движения, которые служат для подготовки рабочих ходов (загрузка и зажим заготовки, подвод и отвод инструмента и т. д.). Обработка одного изделия требует обычно полного комплекса рабочих и холостых ходов, время выполнения которых определяет время рабочего цикла машины:
Т = tp +
где /р — время рабочих ходов;
/х — время холостых ходов.
Отдельные рабочие и холостые ходы могут совмещаться между собой.
Любая рабочая машина самостоятельно производит рабочие ходы. Если машина кроме рабочих ходов самостоятельно выполняет и холостые, то она
представляет собой автоматическую машину или автомат. Автоматом называется самоуправляющаяся рабочая машина, которая при осуществлении технологического процесса производит все рабочие и все холостые ходы цикла обработки, кроме контроля и наладки. Таким образом* необходимым и достаточным условием для работы автомата является наличие механизмов рабочих и холостых ходов и системы
Рис. 1-2. Автомат 1А240	управления, КОТОрНЯ ОСу-
ществляет запрограммированную последовательность всех элементов рабочего цикла.
На рис. 1-2 показан токарный многошпиндельный автомат 1А240. Автомат производит операции обтачивания, сверления, зенкерования, развертывания, нарезания резьбы.
На рис. 1-3 приведена схема классификации механизмов автомата. Как показано на схеме, исполнительный механизм рабочих и холостых ходов распадается на ряд механизмов, каждый из которых выполняет определенный элемент рабочего цикла — операцию. Количество и назначение целевых механизмов определяются технологическим назначением и схемой работы автомата. Токарный многошпиндельный автомат, например, имеет продольный суппорт, производящий продольную обработку на всех позициях, и несколько поперечных суппортов, каждый из которых обслуживает одну или две позиции. Кроме того, автомат имеет обычно целый ряд дополнительных приспособлений (быстросверлильное, резьбонарезное и др.).
Механизмы холостых ходов выполняют операции, связанные с перемещением и закреплением заготовок. К ним относятся, прежде всего, подача
Рис. 1-3. Структурная схема автомата
Узлы станка.
Поворот распределительного вала в град 30 60 90 120 150 180 210 200 270 300 330
быстрый Рабочая отвод ИОИга подача
Выстой
Продольный суппорт

Нижний передний Нижний задний Верхний задний Верхний передний Подачи прутка Зажима прутка Упора прутка Подъёма шпинд. блока Поворота шпиндблока Фиксации Обгона
быстрый подвод
Рис. 1-4. Циклограмма многошпиндельного токарного автомата
прутка и его зажим. Шпиндельный блок периодически поворачивается специальным механизмом. Точность положения шпиндельного блока во время обработки обеспечивается механизмом фиксации. Для уменьшения износа опор шпиндельного блока и сохранения его долговечности перед поворотом шпиндельный блок приподнимается над опорами. Эту операцию выполняет механизм подъема шпиндельного блока.
Управление рабочим циклом работы всех механизмов построено на механической основе. Главным органом управления является распределительный вал, на котором находятся кулачки, управляющие отдельными механизмами.
Для графического изображения рабочего цикла автоматов и автоматических линий широко применяются циклограммы. На рис. 1-4 приведена циклограмма автомата, изображенного на рис. 1-3, которая показывает координацию работы всех целевых механизмов в зависимости от угла поворота распределительного вала.
Если отсутствует один из основных механизмов для осуществления холостых ходов, автоматический цикл прерывается и для его повторения требуется обязательное вмешательство рабочего. Наиболее часто таким отсутствующим механизмом является механизм питания, что связано с большими трудностями в создании надежных механизмов загрузки заготовок сложной формы. В таких случаях рабочая машина, выполнив весь рабочий цикл, автоматически выключается и все механизмы отводятся в исходное положение. Рабочий снимает обработанную деталь, устанавливает новую заготовку и включает станок, после чего весь цикл работы повторяется.
Полуавтоматом называется машина, работающая с автоматическим рабочим циклом, для повторения которого требуется вмешательство рабочего.
На рис. 1-5 показан токарный одношпиндельный патронный полуавтомат, где вручную производится лишь загрузка заготовок, включение машины и съем готовых деталей. Во многих случаях полуавтоматы строятся на базе соответствующих конструкций автоматов и имеют одинаковую с ними компоновку, систему управления, механизмы рабочих и холостых ходов (кроме механизмов питания и др.).
Высшей формой автоматизированного производства на первом этапе автоматизации являются поточные линии из полуавтоматов, и автоматов, где при обслуживании машин человек осуществляет наладку машин, контроль за правильным протеканием технологического процесса и исправление возни-
Рис. 1-5. Токарный одно шпиндельный полуавтомат
кающих неполадок (смена инструмента, регулировка механизмов машины и т. д,). Если поточные линии компонуются из полуавтоматов, их обслуживают кроме рабочих-наладчиков рабочие операторы, которые загружают и выгружают обрабатываемые детали. Таким образом, на первом этапе автоматизируются .технологические процессы. При этом межстаночная транспортировка деталей, межоперационный контроль, уборка стружки и т. д. в пределах технологической поточной линии производятся вручную, так же как и внутрицеховая транспортировка, складирование и хранение заделов и т. д. Автоматизация технологических процессов на первом этапе охватывает, как правило, лишь отдельные операции обработки, а сборка, контроль и упаковка готовой продукции производятся вручную с применением средств механизации.
Вторым этапом автоматизации является автоматизация системы машин, сэздание автоматических линий, объединяющих в себе выполнение разнообразных операций обработки, контроля, сборки, упаковки и т. д. Автоматической линией называется автоматическая система машин, расположенных в технологической последовательности, объединенных средствами транспортировки, управления, автоматически выполняющих комплекс операций, кроме контроля и наладки.
На рис. 1-6 показана структурная схема автоматической линии. Как показывает сравнение с автоматом (см. рис. 1-3), автоматическая линия представляет собой более высокую ступень развития исполнительного механизма. Отдельные автоматы, встроенные в линию, являются элементами, выполняющими рабочие ходы (операции обработки, контроля, сборки), т. е. выполняют в линии те же функции, что и механизмы рабочих ходов в отдельном автомате. Холостые ходы в линии выполняются механизмами межстаночной транспортировки, накопления заделов и т. д., которые на первом этапе автоматизации выполняются вручную.
На рис. 1-7 показана планировка типовой автоматической формовочной линии конструкции Научно-исследовательского института тракторного и сельскохозяйственного машиностроения. Линия состоит из конструктивно независимых участков: выбивки и распаровки форм, формовки низов, фор-16
Автоматическая линия
мовки верхов, спаривания, заливки, охлаждения отливок и управляется посредством командоаппарата /. Отливки выбиваются на пневматическом прессе 2, после чего в отдельном помещении пропускаются сквозь очистной барабан или виброрешетку. Опоки после выбивки поступают на распаров-щик 3, где верхняя и нижняя опоки отделяются и направляются на соответствующие формовочные прессы 4а и 46, На участке изготовления нижних форм, который используется как накопитель полуформ, устанавливаются стержни. Полуформы соединяются в спаривателе 5. Для собранных форм предусмотрен накопитель 6. В накопителе формы заливаются, после чего происходит охлаждение отливок в процессе их транспортирования до участка распаровки и выбивки.
Создание автоматических линий потребовало решения новых, более сложных задач, по сравнению с задачами автоматизации на первом этапе.
Первая из них — создание автоматической системы межстаночной транспортировки обрабатываемых деталей с учетом неодинакового ритма работы станков, а также несовпадения по времени их простоев из-за возникающих неполадок. Следовательно, система межстаночной транспортировки должна включать не только транспортеры, но и автоматические магазины-накопители для создания и расходования межоперационных заделов, устройства управления и блокировки системы машин. При этом необходимы не только согласование между собой рабочих циклов отдельных машин, а также транспортирующих механизмов, но и блокировка на случай всевозможных
Рис. 1-7. Планировка автоматической формовочной линии
неполадок (поломки, выход размеров за пределы поля допуска, контроль правильности выполнения команд, отыскание неполадок и т. д.). Системы управления рабочим циклом машины на базе распределительного вала здесь оказываются уже непригодными из-за плохой дистанционности. Это вызывает появление новых систем управления, основанных на применении гидравлических, электрических и электронных устройств, легко поддающихся программированию. На втором этапе автоматизации решается и задача создания средств автоматического контроля, в том числе активного контроля с корректировкой работы станка.
Экономический эффект на втором этапе автоматизации обеспечивается не только повышением производительности машин при встраивании их в автоматические линии, но и значительным сокращением затрат ручного труда благодаря автоматизации межстаночной транспортировки, контроля, уборки стружки и т. д.
Третьим этапом автоматизации является комплексная автоматизация производственных процессов — создание автоматических цехов и заводов. Под комплексной автоматизацией следует понимать такую автоматизацию, которая охватывает весь комплекс производства изделия (например, автомобиля), когда все стадии его производства, начиная с исходных материалов и полуфабрикатов и кончая сборкой, автоматизированы. Такое направление автоматизации позволяет обеспечить высокие темпы технического прогресса.
Комплексная автоматизация связана с высокой технической оснащенностью всех звеньев производственного процесса, с максимальным сокращением длительности производственного цикла, с внедрением автоматических систем управления производством.
Автоматическим цехом или заводом называется цех или завод, в котором основные производственные процессы осуществляются на автоматических линиях. Здесь решаются задачи автоматизации межлинейной и межцеховой транспортировки, складирования, уборки и переработки стружки, диспетчерского контроля и управления производством.
На рис. 1-8 представлена структурная схема автоматического цеха, оснащенного роторными линиями. Здесь элементами, выполняющими рабочие ходы, являются уже автоматические линии со своими технологическими роторными машинами, механизмами транспортировки, управления и т. д. В автоматических цехах и заводах межлинейное транспортирование и накоп-
Рис. 1-9. Конвейерная система внутрицехового транспортирования
ление заделов являются холостыми ходами; система управления цехом также выполняет новые, более сложные задачи.
Изменение масштабов автоматизации требует и иных методов ее решения. Так, если для мехстаночной транспортировки применяются разнообразные транспортеры, то межцеховая транспортировка требует системы конвейеров с автоматическим адресованием. В качестве примера на рис. 1-9 показана система подвесных толкающих конвейеров в зоне подвесного склада автомобильных кузовов. Как видно, подобные системы решают значительно более сложные задачи, чем обычные межстаночные транспортеры. Соответствующим образом усложняются системы отвода стружки, которые должны обслуживать уже не отдельные станки и линии, а целые цехи. Качественно отличаются и автоматические линии. Если на втором этапе автоматизации автоматические линии охватывают в основном только процессы механической обработки, то комплексные автоматические системы охватывают все звенья производственного процесса, начиная с заготовительных операций, кончая сборкой, испытанием готовой продукции, упаковкой и отгрузкой.
Важнейшей особенностью комплексной автоматизации производственных процессов как нового этапа технического прогресса является широкое применение вычислительной техники, в первую очередь ЭЦВМ, которые позволяют решать не только задачи управления производством, но и гибкого управления технологическими процессами.
§ 3. ОБЗОР И АНАЛИЗ ПАРКА МАШИН ПО СТЕПЕНИ АВТОМАТИЗАЦИИ
В машиностроительной промышленности особое место занимает парк металлорежущих станков, от степени совершенствования которых зависит уровень всего машиностроения в целом. Поэтому исторические тенденции автоматизации металлорежущего оборудования наиболее полно характеризуют развитие автоматизации машиностроения в целом. Рассмотрим основные группы машин по степени автоматизации с точки зрения их характерных особенностей и целесообразности применения. При этом будем руководство-

Рис. 1-10. Этапы	автоматизации металлорежущих станков:
/ =. универсальные станки с ручным управлением; 2 — универсальные автоматы и полуавтоматы; 3 =— специализированные и специальные автоматы и полуавтоматы; 4 — агрегатные станки; 5 — автоматические линии из агрегатных станков; 6 — автоматические линии из универсального оборудования; 7 — автоматические линии из специального оборудования; 8 — станки и автоматические линии с программным управлением; 9 — автоматические цехи из унифицированного оборудования; 10 — автоматические цехи из универсального и специального оборудования
ваться следующими критериями сравнительной оценки различных групп оборудования: производительность, надежность в работе, стоимость (цена оборудования), универсальность, мобильность, количество обслуживающих рабочих.
Покажем, что развитие автоматизации неизбежно связано с улучшением одних показателей — прежде всего повышением производительности и сокращением количества обслуживающих рабочих, и ухудшением других — снижением универсальности и мобильности, повышением стоимости. Представленная на рис. 1-10 спираль развития техники отражает исторически сложившиеся этапы автоматизации в машиностроении на примере металлорежущих станков, которые можно разбить по степени автоматизации на 10 групп. При этом каждая группа является не просто промежуточной исторической категорией, которая отмирает по мере появления более совершенных, а новой ступенью развития. Оборудование, относящееся к каждой группе, имеется на любом машиностроительном заводе. Радиус-вектор по оси времени условно показывает развитие технического прогресса машин, начиная с исходного уровня (1917 год — малая окружность) за 50 лет (большая окружность).
К первой группе относятся универсальные станки с ручным управлением, которые постоянно совершенствуются и оснащаются в настоящее время элементами автоматического управления — так называемой малой автоматизацией. Однако это не меняет их основного характерного признака — необходимости постоянного участия человека в выполнении холостых ходов и управлении последовательностью цикла обработки. Главным преимуществом станков с ручным управлением является их универсальность. Второе преимущество?— высокая мобильность, т. е. возможность быстрой переналадки станка на обработку других изделий. Основной недостаток — малая производительность, что объясняется в первую очередь, малым совмещением операций из-за ограниченных возможностей человека, обслуживающего станок.
Высокая универсальность и мобильность станков с ручным управлением обусловили их применение в единичном и мелкосерийном производствах, где основной недостаток — низкая производительность, не играет решающей роли. Однако в настоящее время универсальные станки с ручным управлением вынуждены широко использовать и в массовом быстросменном производстве (например, в приборостроении, авиастроении и т. п.), так как высокопроизводительное, но дорогое специальное оборудование не может окупиться из-за малых сроков службы.
Увеличение масштабов производств, цотребность в изготовлении определенного количества одних и тех же изделий, например деталей автомобиля, 20
обусловили появление второй группы станков — универсальных автоматов и полуавтоматов, особенностью которых являются высокая цикловая производительность и степень автоматизации. Например, современный многошпиндельный токарный автомат может заменить по производительности до 20 универсальных токарных станков путем максимального совмещения всех холостых и рабочих операций, большого количества одновременно работающих инструментов, высоких скоростей всех холостых ходов. Хотя автоматы и полуавтоматы-этой группы и называются универсальными, их универсальность значительно меньше, чем у станков с ручным управлением.
Появление механизмов холостых ходов и систем автоматического управления привело к значительному ухудшению мобильности. Если на станке с ручным управлением переход к обработке иной детали занимает несколько минут, то на универсальном автомате такая переналадка требует нескольких часов простоя станка, поэтому фактическая производительность при мелкосерийном производстве оказывается низкой. Дальнейшее увеличение масштабов производства привело к тому, что во многих случаях отпала необходимость в переналадке оборудования, и на автоматах за все время эксплуатации обрабатывают одну и ту же деталь, выполняют одни и те же операции. В таких условиях применение универсальных автоматов и полуавтоматов становится уже нерациональным.
Стремление максимально повысить производительность при больших масштабах производства приводит к появлению третьей группы станков — специализированных и специальных автоматов и полуавтоматов. Специализированными называются автоматы, которые могут быть переналажены на узкую группу однотипных деталей. Специальные автоматы создаются для обработки одной единственной детали. Высокая специализация привела к значительному упрощению конструкции по сравнению с универсальными автоматами и полуавтоматами. Специализированные и специальные автоматы могут применяться только в условиях массового производства, при изготовлении таких деталей, формы и размеры которых длительное время остаются неизменными.
При смене выпускаемого изделия большинство специализированных и специальных станков оказываются ненужными, несмотря на физическую их пригодность. Таким образом, развитие современной техники создает противоречие между массовостью производства и мобильностью средств производства.
Одним из путей решения этой проблемы является стандартизация и нормализация механизмов и узлов станков на основе общности их технологического назначения. Таким образом, появляется четвертая группа — агрегатные станки, отличительной особенностью которых является компоновка из унифицированных узлов и механизмов. Станкостроительные заводы — поставщики и потребители унифицированных узлов обладают высокой мобильностью, так как они могут путем комбинирования унифицированных узлов быстро создавать высокопроизводительные автоматизированные станки самого различного технологического назначения. Агрегатные станки предназначаются обычно для выполнения сверлильных, расточных операций, нарезания резьбы в отверстиях, фрезерования плоскостей, пазов и выступов, реже — обтачивания (наружного и торцового). Как правило, обрабатываются корпусные детали, которые в процессе обработки остаются неподвижными.
Большинство узлов агрегатных станков сохраняет свое назначение и может быть применено и при обработке других изделий. К ним, прежде всего, относятся силовые головки, которые объединяют механизмы главного движения и подачи. Все головки нормализованы и различаются по типу механизмов подачи (гидравлические, электромеханические, механические, пневмогидравлические и т. д.). Кроме силовых головок, в агрегатных станках нормализуются направляющие головок, поворотные столы со всеми приводными механизмами, стойки, станины, аппаратура управления и т. д. Норма-
Рис. 1-11. Планировка типовой поточной линии из агрегатных станков для обработки корпусных деталей
лизованные детали в станке составляют 70—80%. Ненормализованными остаются те узлы и механизмы, которые зависят от индивидуальных особенностей обрабатываемой детали: шпиндельные коробки, зажимные приспособления.
Применение унифицированных узлов и механизмов позволяет создавать самые разнообразные компоновки агрегатных станков с минимальным количеством оригинальных элементов.
Обычно для полной обработки корпусных деталей необходим не один, а несколько агрегатных станков, иногда до нескольких десятков. В качестве примера на рис. 1-11 приведена типовая планировка поточной линии для обработки корпусных деталей, состоящей из однопозиционных и многопозиционных агрегатных и специальных станков, между которыми находятся промежуточные рольганги. На линии обрабатывают базовые плоскости (фре
зерование и шлифование), базовые отверстия (сверление, зенкерование, развертывание), торцы блока и т. д. Загрузка и съем деталей выполняются вручную; рольганги используются и как накопители заделов.
Указанные четыре группы металлорежущих станков характеризуют собой первый этап автоматизации — автоматизацию рабочего цикла. Исторически это соответствует уровню развития машиностроения к началу второй мировой войны. Развитие техники в послевоенный период приводит к появлению еще четырех групп оборудования: автоматических линий из агрегатных станков, автоматических линий из универсального и специального оборудования, станков и автоматических линий с программным управлением (второй этап автоматизации). Автоматические линии из агрегатных станков — пятая группа — получили широкое применение в массовом и крупносерийном производствах благодаря большому экономическому эффекту. Так как линии собираются из имеющихся агрегатных узлов, значительно сокращается время на проектирование и монтаж линии. Залогом надежности работы линии является, то что многие ее механизмы уже опробованы и отлажены на ранее построенных линиях (см. гл. XVI).
Наряду с автоматическими линиями из агрегатных станков широко применяются автоматические линии, созданные из универсальных автоматов и полуавтоматов, — шестая группа. Они создаются на базе поточных линий путем оснащения их механизмами автоматической загрузки и выгрузки деталей — автооператорами, механизмами межстаночной транспортировки — транспортерами, подъемниками, накопителями деталей и др. Автоматические линии из универсальных автоматов и полуавтоматов применяются преимущественно для обработки деталей типа тел вращения.
В качестве примера на рис. 1-12 показана линия, предназначенная для обработки цилиндрических зубчатых колес диаметром до 360 мм. Она состоит из двух станков Frontor 40, снабженных автооператором и объединенных в линию при помощи лотков, которые выполняют и роль магазинов-накопителей. Сначала предварительно растачивается первая внутренняя поверхность инструментами правого суппорта. Когда с этого суппорта начинается обработка торца, в работу вступают резцы левого суппорта. Производится чистовое растачивание, а также подрезка торцов и снятие фасок. При пере-22
Рис. 1-12. Автоматическая линия из двух станков Frontor 40
.ходе на второй станок заготовка переориентируется для обработки с другой стороны. Здесь обрабатываются наружная поверхность и торцы, а после изменения частоты вращения шпинделя производится чистовая обработка отверстия, выточки и фасок одновременно с обоих суппортов. При завершении токарной обработки автооператор подает деталь на автоматическую измерительную станцию, где контролируется точность отверстия.
Наибольшее распространение автоматические линии из универсального оборудования получили в подшипниковой промышленности, где они создаются., как правило, силами самих предприятий. Одним из первых стал внедрять такие линии завод 1ГПЗ, где еще в начале 50-х годов были введены в эксплуатацию групповые автоматические линии из универсального типового оборудования для токарной обработки и внутреннего шлифования.
Для обработки деталей стабильной конструкции в условиях массового производства получили применение автоматические линии из специального оборудования — седьмая группа. Так как технологический процесс обработки проектируется, как правило, специально для данной линии, то линия может обеспечивать очень высокую производительность. Вместе с тем общими недостатками всех линий из уникального оборудования являются высокая стоимость и длительные сроки проектирования и освоения.
В качестве примера на рис. 1-13 показана автоматическая линия для шлифования наружных колец конических подшипников. Кольца поступают на эту линию с линии для термической обработки по транспортеру 1 и лотку 2. Вначале кольца попадают на двухшпиндельный плоскошлифовальный автомат 3 модели 3772Б для последовательного шлифования двумя шлифовальными бабками узкого (противобазового) торца колец, а затем в подъемник 4, в котором при подъеме кольца промываются охлаждающей жидкостью, подаваемой от централизованной системы. При выходе из подъемника кольца в лотке 5 поворачиваются широким торцом кверху и в таком виде попадают
Рис. 1-13. Автоматическая линия для шлифования наружных колец подшипников
на второй плоскошлифовальный автомат 6 для шлифования другого торца. В дальнейшем кольца следуют в подъемник 7, где снова промываются и подаются в демагнитизатор S, а из него по лотку 9 — в автоматический магазин 10. При выходе из магазина 10 кольца по подъемнику И и лотку 12 попадают в раскладчик колец 13, который укладывает кольца на приемное валковое устройство 14 первого бесцентрового круглошлифовального автомата 15, где производится черновое шлифование (на проход) цилиндрической наружной поверхности колец, за которым следует чистовое шлифование той же поверхности, осуществляемое на бесцентровом круглошлифовальном автомате 16. От автомата к автомату кольца передаются выдающими и приемными валковыми устройствами. По окончании чистового шлифования наружной поверхности кольца подаются подъемником 17 в контрольно-блокировочный автомат 18, а из него подъемником 19 и лотком 20 — в автоматический магазин 21 и далее на внутришлифовальный участок.
На рубеже 50—60-х годов появилась восьмая группа металлорежущего оборудования: станки и автоматические линии с программным управлением. Их бурное развитие и совершенствование в последние годы связано с объективными тенденциями технического прогресса в машино- и приборостроении.
В настоящее время под системами программного управления понимают системы, где программа задается цифрами, получаемыми непосредственно из чертежей деталей, подлежащих обработке. Это позволяет использовать ЭЦВМ как для подготовки программ, так и для управления станками. Цифровое управление технологическим оборудованием является качественно новым этапом автоматизации, который повлек за собой глубокие качественные изменения как технологии, так и конструкции самих станков, организации и управлении производством.
Высокая мобильность систем программного управления делает экономически выгодным применение их в единичном, мелкосерийном, а также и массовом производствах, где происходит частая смена объекта производства. При системах программного управления процесс подготовки производства (программирование) поднимается на новую ступень, так как появляется возможность централизованной подготовки программ с применением современных средств вычислительной техники. Большим преимуществом систем программного управления является возможность создания самонастраивающихся систем, которые могут самостоятельно выбирать оптимальные режимы работы.
Тенденцией последнего времени является развитие станков с программным управлением и высокой концентрацией технологических возможностей — так называемых многоцелевых станков. Их характерной особенностью является наличие автоматического магазина, в котором содержится комплект инструментов, необходимых для выполнения комплекса технологических операций.
Приведенный на рис. 1-14, а многоцелевой станок ПРС-02 (Болгария) с цифровым программным управлением предназначен для сверления, растачивания, нарезания резьбы и фрезерования. Он оснащен двумя горизонтальными шпинделями. Первый предназначен для автоматического фрезерования и тяжелого растачивания, второй, быстроходный шпиндель, —для сверления, нарезания резьб метчиком и точного растачивания. Станок имеет два стола, что позволяет во время обработки детали, установленной на первом столе, подготавливать к обработке другую. Магазин (рис. 1-14, б) рассчитан на хранение 64 инструментов.
Смена инструмента занимает 12 с и может происходить в любой последовательности. Частота вращения шпинделя (35—2000 об/мин) изменяется по команде от программы. Предусмотрена система установки шпинделя в строго определенном угловом положении, что необходимо при автоматической смене инструмента. Приводы подач по осям X, У, Z имеют винтовые шариковые пары и снабжены устройствами защиты от перегрузок. Подача находится 25
матические линии, на которых
в диапазоне 1—6000 мм/мин. Точность позиционирования составляет ±0,005 мм. Станок оснащен системой программного управления; имеется смещение нулевой точки, компенсация изменения радиусов и длин инструментов.
Применение систем программного управления на отдельных станках позволяет значительно увеличить мобильность автоматического оборудования, сделать его эффективным в условиях мелкосерийного и даже единичного производства. Еще большие возможности заложены в системах программного управления автоматических линий. В настоящее время автоматические линии без систем программного управления могут быть в лучшем случае переналажены на выпуск нескольких типоразмеров изделий, т. е. они обладают узкой специализацией со значительной трудоемкостью переналадки. Применение систем программного управления позволяет создать универсальные авто-обрабатываются разнообразные детали и
которые не требуют много времени на переналадку.
Третий этап автоматизации связан с созданием комплексных автоматических систем —автоматических цехов и заводов, где производство сложных изделий ведется полностью или в основном на автоматических линиях. Такие цехи уже работают в подшипниковой (автоматические цехи № 1, 2, 3 на 1 ГПЗ), автотракторной и других отраслях.
"Ч
Шба
1Л95
Шбд
1Л965
Ш7а
1Л96<>
1Л975
QC2 СС1
С1
С2
fl-B-fr
•В-в-fl-
ОН
1Л99
Выход
С15
СБ
С18
С9
В
Ь
8
03 СК
СМ
Z^5
&
1Л95
1Л960
1Л96а
С35 СЗБ С37
сзо
С28
СЗБ
В
С31
С29
С25
С23
С21
fl-e-fr
1Л976

С5
Л4
CW
СМ
СБ2
02
,С9
02
'вход
J-
Cf
КП
z=738
Z-90
С2
С1
С6,
СКЛЛ С8 ЧГ С7 И С8
С5
с0
С5 СБ
СЗ

-Н fl-B
н
Во fl-в
6)
Рис. 1-15. Система линий по обработке блока цилиндров двигателя ЗИЛ-130:
С1—С45 — обрабатывающие станки; СК — контрольные станки; Б — поворотные барабаны; Н — накопители; В — вытряхиватель; С — поворотный стол; К — кантователь; У — укладчик; СП — станок вапрессовки втулок; КП « контрольное приспособление; 1Л95, 1Л96, 1Л97 автоматические линии; X — хонинговальные станки; М мИчная машина; П протяжной станок; Сс — специальные станки;
Гс == гидростанции
Так, на ЗИЛе в цехе V-образных двигателей основные детали (блок: цилиндров, головка блока, картер сцепления, коленчатый вал и др.) обрабатывают на автоматических линиях из агрегатных станков. Для наиболее сложных деталей существуют сложные системы линий. В качестве примера на рис. 1-15 показаны планировка (а) и структурная схема (б) системы автоматических линий по обработке блока цилиндров двигателя ЗИЛ-130, Она включает последовательно расположенные многопоточные автоматические линии 1Л95, 1Л96, 1Л97 и 1Л99, соединенные автоматическими накопителями; ряд операций выполняется на отдельных агрегатных станках.
Создание цехов, где основные технологические процессы производятся на автоматических линиях, потребовало решения задач автоматизации транспортирования и складирования, отвода и переработка стружки, управления и контроля на более высоком уровне. При создании автоматических цехов из специального оборудования (специальных автоматических линий) обычно прорабатываются заново и технологические процессы, так как имеется возможность выбора самых прогрессивных и высокопроизводительных методов и маршрутов обработки, контроля и сборки. Это можно иллюстрировать на примере автоматического цеха АЦ-2 по производству карданных подшипников, созданного МСКБ АЛ и СС для 1 ГПЗ.
Исходный материал поступает на линию в виде прутков. Однако, если в поточной линии конфигурацию кольца получают в результате токарной обработки с низким коэффициентом использования металла, то в цехе АЦ-2 прутки рубят на шайбы, из которых последовательно в штампах формуют кольцо с минимальным объемом последующей механической обработки. В результате токарная обработка сводится к снятию фасок, обтачиванию внутренней галтели и подрезке дна.
Применение прогрессивных технологических процессов обеспечивает высокую производительность и качество обработки (см. рис. IV-12).
На рис. 1-16 показана планировка автоматического цеха АЦ-2, где четыре автоматические линии работают по идентичным технологическим процессам. Каждая линия состоит из следующих участков: / —-заготовительный, где прутки рубятся на шайбы с последующей холодной штамповкой; II —токарный, где кольцам придается окончательная форма, вплоть до получения шлица на донышке; III —термический; IV —шлифовальный, где кольца шлифуются по наружной и внутренней поверхностям, донышку и торцам; V - контрольно-сборочный. Транспортная система предусматривает не только межстанег^ную транспортировку с распределением колец по станкам-дублерам, но и хранение заготовок в магазинах-накопителях, автоматическое накопление и расходование межоперационных заделов.
Опыт проектирования и эксплуатации первых автоматических цехов позволяет перейти к решению новых, еще более сложных задач комплексной автоматизации —созданию автоматически действующих предприятий.
Уже на первых стадиях автоматизации производственных процессов важнейшее значение приобретают диспетчерские функции —оперативное управление на основе переработки огромного объема информации, с подключением большого количества управляющих служб предприятий. С появлением ЭЦВМ становится возможной автоматизация этих функций, создание автоматических систем управления предприятиями, основанных на достижениях электроники. Это неизбежно вызывает коренной пересмотр путей и методов создания автоматических систем машин, основу которых должны составлять уже не обычные автоматы с механическими системами, а станки с цифровым программным управлением, которые в сотоянии реализовать все возможности гибкости и мобильности производства, заложенные в управлении с помощью ЭЦВМ. Меняются функции и конструктивные решения транспортных'устройств и накопителей, облик металлообрабатывающих цехов, где появляются многочисленные пульты управления системами и подсистемами, 28
вычислител ьные машины, математический центр подготовки и управления производством.
Одним из примеров комплексной автоматизации производства является технологическая система ROTA-FZ-200 (ГДР), предназначенная для обработки цилиндрических зубчатых колес диаметром до 200 мм в мелкосерийном и серийном производствах (рис. 1-17). Система спроектирована из связываемых между собой восьми подсистем.
Подсистемы № 1 и № 2 предназначены для обработки незакаленной детали черновым и чистовым обтачиванием, шлифованием, протягиванием, фрезерованием, фрезерованием методом обкатки, закруглением кромок зубьев, снятием заусенцев и шабрением. Подсистема № 3 предназначена для обработки закаленных деталей внутренним, наружным и торцовым шлифованием. Термическая обработка производится вне системы. Для установки на промежуточные магазины-накопители предварительно в деталях сверлятся отверстия. На месте для загрузки промежуточных магазинов-накопителей устанавливают детали на них и вводят в ЭВМ номер промежуточного магазина-накопителя. ЭВМ выбирает свободное место во входном магазине-накопителе или свободное место ожидания около одного из станков и дает импульс транспортноподъемному устройству для загрузки промежуточного магазина-накопителя в подсистему. Дальнейшая последовательность обработки управляется вычислительной машиной.
"Ч Л со дсч
Станок предусмотренный, для встраивания в систему
Магазин -накопитель
Место загрузки магазинов накопителей
Пульт управления подсистемой
ЗВМ
Я Дополнительный пульт управления станком 7ZZZZ Маршрут деталей S3SS Маршрут инструментов
Транспортировка стружки Поток информаций
Рис. Ы7. Планировка комплексной автоматизированной системы изготовления цилиндрических зубчатых колес:
№ 1, № 2 — подсистемы первичной обработки колес; № 3 — подсистема обработки закаленных колес;
Е — начало системы; А — конец системы; 1 — заготовки; 2 — полуфабрикаты; 3 — закаленные детали;
4 агрегат для термической обработки; 5 — бункер для отводимой стружки; 1.1, 2.1, 3.1 и т. д. номера станков, работающих в соответствующей подсистеме
После поступления от станка соответствующего импульса перегружатель транспортирует заготовку от промежуточного магазина-накопителя к станку, а обработанную деталь —обратно в накопитель. Подъемный механизм как часть устройства периодического переключения приводит следующую заготовку в исходное положение, и цикл начинается заново. После того как все детали на одном промежуточном магазине-накопителе обработаны, накопитель перемещается автоматически к месту для магазинов-накопителей с готовыми деталями и захватывается там транспортно-подъемным устройством. Особенностью станочной части является то, что в систему не вошли специальные станки, а только зарекомендовавшие себя серийно выпускаемые станки с программным управлением.
Высокая производительность достигается применением станков с малым вспомогательным и подготовительно-заключительным временем, высокопроизводительного инструмента, внедрением передовых способов обработки, установкой бесступенчатых приводов, расширением рабочего диапазона и т. д.
Таким образом, в системе предусмотрена автоматизация не только основных и вспомогательных операций, что характерно и для предыдущих стадий автоматизации, но и управления всей системой с применением ЭЦВМ, которая анализирует информацию, поступающую как от работающих станков, 30
так и от входа технологической системы, куда подаются заготовки для зубчатых колес различных типоразмеров. В результате подаются команды управления станками, манипуляторами, транспортными устройствами, системой подачи инструмента и др. Если на первых стадиях решались только задачи управления рабочими процессами машин и вспомогательными операциями, комплексная автоматизация охватывает все звенья производственного процесса, включая подготовку и управление производством.
Приведенные в книге материалы показывают, насколько велик в настоящее время технический арсенал комплексной автоматизации, многообразны варианты инженерных решений при создании новой техники. Однако степень технического совершенства машин и систем машин при этом далеко не всегда соответствует уровню прогрессивности и перспективности с точки зрения технического прогресса. Отсюда возникает ва*жнейшая задача анализа путей и перспектив развития автоматизации производственных процессов на базе теории производительности машин и труда.
Глава II
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА
И ПРОГРЕССИВНОСТЬ
НОВОЙ техники
§ 1.	ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАШИН И ТРУДА
Теория производительности машин и труда етавит своей целью анализ объективных закономерностей технического прогресса, прежде всего закономерностей развития рабочих машин —станков, автоматов, автоматических линий, выявление причинных связей и зависимостей, количественное их описание. Сюда относится, в первую очередь, анализ факторов, влияющих на производительность, определение количественной зависимости произ-водительности машин и производительности труда от конструктивных, структурных и эксплуатационных параметров рабочих машин, их долговечности, надежности и т. д. Этот круг вопросов определяет фундаментальное направление теории производительности машин и труда. Прикладное направление теории производительности машин и труда ставит своей целью решение конкретных задач расчета, проектирования и эксплуатации рабочих машин, выбора их конкретных конструктивных, структурных и других характеристик исходя из обеспечения высокой производительности и эффективности новой техники.
Начиная с 1950 г. развитие автоматизации производственных процессов остро поставило на повестку дня вопросы теории автоматизации, прежде всего —-определение ее наиболее перспективных направлений, разработку методов анализа и оценки автоматов, автоматических линий, цехов и заводов. Проектирование сложных автоматизированных систем машин поставило перед конструкторами ряд новых задач, которые уже не могли быть решены с точки зрения общепринятых методов расчета кинематики и прочности: выбор числа позиций, структуры автоматических линий, емкости накопителей, режимов обработки и т. д. Эти и многие другие задачи могли быть решены только с позиций производительности, надежности и экономической эффективности. В основе теории производительности машин и труда лежат следующие основные положения (постулаты).
1.	Каждая работа для своего совершения требует затрат времени и труда.
2.	Производительно затраченным считается только то время, которое расходуется на основные процессы обработки (например, формообразование, контроль, сборку и т. д.). Все остальное время, включая время на вспомогательные (холостые) ходы рабочего цикла и внецикловые простои, является непроизводительно затраченным —потерями.
3.	Машина считается идеальной, если при высоком потенциале производительности и качестве продукции отсутствуют потери времени на холостые ходы и простои (машина непрерывного действия, бесконечной долговечности и абсолютной надежности).
4.	Для производства любых изделий необходимы затраты прошлого (овеществленного) труда на создание средств производства и поддержание их работоспособности и затраты живого труда на непосредственное обслуживание технологического оборудования.
5.	Закономерность развития техники заключается в том, что удельный вес затрат овеществленного труда непрерывно повышается, а затрат живого 32
труда снижается при общем уменьшении трудовых затрат, приходящихся на единицу продукции.
6.	При разработке технологических процессов следует всякий процесс производства, взятый сам по себе, безотносительно к руке человека, разлагать на составные элементы.
7.	Производительность машин предела не имеет.
8.	Автоматы и автоматические линии различного технологического назначения имеют единую основу автоматизации, которая выражается в общности целевых механизмов и систем управления, в общих закономерностях производительности, надежности, экономической эффективности, в единых методах агрегатирования, определения режимов обработки, оценки прогрессивности и т. д.
9.	При окончательной оценке прогрессивности новой техники учитывается фактор времени —темпы роста производительности общественного труда за срок ее службы.
§ 2.	ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
ОБЩЕСТВЕННОГО ТРУДА КАК КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ НОВОЙ ТЕХНИКИ
Анализ и оценка технологических процессов и средств труда в любой отрасли производства невозможны без критерия производительности общественного труда, при определении которого необходимо учитывать не только затраты живого труда, но и затраты прошлого труда на создание средств производства.
Повышение производительности труда заключается именно в том, что создавая новые средства производства, т. е. увеличивая прошлый труд, сокращаем живой труд и тем самым общее количество труда, необходимое для производства единицы изделия. Отсюда следует, что сокращение живого труда должно быть больше, чем увеличение прошлого труда.
К. Маркс говорил, что производительность труда равна максимуму продукта при минимуме труда. Таким образом, К. Маркс понимает производительность труда как соотношение результатов производительного процесса —> выпущенной продукции к трудовым затратам, обеспечившим его производство.
Следовательно, производительность труда
Л = ^- = -^,	(П-1)
где W —выпущенная годовая продукция за срок службы техники;
Т —суммарные трудовые затраты, необходимые для выпуска данной продукции;
QP — годовой выпуск продукции;
N —срок службы техники.
Так как единовременные трудовые затраты на оборудование, здания, сооружения и т. д. реализуются постепенно в течение срока их службы, то и производительность труда должна определяться с учетом фактора времени —»прежде всего сроков службы. Определив суммарные затраты Т и выпуск продукции W за весь срок службы техники, легко перейти к среднегодовым затратам, которые наиболее широко приняты на практике. Размерность производительности труда в обобщенном виде будет
д Г продукция 1
L труд J ’
При практических расчетах размерность производительности труда зависит от того, в каких единицах исчисляются выпущенная продукция и трудовые затраты. Выпущенная годовая продукция измеряется либо в физи-
2 Г. А. Шаумян	33
ческих величинах (штуки, единицы длины, массы, объема и др.), либо в стоимостном выражении (рубли). Суммарные трудовые затраты выражаются либо в единицах абстрактного труда (человеко-часах, человеко-днях и др.), либо в денежной форме (рубли). В соответствии с этим при расчетах производительность труда может иметь различную размерность, например,
А
шт. ] Г шт. 1 Г руб. чел.-час J ’ [ руб. J ’ L руб.
Производительность труда является универсальным показателем, который исчисляется в масштабах всей страны, для различных отраслей народного хозяйства, отдельных предприятий, а также используется для оценки экономической эффективности и прогрессивности новой техники.
Основным показателем в теории производительности машин и труда принят рост производительности общественного труда при сравнении двух вариантов новой техники как относительный безразмерный показатель, а не абсолютная величина производительности труда, которая используется для экономических расчетов при планировании народного хозяйства, определении экономических показателей предприятия, отрасли и т. д.
Производительные силы общества независимо от его общественной формы представляют собой единство средств производства и рабочей силы, проявляющееся в процессе труда. Средства производства во всяком процессе труда независимо от способа производства разделяются на средства труда и предметы труда и представляют собой овеществленный труд. Средства труда включают в себя овеществленный, материализованный труд —единовременные затраты прошлого труда Тр —машины, оборудование, сооружения и т. п. Предметы труда включают в себя ту часть овеществленного труда, который затрачивается на основные и вспомогательные материалы, электроэнергию, топливо, инструменты и т. п., необходимые для производства изделия, и называются текущими затратами прошлого труда. В то время как текущие затраты прошлого труда Tv непрерывно растут пропорционально времени и количеству выпускаемой продукции, единовременные затраты прошлого труда
являются разовыми, рассчитанными
Рис. II-1. Структурная схема процесса расши репного воспроизводства
на многие годы службы средств труда N, и носят постоянный характер. Следовательно, единовременные затраты прошлого труда переносятся на стоимость продукта в зависимости от сроков службы объекта равномерно
ными, ежегодными долями Эта взаимосвязь трудовых затрат, обеспечивающих производственный процесс, представлена структурной схемой (моделью) процесса расширенного воспроизводства (рис. П-1), где штриховая линия условно отделяет сферу производства, т. е. сферу эксплуатации техники, от сферы реализации продукции.
Продукт нового качества, представляющий новый овеществленный труд и обладающий потребительской стоимостью, попадая в сферу реализации, приобретает цену Ц, превышающую эквивалентную стоимость затраченного труда Т, Разница Ц—« Т является прибылью, часть которой возвращается в народное хозяйство,
увеличивая производительные силы общества, а другая часть покрывает расходы на социально-культурные мероприятия и другие статьи расходов общества. Величина прибыли в условиях социализма определяется не конъюнктурой рынка, а планируется. Поэтому проблемы определения наиболее прогрессивных и экономически эффективных вариантов новой техники в первую очередь должны решаться в сфере производства, где эксплуатируется техника, что является главным, определяющим. При этом экономия в сфере реализации продукции учитывается количественным показателем качества.
Как было сказано, составной частью производительных сил является рабочая сила (живой труд Th), которая используя средства производства, создает новые материальные ценности. По характеру затрат живой труд так же, как предметы труда, относятся к текущим затратам. Поэтому текущие затраты учитываются как сумма затрат на предметы труда и живой труд.
Известно, что классики марксизма—ленинизма первостепенное значение придают именно живому труду, рабочей силе, которая для капиталистического способа производства противостоит как личный фактор вещным факторам —средствам производства. Это утверждение К. Маркса справедливо только для капиталистических условий производства, когда средства производства являются частной собственностью и служат средством эксплуатации рабочих. В социалистических условиях, где средства производства принадлежат обществу и отсутствуют антагонистические противоречия между живым и прошлым трудом, сохраняя приоритет живого труда, необходимо подчеркнуть особое значение прошлого труда. При социалистическом общественном строе личный фактор —рабочая сила —не противостоит вещным факторам —средствам производства, что дает возможность средства производства (средства труда и предметы труда) рассматривать и оценивать в мерах живого труда.
Таким образом, производственный процесс обеспечивается единством рабочей силы и средств производства —совместными годовыми затратами живого труда Th) единовременными затратами, рассчитанными на N лет, средствами труда Тр и годовыми затратами предметов труда Tv. Суммарные затраты на весь срок действия средств труда
T^Tp + N(Tb + Tv).	(П-2)
Тогда согласно формуле (П-1)
Л — QrN
TP + N(Th + Tv) ‘
Принимая живой труд мерой (масштабом) оценки прошлого труда, можем все затраты выразить в единицах живого труда, вводя коэффициенты k и т.
Если создание машины требует единовременных трудовых затрат Тр (чел.-час), а ее обслуживание ежегодно Th	то коэффициент k
будет
Т”-;”1,	<ч-з>
I	* час |
"Ч—F5J-J
Аналогично, если отнести к годовым затратам труда годовые затраты прошлого труда Tv, получим
чел.-час год „ , чел.-час
= т.
(П-За)
Отсюда

= ^^ + ^(«4-1)1,	(П-4)
где k — коэффициент технической вооруженности живого труда, характеризующий отношение единовременных затрат овеществленного труда на создание средств производства Тр к годовым затратам живого труда;
m —коэффициент энергоматериалоемкости живого труда, характеризующий отношение годовых текущих затрат овеществленного труда на инструмент, электроэнергию, вспомогательные материалы, ремонт и пр. (Tv) к годовым затратам живого труда.
Если предположить, что один рабочий обслуживает машину или систему машин (Th = 1), то в действительности он работает не один. Чтобы выпускать в течение года продукцию Qr, используется концентрированный овеществленный труд k человек, из которого затрачивается в год у человек (прошлого труда). При этом еще m человек обеспечивают этого одного рабочего всем необходимым (материалами, инструментами, электроэнергией и пр.), без чего производство невозможно. Число условно работающих за год составит у- + m + 1 человек, а за весь срок службы объекта k + N (tn + 1) человек. Таким образом, суммарные затраты общественного труда в k + N (m + 1) раз больше затрат живого труда. Чем выше степень технической оснащенности (выше k и tri) и степень автоматизации производства, тем меньше людей остается непосредственно у машин и тем большее их количество находится «за ширмой», незримо, как овеществленный труд. В этом заключается историческая тенденция развития техники в любой отрасли производства, обеспечивающая рост производительности общественного труда. Подставляя значение Т из формулы (II-4) в формулу (П-1), получим
А ~ Thlk + N(m+ 1)] ’	(П'5)
где QF —годовой выпуск продукции (W = Qr2V).
Формула показывает, что производительность труда пропорциональна производительности средств производства Qr и зависит от сроков службы техники N.
Из рис. П-2 видно, что производительность труда А в функции сроков службы является переменной величиной с гиперболическим характером и возрастает от нуля до своего предела	при N—Следовательно,
Рис. II-2. Изменение выпуска продукции, трудовых затрат и производительности труда в зависимости от сроков службы машины
любая техника при сроке службы обеспечивает высокие
темпы роста производительности труда, а при сроке службы N = О ~N± производительность труда может оказаться ниже, чем у существующей техники Ло. При N •> N2 рост производительности труда замедляется и входит в противоречие с развитием производительности общественного труда: запланированный рост производительности труда оказывается выше, чем обеспечиваемый данной техникой, т. е. любая техника имеет
моральные сроки старения и должна быть заменена другой, более производительной.
Производительность труда может оцениваться в различных масштабах. Если учитывать в текущих годовых затратах стоимость материалов, т. е. трудовые затраты на добычу руды, выплавку металла и т. д., то получим полную производительность труда при выпуске данного изделия с учетом его производства в разных отраслях. Учитывая в текущих затратах Tv только те затраты, которые необходимы непосредственно для обработки на данном участке производства, данном оборудовании (инструмент, электроэнергия, ремонт), получаем производительность общественного труда при эксплуатации данной машины или системы машин. Наконец, полностью абстрагируясь от единовременных и текущих затрат прошлого труда и относя всю выпущенную продукцию только к труду рабочих, непосредственно занятых эксплуатацией машин, получим производительность живого труда. Если не учитывать затраты прошлого труда (Тр = О, Tv = 0), т. е. если k ~ 0 и tn = 0, то получим производительность живого труда
А = -?£-•	(П-б)
Выражая производительность общественного труда через производительность живого труда, получим
А = П [й + 2Г(т+ 1)] = Аь k •	(II’7)
У + m+ 1
Таким образом, автоматическая система машин «таит в себе мощь тысяч рук», которая раньше была рассеяна в сотнях отдельных машин, а еще раньше —= в тысячах ручных операций.
Если в эпоху мануфактурного производства рабочий выглядел одиноким солдатом, то тот же рабочий у токарного автомата —это командир взвода. Рабочий, у которого в руках автоматическая линия или цех —это полководец, командующий армией, и его труд является лишь малой частицей общественного труда, вложенного в производство. Чем выше степень технической оснащенности, степень автоматизации производства, тем меньше рабочих остается непосредственно у машин и тем большее количество их находится «за ширмой», незримо —в этом заключается историческая тенденция развития техники в любой отрасли производства. Повышение производительности труда заключается именно в том, что доля живого труда уменьшается, а доля прошлого труда увеличивается, но увеличивается таким образом, что общая сумма труда, заключающаяся в товаре, уменьшается, следовательно, таким образом, что количество живого труда уменьшается больше, чем увеличивается количество прошлого труда.
Прогрессивность и эффективность новой техники определяются сравнением уровня производительности общественного труда при различных взаимозаменяемых вариантах производства, в том числе различных вариантах конструкций машин.
Следовательно, экономическая эффективность и прогрессивность понятия сравнительные. При сравнении вариантов следует иметь в виду принципиальное различие между вариантом, который принимаем за базу, и вариантом, который оцениваем, сравнивая с базовым. Таким образом, первый, базовый, вариант является мерой, «гирей» для оценки, «взвешивания» второго, сравниваемого варианта.
Согласно анализу расширенного воспроизводства (рис. П-З) новые затраты на средства труда ГР2, хотя и могут быть больше по сравнению с базовыми ТР1, должны обеспечить чистую экономию в сфере производства, равную разности суммарных затрат ДТ за срок службы N: АТ = Тг — Т2.
Рис. П-З. Структурная схема сравнения вариантов
Сравнение по производительности труда можно провести как между действующим и проектируемым оборудованием, так и между различными вариантами новой техники:
Ь =	(П-8)
где % —коэффициент роста производительности общественного
труда второго варианта по отношению к первому.
Если сравниваются два новых
варианта, которые могут быть введены в действие одновременно с одинаковыми сроками службы, то коэффициент роста производительности труда
@2 е ~ь (т о
Qi Th2 k2 + N (w2 + 1) ’
(П-9)
Q,	Л.Л.
где = <р —коэффициент роста производительности средств произ-водства;
= е —коэффициент сокращения затрат живого труда на единицу * ^2
машины или линии;
N —сроки службы в годах, которые могут быть переменными по величине, но одинаковыми для обоих вариантов ,(^х =	= N).
Коэффициенты изменения единовременных и текущих затрат прошлого труда:
0 = 4^-;	=	(П-Ю)
1Р1
где 6 — коэффициент изменения текущих затрат прошлого труда на единицу продукции (бф —с учетом роста выпуска продукции).
Введение безразмерных коэффициентов <р, 8, ст, б, характеризующих сравнительные технико-экономические показатели различных вариантов производства, позволяет при анализе экономической эффективности и прогрессивности новой техники перейти от денежных показателей непосредственно к техническим характеристикам машин, в первую очередь, их производительности и надежности в работе. Тем самым возможно решать задачи оптимального выбора технологических, конструктивных, структурных характеристик машин, обеспечивающих высокую экономическую эффективность проектируемой техники. Кроме того, использование относительных показателей позволяет в ряде случаев избежать денежных расчетов, например, непосредственным сравнением трудоемкости изготовления машин.
Выразим коэффициент технической вооруженности k2 и коэффициент энергоматериалоемкости т2 второго варианта через аналогичные показатели базового варианта:
Л2 =	08 = Лое;	(П-11)
/^2	•*
8
т2 = ~	фбе = тб<ре.	(П-12)
* h2 * h-^	»
8
Подставляя занчения k2, т2, ф, 8 в формулу (П-9), получим коэффициет роста производительности общественного труда, выраженный через характеристики базового варианта, сравнительные технико-экономические показатели обоих вариантов и сроки службы новой техники:
% — CD8	(^+ 1)	/Т Т 1
Z?as+ N (тбфе 4~ 1) ’	'	'
Физический смысл формулы (II-13) становится ясным, если разделить числитель и знаменатель на 8, в результате чего получим
% = <р---.	(II -1 За)
kc N (	4~ — )
Как видно, при исходном варианте производства сначала вложен прошлый труд k человек, потом в течение N лет работает один человек непосредственно при обслуживании машин, а т человек обеспечивают его всем необходимым. При втором варианте число людей, вложивших свой труд в создание средств производства, увеличивается в о раз, во время эксплуатации машин количество людей, вкладывающих свой труд в эксплуатацию, инструмент, ремонт и т. д., возросло в раз, а количество рабочих, непосредственно занятых обслуживанием машин, сократилось в е раз. Таким образом, знаменатель содержит в том же масштабе полные трудовые затраты второго варианта производства. Ввиду того, что производительность, т. е. выпуск продукции, увеличился в ср раз, эти трудовые затраты делятся на ср.
Характерным для современного этапа развития техники, в первую очередь для автоматизации производственных процессов, является рост производительности средств труда (ф > 1), увеличение их стоимости (о Г> 1) и резкое сокращение числа людей, непосредственно занятых обслуживанием машин (s >> 1). Изменение текущих затрат прошлого труда на единицу изделия зависит от характера производственного процесса и может колебаться в ту или иную сторону в широких пределах.
Нетрудно видеть, что в формуле (II-13) произведение <ре представляет собой рост производительности живого труда:
К = ф8.	(П-14)
Здесь <р характеризует увеличение производительности труда рабочего в результате роста производительности средств производства, а е —увеличение производительности труда рабочего путем увеличения числа станков, обслуживаемых одним рабочим. Формула (П-13) получает вид
Z =	й •	(П-136)
Л Z?Q8 -J- N (тбфв 4-1)	v '
Следовательно, рост производительности труда равен произведению роста производительности живого труда, т. е. зримого достигнутого результата, на коэффициент, показывающий какими затратами прошлого труда достигнуто это увеличение.
Теория производительности труда позволяет при сравнительном анализе различных вариантов новой техники выявлять наиболее выгодный и перспективный из них на основе комплексного учета всех технико-экономических показателей по наибольшей производительности общественного труда. Выбор наиболее выгодного варианта новой техники зависит не только от сравнительных технико-экономических показателей (производительность, стоимость, количество обслуживающих рабочих и т. д.), но и от сроков эксплуатации новой техники, а также сроков ее проектирования и освоения. На рис. П-4 приведены графики производительности труда во времени для двух проектируемых вариантов новой техники, например, поточной и автоматической линии при условии, что оба варианта црвой техники вводятся в дей-
Гис. II-4. Сравнение производительности труда двух вариантов производства при одновременном вводе их в эксплуатацию
ствие одновременно и имеют одинаковые сроки службы.
Так как автоматическая линия более дорогая, чем поточная (о i>l), то при малых сроках службы производительность общественного труда на поточной линии Аг выше, чем на автоматической Л2, поэтому и коэффициент роста производительности труда X будет меньше единицы. Однако автоматическая линия благодаря высокой производительности (ф > 1) и малому количеству обслуживающих рабочих (е £> 1) имеет более низкие эксплуатационные за
траты при выпуске продукции, поэтому при длительных сроках службы уровень производительности труда на автоматической линии будет выше (к J> 1). Следовательно, если сроки службы автоматической линии меньше некоторой минимальной величины (Af <j 7VM), целесообразнее строить поточную линию как более дешевую, несмотря на большие эксплуатационные расходы. И, наоборот, автоматическая линия выгоднее, если предполагаемые сроки ее службы достаточно велики (N £>7VM). На практике, однако, сроки проектирования и освоения различных вариантов новой техники зачастую отличаются друг от друга, поэтому и сроки их ввода в эксплуатацию различны. Например, на проектирование, изготовление и отладку автоматической линии уходит больше времени, чем на компоновку поточной линии из универсальных автоматов и полуавтоматов. Предположим, что такая автоматическая линия может быть введена в эксплуатацию на L лет позже, чем поточная, следовательно, сроки службы ее будут (N — L) лет. Тогда производительность труда на автоматической линии
Д _ @2__________N — L_____ ,TI ш
2“ Th2 йа+(^-£)(ОТа+1) •	>
Сравнивая производительность труда обоих вариантов новой техники в этом случае, получим
л _ N — L	k -4- N (т 1)	{т т 1 с\
* = Ф —-----------±—Ц._2------—-.	(П-16)
to + — L) + —)
Как видно, формула (П-13) роста производительности труда является частным случаем (L = 0).
На рис. П-5 приведены графики зависимости Л2, А± и К от сроков службы базового варианта N. Графики показывают, что если сроки службы соизмеримы со сроками ввода в эксплуатацию второго варианта, то Л 3 £> 0; Л 2 = 0; К = 0. Этот результат можно получить и непосредственно из формулы (П-16), подставляя в нее значение N = L. Чем длительнее сроки проектирования и освоения новой техники, тем ниже производительность труда. В результате самая совершенная автоматическая линия с высокой производительностью и надежностью в работе, с минимальным количеством обслуживающего персонала может оказаться невыгодной, если сроки ее ввода в эксплуатацию будут слишком продолжительными, а сроки службы — минимальными. Таким образом, теория производительности труда позволяет проводить сравнительный анализ различных предлагаемых вариантов новой техники по главному критерию — росту производительности труда с учетом фактора времени — сроков проектирования и освоения.
Рис. П-5. Сравнение производительности труда	Рис. П-6. Изменение производительности труда
двух вариантов производства при различных сро-	действующего оборудования, внедренного R лет
ках ввода их в эксплуатацию	назад
Для того чтобы определить прогрессивность и перспективность любого варианта новой техники, необходимо сравнить его по уровню производительности труда не только с двумя взаимозаменяемыми вариантами новой техники, но и с существующим производством, с той техникой, которая должна быть заменена. Машина, которая внедрена и уже работает на протяжении R лет, к сегодняшнему дню обеспечила уровень производительности
труда
д __ Qr	R _______ А/г
0 Th ' k + R(m+l) ~~ k ,
тг+я
(П-17)
Если данная машина является характерной для отрасли, то она определяет средний уровень производительности общественного труда, достигнутый к настоящему времени.
На рис. П-6 показана диаграмма зависимости производительности труда при эксплуатации машины от сроков службы при условии, что она внедрена R == 15 лет назад. К моменту, принятому за начало отсчета календарного времени (NK = 0), она обеспечила уровень производительности труда До. Если машина будет и дальше эксплуатироваться (N > R), то производительность труда А будет несколько выше, но уже незначительно.
Так как целью расчета и анализа является определение целесообразности замены действующего оборудования, т. е. ограничение его сроков службы величиной R, производительность общественного труда при внедрении возможных вариантов новой техники должна сравниваться с достигнутой величиной До, от которой должны исчисляться и плановые темпы роста производительности труда. Как правило, технический уровень и стоимость заменяемого оборудования невысокие, а сроки службы R достаточно продолжительны, поэтому для упрощения расчетов можно с малой погрешностью принимать = 0, тогда формула (II-17) примет вид
д ___ Фг . 1
°"" Thi m+1 e
(II-17a)
Рост производительности общественного труда при сравнении новой техники с действующим оборудованием, которое определяет достигнутый уровень производительности труда,

где
Д ~ gr2 1
Thz 4_+тз+1
(П-18)
Подставляя необходимые значения А 2 и Ло из формул (П-11), (П-12) и (П-17а), получим
1 =	, (П-19)
-^ + т6<ре+1
или, разделив числитель и знаменатель на 8,
t = .	Ч (П-19а)
-^+»«ф+4-
В противоположность преды-
Рис. П-7. Диаграмма Л, в зависимости от сроков службы при различных вариантах производства
дущему случаю, когда производительность труда определялась из сравнения двух вариантов новой техники, которые только вводятся в эксплуатацию, здесь существующая техника за R лет достигла определенного, вполне конкретного уровня производительности труда До, с которым должны сравниваться любые варианты новой техники.
На рис. П-7 показана во времени диаграмма роста производительности труда для различных вариантов производства при условии, что все взаимозаменяемые варианты как новые, так и действующие будут иметь сроки службы еще N лет. Кривая характеризует рост производительности труда лучшей существующей техники по сравнению со средним уровнем производства сегодняшнего дня. Как видно, лучшая существующая техника обеспечивает более высокий уровень производительности труда, однако с удлинением сроков службы темпы роста постепенно замедляются. Не остается неизменной и производительность труда того варианта техники, который характеризует средний уровень производства Ло, если это оборудование будет эксплуатироваться еще N лет дополнительно к R годам (кривая Ао).
Кривая Ап показывает рост производительности труда новой техники, которая будет внедрена через L ~ 2 года. При малых сроках службы производительность труда этой техники ниже, чем у лучшей существующей техники и даже техники среднего уровня сегодняшнего дня, однако при достаточно длительных сроках службы новая техника реализует свои возможности и обеспечивает значительные темпы роста производительности
труда.
При увеличении сроков службы производительность труда любого варианта производства, постепенно повышаясь, стремится к определенному пределу Атах. Величина Атах определяется технико-экономическими показателями новой техники: ростом производительности, сокращением количества обслуживающих рабочих, экономичностью машин в эксплуатации. Если новая техника имеет низкий потенциал роста производительности труда, то она не может быть прогрессивной.
§ 3. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА
Теория производительности машин и труда позволяет количественно связывать экономические критерии: рост производительности общественного труда, сроки окупаемости и т. д. с конкретными технико-экономическими показателями работы машин — их производительностью и надежностью в работе, стоимостью и экономичностью в эксплуатации, сроками службы и сроками проектирования и т. д. Это позволяет анализировать влияние различных факторов на производительность труда и не только оценивать 42
конкретные технические решения, но и намечать наиболее эффективные пути повышения производительности труда, а следовательно, наиболее эффективные направления технического прогресса, пути автоматизации.
Автоматизация как основное направление технического прогресса связана с улучшением тех или иных технических характеристик, что сопровождается ростом производительности труда. Однако улучшение различных технико-экономических показателей оказывает неодинаковое влияние на производительность общественного труда. Анализ позволяет указать следующие основные цути повышения производительности труда при автоматизации производственных процессов.
Первый путь — уменьшение затрат живого труда путем сокращения числа рабочих, непосредственно занятых в процессе производства (е > 1). Это достигается благодаря изменению организации труда или улучшению средств производства и управления, когда один работающий получает возможность обслуживать одновременно несколько машин или благодаря внедрению вычислительной техники и иных современных средств выполнять работу, которую раньше выполняли при обслуживании системы машин е человек.
Особенно большие возможности экономии живого труда появились в связи с развитием комплексной автоматизации производственных процессов, когда путем блокирования машин в автоматические линии, создания автоматических цехов и заводов один работающий получает возможность обслуживать десятки сложнейших машин. Такой путь автоматизации является одним из самых распространенных, так как позволяет использовать существующий парк машин, расширяя фронт автоматизации, а также резко сократить количество работающих в сфере управления и подготовки производства. Вместе с тем такой путь автоматизации имеет ограниченные возможности повышения производительности труда, так как при сохранении данного уровня производительности оборудования экономия живого труда имеет тенденцию к убыванию, что можно иллюстрировать следующим примером.
Как известно, при обслуживании неавтоматизированных машин рабочий осуществляет вручную управление последовательностью обработки и выполняет все вспомогательные операции (установку и съем заготовок, зажим и разжим их в шпинделе, подвод и отвод инструментов, контроль размеров обрабатываемых изделий, а также передачу заготовок от станка к станку, уборку стружки, переключение режимов обработки и т. д.). В условиях неавтоматизированного производства рабочий обслуживает один станок. Предположим, что мы имеем участок из 100 станков, которые обслуживают 100 рабочих. При автоматизации затраты живого труда в процессе обработки уменьшаются тем больше, чем выше степень автоматизации системы машин, поэтому один рабочий получает возможность обслуживать не один, а большее количество станков.
Автоматизация рабочего цикла машины, создание автоматов и полуавтоматов, оснащенных автоматической системой управления механизмами рабочих и холостых ходов, позволили ограничить обязанности рабочего сменой заготовок (на полуавтоматах), заправкой материала в механизмы. Это дало возможность одному рабочему обслуживать не один, а два-три станка и, следовательно, сократить количество обслуживающих рабочих и получить экономию заработной платы. Так, при обслуживании одним рабочим двух станков (г = 2) экономия А уже составит 50% заработной платы обслуживающего персонала (рис. П-8). Таким образом, автоматизация рабочего цикла станков, которая достигается иногда простейшими средствами с минимальными затратами, позволяет сэкономить значительную часть трудовых затрат, необходимых в условиях неавтоматизированного производства. Путем дальнейших усовершенствований (оснащение полуавтоматов механизмами автоматической загрузки, контроля, улучшением
Рис. П-8. Зависимость экономии фонда заработной платы производственных рабочих от числа станков, обслуживаемых одним рабочим
Рис. П-9. Зависимость роста производительности труда от сокращения затрат живого труда
системы эксплуатации и т. д.) можно достигнуть того, что один рабочий будет обслуживать в поточной линии 4—5 станков, и экономия трудовых затрат и заработной платы увеличится еще больше; однако, как показывает рис. 11-8, эта экономия не будет пропорциональна количеству станков, обслуживаемых одним рабочим. Если увеличение .г в 2 раза (от 1 до 2) позволило сэкономить 50% фонда заработной платы, то теперь уже увеличение z в 2,5 раза (от 2 до 5) даст возможность сэкономить только 40%.
Дальнейшая экономия затрат живого труда возможна только путем создания автоматических линий, т. е. автоматизацией межстаночной транспортировки заготовок и накопления заделов, созданием новых систем управления, сигнализации и блокировки, механизмов автоматического контроля и подналадки, уборки стружки и т. д. При этом, если технологические процессы останутся прежними, то и производительность машин сохранится на достигнутом уровне, а автоматизация позволит лишь увеличивать число станков, обслуживаемых одним рабочим. Если при переходе от обслуживания одной машины к двум можно простейшими средствами сэкономить 50% заработной платы, то при переходе от 50 к 100 станкам— только 1%.
Между тем создание автоматических систем из 50 или 100 станков, которые обслуживаются одним рабочим, требует решения целого ряда сложнейших технических проблем с использованием всех новейших технических средств автоматизации с огромными затратами сил, средств и времени. Таким образом, с увеличением степени автоматизации системы машин технические трудности и затраты резко растут, а экономия трудовых затрат снижается. На рис. П-9 показана зависимость роста производительности труда % от сокращения затрат живого труда е, откуда видно, что автоматизация с целью сокращения затрат ручного труда может быть эффективной прежде всего в отраслях с низкой технической оснащенностью (малым 6), где еще велики затраты живого труда, а следовательно, и резервы экономии этих затрат. Создание автоматических линий на базе существующего поточного производства, где один рабочий и без автоматизации обслуживает 2—• 3 станка, малоэффективно, если эти линии опираются на существующие техпроцессы и имеют целью только сокращение числа рабочих-операторов и подсобных рабочих.
Таким образом, автоматизация с целью многостаночного обслуживания выгодна и позволяет создавать автоматические системы машин в кратчайшие сроки лишь в тех случаях, когда не требует больших дополнительных затрат сил, средств и времени благодаря применению унифицированных средств автоматизации.
Второй путь повышения производительности труда — сокращение затрат прошлого труда путем снижения стоимости средств производства (о 1). Этот путь требует непрерывного совершенствования технологии производства самих средств производства, стандартизации и унификации механизмов, 44
узлов и деталей машин, обеспечивающих снижение их себестоимости. Для этого пути характерно развитие агрегатного станкостроения, поточных методов производства новых машин, а также унифицированных средств автоматизации. Важнейшей задачей является создание универсальных встраиваемых станков, пригодных как для самостоятельной эксплуатации, так и для встраивания в автоматические линии. Такие станки в большом количестве могут использоваться в автоматических линиях различного технологического назначения, что позволяет наладить их выпуск в больших масштабах, применяя поточные методы производства, создавая стабильные конструкции, надежные в эксплуатации.
Если на первых этапах автоматизации унифицированными элементами являлись узлы и механизмы, из которых компоновались станки различного технологического назначения, то теперь элементами компоновки служат уже встраиваемые станки и унифицированные транспортные средства, что позволяет создавать автоматические линии с меньшими затратами в кратчайшие сроки. Унификация и стандартизация оборудования позволяют не только уменьшить стоимость оборудования, но и значительно сократить сроки его проектирования и освоения и тем самым повысить производительность общественного труда.
На рис. П-10 показан рост производительности общественного труда при сравнении двух вариантов новой техники — поточного и автоматизированного производства. Если автоматическая линия создается из нормализованных узлов, то благодаря малой стоимости и малым срокам проектирования такая линия быстро окупается и дает значительный рост производительности труда (кривая L = 0). Если линия проектируется заново и сроки ввода в эксплуатацию удлиняются хотя бы на год, с неизбежным увеличением стоимости (о онОрм, кривая L = 1), эффективность автоматизации значительно ниже.
Оценивая перспективность второго пути повышения производительности труда, следует учитывать неодинаковые реальные возможности улучшения характеристик s и о. Если новые автоматические линии, оснащенные современными средствами автоматики, позволяют сократить число обслуживающих рабочих во много раз (в = 5-4-10), то сократить стоимость новой техники во столько же раз практически невозможно. Проектирование, изготовление, монтаж и отладка новых машин являются сложными процессами, каждый процент снижения заводской себестоимости новой машины является достижением. Так, по данным Московского станкостроительного завода им. Серго Орджоникидзе, применение нормализованных узлов и создание агрегатных станков из нормализованных элементов позволяет снизить стоимость станков на 30%, т. е. а — 0,7.
Третий путь повышения производительности труда — сокращение затрат живого и прошлого труда путем повышения производительности средств производства и сокращения трудовых затрат на единицу изделия (<р ►> 1). Это достигается разработкой новых прогрессивных технологических процессов и создания высокопроизводительных средств производства.
История техники знает немало примеров, когда уровень существующего производства исчерпывал свои возможности, и это неизбежно вызывало появление новых методов производства, новой технологии и новых высокопроизводительных средств производства. Коренная ломка старых, привычных методов производства, рождение и развитие новых прогрессивных технологических процессов и высокопроизводительных средств производства — радикальный путь повышения производительности труда.
На рис. 11-11 приведена зависимость производительности труда от роста производительности средств производства и степени сокращения живого труда, построенная по формуле (П-13). Кривая 1 показывает рост производительности труда в результате блокирования машин в автоматическую систему при неизменном уровне производительности машин (ф = 1) без
Рис. II-10. Зависимость роста производительности труда от сроков внедрения новой техники из уникального оборудования и унифицированных узлов
Рис. П-11. Зависимость роста производительности труда от многостаночного обслуживания и повышения производительности машин
учета затрат на автоматизацию (о = 1). При такой автоматизации единственным источником экономии является сокращение требуемого фонда заработной платы производственных рабочих. Кривая Г построена с учетом неизбежного прогрессивного роста стоимости автоматических линий и снижения их производительности (<р << 1, о >> 1) в результате блокирования все большего количества машин в автоматическую систему. Это блокирование приводит к тому, что производительность машин все более снижается по сравнению с поточными линиями. В результате производительность общественного труда на сложных, технически совершенных автоматических линиях, оснащенных всем арсеналом средств современной автоматики, электроники и т. д., может оказаться ниже, чем на поточных линиях. Таким образом, заштрихованная область означает потери производительности труда, которые особенно значительны для автоматических линий сложной конструкции.
Кривые 2 и 2' показывают рост производительности труда при автоматизации, сочетающей рост производительности машин и сокращение затрат живого труда. Как видно, и здесь существуют потери производительности труда по тем же причинам, однако потенциал роста производительности труда настолько высок, что автоматизация заведомо эффективна.
Одним из важнейших характеристик новой техники является предельный уровень роста производительности труда по сравнению с достигнутым данной отраслью к моменту ввода новой техники в эксплуатацию. Как видно из рис. II-7, рост производится ь-
Рис. П-12. Зависимость максимума роста производительности труда от повышения производительности машин
ности труда при увеличении сроков службы стремится к некоторому пределу.
Согласно формуле (II-13)
^тпах — 11ГП X
N~>co
ф8 (т 4- 1) т6ф8 4- 1
(П-20)
Проведя необходимые преобразования, получим
^max 1 “F
тф(1 — 6)4-ф---~
тбф 4- -~-
(II-21)
Как видно, предельный уровень повышения производительности труда при внедрении новой техники зависит только от сравнительных технико-эконо-
мических показателей работы машины (<р, е, 6). Если эти показатели новой техники оказываются низкими, новая техника не может быть прогрессивной. На рис. И-12 показана зависимость Хтах от роста производительности машин откуда видно, что высокий уровень производительности труда для новой техники можно обеспечить только в том случае, когда производительность новой техники будет значительно выше, чем у существующей. Таким образом, генеральным направлением автоматизации должна быть разработка новых, прогрессивных технологических процессов и создание таких высокопроизводительных средств производства, которые были вообще невозможны, пока человек процессами производства управлял вручную.
§ 4. ПРОГРЕССИВНОСТЬ НОВОЙ ТЕХНИКИ
Прогрессивность новой техники определяется ее соответствием главному целевому назначению. В социалистическом обществе главным целевым назначением новой техники является повышение производительности и облегчение условий труда. При этом прогрессивной является не всякая техника, обеспечивающая рост производительности труда, а только такая, которая соответствует научно обоснованным заданным темпам ее повышения и при этом облегчает труд человека. На основе сложившихся представлений можно сформулировать следующие требования к критерию прогрессивности новой
техники.
1.	Критерий прогрессивности должен отражать рост производительности общественного труда.
2.	Критерий прогрессивности должен отражать постоянный рост требования к новой технике на основе объективных законов развития производительных сил. Чем позже вводится в эксплуатацию новая машина, тем более высокими технико-экономическими показателями она должна обладать.
3.	Критерий прогрессивности должен учитывать фактор времени. Любая самая совершенная конструкция сегодняшнего дня, если сроки ее проектирования и освоения затягиваются, в конце концов неизбежно оказывается морально устаревшей при проектировании. Любая прогрессивная техники в процессе эксплуатации не может оставаться прогрессивной
вечно и морально стареет.
4. Критерий прогрессивности должен учитывать высокую эффективность капиталовложений на создание и внедрение новой техники.
Реальная экономическая эффективность новой техники зачастую определяется факторами, не связанными с ее техническим совершенством, например, недостаточным использованием по производительности, затянувшимися
сроками ввода в эксплуатацию, низким уровнем обслуживания и т. д. В результате самая совершенная и прогрессивная новая техника в каких-то условиях производства может оказаться экономически неэффективной. Поэтому прогрессивность новой техники должна оцениваться независимо от возможных организационных неувязок при полном использовании заложенных в ней возможностей. При соблюдении этих условий прогрессивная новая техника обя-
Рис. П-13. Темпы роста производительности общественного труда по сравнению с достигнутым уровнем
Рис. 11" 14. Темпы роста производительности труда при различных сроках ввода в эксплуатацию новой техники
(0; 1), характеризующей исходный уровень
зательно имеет высокую эко» номйческую эффективность.
Каждая точка на кривой X — f (N) отражает итоговую величину роста производительности труда при сроке службы N лет по сравнению с исходным уровнем (1=1), считая ожидаемый срок службы N переменной величиной (см. рис. П-7). Если соединить различные точки на кривой производительности труда (соответствующие различным срокам службы машины) с точкой производительности труда, то
угол наклона этих прямых а будет каждый раз характеризовать фактические темпы роста производительности труда за срок службы новой техники по
сравнению с исходным, достигнутым ранее уровнем.
Как показано на рис. П-13, величина а отрицательна при N <j AfM, что характеризует отрицательный экономический эффект в том случае, если новая техника будет снята с эксплуатации при сроках службы, меньших, чем NM. При N = а = 0, т. е. техника в итоге эксплуатации не дает ни выигрыша, ни проигрыша. Если сроки службы новой техники выше NM при некоторой величине сроков службы, то темпы роста производительности труда будут максимальными (атах). Оценка новой техники по фактическим темпам роста производительности труда позволяет решить проблему учета фактора времени, что подтверждается рис. П-14.
Графики показывают рост производительности труда при эксплуатации одной и той же машины, но с различными сроками ввода в эксплуатацию: а = 0; 2 и 5 лет. Отсчет темпов роста производительности труда производится всегда от достигнутого уровня производительности труда к моменту, взятому за начало отсчета. Как показывают графики, одна и та же машина, введенная с запозданием на 5 лет, обеспечивает через 10 лет календарного времени вдвое более низкие темпы роста производительности труда. Чем раньше будет введена в действие машина, тем более высокие темпы роста она обеспечивает, т. е. а1>>а2>>аз. Зная фактические темпы роста производительности труда, можно сравнить их с научно обоснованными плановыми и определить, в какой-степени данная машина обеспечивает заданные необ
ходимые темпы роста производительности труда.
Выше было сказано, что прогрессивность любой техники определяется степенью ее соответствия главному целевому назначению. Следовательно, критерием прогрессивности новой техники является соответствие фактических темпов роста производительности труда плановым, которые должны быть научно обоснованными, прогнозируемыми. Имея единое начало отсчета по времени, можно на одном графике сравнить фактические и плановые темпы роста производительности труда, исходя из единой основы — достигнутого уровня. При этом нетрудно заметить, что фактические темпы роста производительности труда при длительных сроках службы постепенно снижаются, как это хорошо видно на рис. 11-13. Следовательно, как бы ни были высоки фактические темпы роста производительности труда, в конце концов они неизбежно окажутся ниже плановых.
На рис. П-15 показан плановый рост производительности труда при постоянных его темпах и здесь же, на одной диаграмме, фактический рост производительности труда для двух вариантов новой техники. Только второй вариант может считаться прогрессивным (Хп), хотя оба варианта
Рис. П-15. Прогрессивность новой техники в за- Рис. II-16. Плановые и фактические темпы роста висимости от ее сроков службы	производительности труда и прогрессивность но-
вой техники при различных сроках ввода ее в эксплуатацию
являются экономически эффективными и обеспечивают значительный рост производительности труда по сравнению с исходным уровнем (Хх = 1). Темпы роста производительности общественного труда, отнесенные к срокам службы, являются и критерием экономической эффективности новой техники. Подробно эти вопросы рассмотрены в гл. VIII.
Рис. II-16 показывает зависимость прогрессивности новой техники от сроков ввода ее в эксплуатацию. Если машина будет введена в действие через 2 года после момента, принятого за начало отсчета, она будет прогрессивной, если сроки службы не превысят Nmax. Однако достаточно запоздать с введением данной машины на L = 5 — 2 — 3 года, как новая техника перестает быть прогрессивной. Таким образом, по критерию эффективности капиталовложений, несмотря на задержку с проектированием и освоением, машина может считаться экономически эффективной, хотя она за этот период морально устарела при проектировании. В то же время новая техника с длительными сроками окупаемости, даже при наличии высокого потенциала производительности труда, не может быть прогрессивной. Высокая эффективность капиталовложений является необходимым, но недостаточным условием прогрессивности новой техники. Критерий прогрессивности более полно учитывает фактор времени и отражает более высокий уровень требований к новой технике, чем критерий эффективности капиталовложений. Инженерные методы оценки экономической эффективности и прогрессивности новой техники подробно рассмотрены в гл. VIII.
Глава 111
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
И НАДЕЖНОСТЬ АВТОМАТОВ
И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
§ 1. ЦИКЛОВАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
Согласно исходным положениям теории производительности машин и труда для выполнения любой работы требуются определенные затраты времени:
Т=^ + /х,	(Ш-1)
где Т — время, в течение которого производится определенная порция продукции (штуки, единицы длины, площади, объема);
tp <— время, затрачиваемое на рабочие ходы, т. е. непосредственно на обработку данной детали (время резания, время деформации металла при штамповке, время, расходуемое на загибку проволоки и т. д.);
— время, затрачиваемое на холостые ходы при выполнении всего цикла обработки детали, т. е. цикловые потери времени (подвод и отвод инструмента, подача материала, включение отдельных механизмов и т. д.).
Так как за время Т заканчивается обработка определенного количества материала — определенной «порции», то, очевидно, для обработки следующей такой же порции при установившемся режиме работы машин потребуется то же самое время Т. Рассматривая рабочие машины с установившимся режимом работы и откладывая по оси абсцисс время (рис. Ш-1) начала и конца работы, получим характеристику данной машины, показывающую цикличность ее работы. За каждый промежуток времени Т рабочая машина, осуществляя в определенном чередовании рабочие и вспомогательные ходы, произведет одно и то же количество продукции.
Периодом рабочего цикла называется промежуток времени, в течение которого совершаются все рабочие и холостые ходы рабочего цикла машины. Зная период рабочего цикла, легко определить частоту его повторения, т. е. цикловую производительность рабочей машины.
Производительностью рабочей машины называется количество обрабатываемого продукта в единицу времени. Для того чтобы оценить производительност любой рабочей машины, необходимо количество выпущенной продукции отнести к отрезку времени, за который эта продукция произведена. Так, если машина за период рабочего цикла длительностью Т произвела единицу продукции, то цикловая производительность машины
<ш-2)
Если за период рабочего цикла Т машина производит не одно, а р изделий, цикловая производительность
Qu = 4-.	(Ш-З)
Очевидно, что в зависимости от целевого назначения рабочей машины, от вида обработки количество обработанной продукции машин может измеряться в различных единицах (штуках, единицах длины, объема и т. д.). В качестве единицы времени в теории производительности принимается минута (мин), в производственных условиях, кроме того, принято относить количество выпущенной продукции к одной рабочей смене (см.), одному часу (ч) и т. д.
Так как значительную часть продукции машиностроения представляет штучная продукция, то в дальнейшем в основу будет взята штучная производительность, т. е. количество изделий, изготовленных в единицу времени — шт./мин, шт./см.
Если в машине отсутствуют холостые ходы “ tx — О, Т = tp и технологический процесс осуществляется непрерывно, цикловая производительность
Q„ =-т- = К. шт/мин.	(И 1-4)
Гр
Величина К называется технологической производительностью рабочей машины и представляет собой фиктивную производительность любой машины, вычисленную без учета потерь времени на холостые ходы tx. Подставляя из формулы (Ш-4) значение tp — Д- в формулу (Ш-2), получим
<2Ц —	1' “ шт-/мин>	(Н1*5)
т. е. производительность рабочей машины представляет собой произведение технологической производительности К на коэффициент производитель’ ности т|. Коэффициент производительности определяется отношением производительности станка к технологической производительности или отношением времени рабочих ходов к периоду цикла:
4=TSTT = -r“ir = ^-	<ш-6>
Коэффициент производительности характеризует степень непрерывности процесса и использования машины по времени. Действительно, пусть после подсчетов оказалось, что при непрерывной работе инструментов на данном станке можно выпустить 10 деталей, т. е. технологическая производительность К = Ю шт. мин. В действительности можно выпустить только 4 детали (Qu = 4 шт./мин). Тогда согласно формуле (Ш-6)
Это указывает на то, что на данном станке лишь 40% времени расходуется на собственно обработку детали, а 60% занимают различные холостые (вспомогательные) ходы.
Рассматривая уравнение (Ш-6), легко заметить, что коэффициент производительности одновременно зависит от величин /х и К. При этом в зависимости от величины ^коэффициент производительности колеблется в пределах 0 <3 т] <3 1. Если принять tx = const, то с увеличением К коэффи-
Рис. Ш-1. Элементы времени цикла рабочей машины
Рис. 111-2. Зависимость коэффициента производительности машин от технологической производительности и холостых ходов
Рис. II1-3. Производительность рабочих-машин с различными значениями tx
циент производительности г| уменьшается. Графически зависимость tj от К представлена на рис. Ш-2, где показаны три кривые (/—III), соответствующие трем значениям tx. Таким образом, повышение технологической производительности, с одной стороны, увеличивает производительность, с другой — уменьшает величину коэффициента производительности [формула (Ш-5) что ведет к понижению темпа роста производительности. Налицо диалектическое противоречие, говорящее о том, что повышение производительности возможно лишь при учете взаимодействия между указанными двумя факторами.
Технологическая производительность как величина обратная длительности обработки может быть повышена путем интенсификации режимов обработки, совмещения операций при многоинструментной и многопозиционной обработке, применением новых, прогрессивных технологических процессов и методов и т. д. Однако, стремясь достигнуть повышения производительности, необходимо одновременно с увеличением технологической производительности повышать коэффициент производительности, что возможно лишь путем уменьшения величины /х, т. е. путем изменения условий, существовавших до введения новой техники (создания быстродействующих механизмов холостых ходов и управления, совмещения холостых ходов с рабочими ходами между собой, улучшения процессов обслуживания, внедрения новых механизмов, автоматизирующих операции, ранее выполняемые вручную, и т. д.).
Откладывая по оси абсцисс по-прежнему технологическую производительность, а по оси ординат производительность рабочей машины, получим графическое изображение (рис. Ш-3) основного уравнения производительности •—уравнения (Ш-5). Кривые /—III характеризуют различные рабочие машины одного и того же назначения, которым соответствуют tXv £хп, £х1П. Прямая QH соответствует производительности «идеальной» рабочей машины, не затрачивающей времени на вспомогательные ходы. В то время как «идеальная» рабочая машина дает прямое увеличение производительности и при К = 2 получим Оц = 2, производительность каждой из рабочих машин соответственно будет лишь Qb Qn, Qm — меньше, чем QH.
Как видно из рис. Ш-3, при данном значении tx производительность каждой машины после определенного заметного повышения асимптотически приближается к некоторому пределу, показанному штриховой линией, и дальнейшее повышение технологической производительности К не дает существенных изменений производительности Qu, так как при этом потери на холостые ходы остаются постоянными.
Максимум производительности рабочей машины при tx — const
Qmax =	~ ШТ./МИН.	(Ш-7)
к-»о Л‘х + 1 ‘х
Рис. Ш-4. Эволюция развития рабочих машин
Из формулы (Ш-7) ирис. Ш-3 следует, что чем меньше значение £х, тем выше предел производительности и тем больше возможность ее повышения путем увеличения технологической производительности К. Если уменьшать время холостого хода, приближая его к нулю (tx—*®), то производительность Qq будет стремиться к технологической:
Qmax = lim -к.{К - = К шт./мин. (Ш-8)
<х-»о АГх-1- 1
Если же /< —> оо и	—> 0, предела
повышения производительности не имеем.
Таким образом, если увеличивать только технологическую производительность при = const, то всякая рабочая машина будет иметь предел повышения производительности. Если одновременно с увеличением технологической производительности сокращать время на холостые (вспомогательные) ходы, то можно беспредельно увеличивать производительность машины. Производительность машин предела не имеет. Значение автоматизации для рабочих машин заключается в том, что внедрение ее открывает путь для дальнейшего развития рабочей машины в целом, т. е. повышения ее производительности. Современный парк высокопроизводительных, совершенных рабочих машин мог появиться именно благодаря внедрению автоматики. Дальнейшее развитие механизмов рабочих ходов стало возможным лишь после того, как были разработаны механизмы для осуществления холостых ходов.
Если проследить эволюцию любой рабочей машины, то легко заметить «скачкообразный» характер ее развития. Всякий раз, когда величина технологической производительности приближалась к тем значениям, когда становилось бессмысленным дальнейшее ее увеличение, на смену появлялась новая машина. Она давала более высокую производительность благодаря частичной или полной автоматизации ее холостых ходов. Это, в свою очередь, порождало новый скачок в повышении технологической производительности, который требовал дальнейшего развития — совершенствования исполнительного механизма в части сокращения времени холостых ходов и т. д. Этот исторический путь развития машины легко проследить по графику производительности (рис. Ш-4), где представлен скачкообразный закономерный характер развития рабочей машины, показывающий, как автоматизация позволяет увеличивать предел повышения производительности машин и труда.
Автоматика открыла путь к внедрению новых прогрессивных методов обработки, к интенсификации процессов обработки, к осуществлению сложных технологических процессов, к созданию станков-комбайнов автоматических линий, цехов и заводов. Автоматика —путь революционного развития средств производства, повышения производительности, облегчения труда и роста благосостояния социалистического общества.
§ 2. ФАКТИЧЕСКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
Если определить производительность рабочей машины за длительный промежуток времени путем деления количества выпущенной продукции за какой-то календарный отрезок времени на его продолжительность, то эта фактическая производительность окажется ниже цикловой, подсчитанной по формуле (Ш-2) или (Ш-5). Причиной этому является то обстоятельство, что помимо цикловых потерь времени tx при работе машины имеют место и внецикловые потери времени /п, которые также приводит к снижению 53
производительности машины. Производительность машины с учетом вне-цикловых потерь времени можно представить в следующем виде:
<? = 7-; 7 Х'7~ шт./мин,	(Ш-9)
*р "г *х ~г *п
где —внецикловые потери, т. е. та доля времени остановок машины, которая приходится на единицу продукции.
Если машина за рабочий цикл производит порцию продукции р, то фактическая производительность
*р “Г *Х ptn
где ptn >—внецикловые потери, приходящиеся на один рабочий цикл.
Таким образом, суммарные внецикловые потери ptn есть фиктивное среднее удлинение рабочего цикла вследствие наличия внецикловых простоев оборудования. Причинами, вызывающими внецикловые простои, могут быть: замена и регулирование отдельных механизмов, периодическая заправка новой порции материала, контроль изделия (примеры), нарушение настройки станка, переналадка станка на другое изделие. Если увеличивать технологическую производительность К в результате интенсификации обработки, например скорости резания, то это приведет к возрастанию внецикловых потерь из-за уменьшения стойкости инструмента.
Согласно формуле (Ш-5) производительность с учетом цикловых потерь
Если за длительный промежуток времени возникают дополнительные (внецикловые) потери /Х1, то, зная производительность QT1 с учетом цикловых потерь 4» производительность с учетом новых потерь tX1 можно подсчитать по формуле
О —
1 Qn/xi + 1
Подставляя вместо фц ее значение по формуле (Ш-5), получим
*
1	К (^Х1	^х)	1
При наличии потерь tXz аналогично можно подсчитать
О - —*
2	^Х2 + 1	% (*Х + ^Х1 + ?Х2) + 1
В общем виде
Qn
Qn-i Qn-ltxn+l
к
I	п	\	9
+ +1
\	1 п)
(Ш-11)
где tX1, tx~, . . tXn —внецикловые потери различных видов, отнесенные к единице продукции.
Данная обобщенная формула отражает объективно действующий закон производительности машин и агрегатов, который формулируется следующим образом: повышение производительности рабочих машин и агрегатов заключается в том, что интенсифицируются процессы обработки и одновременно сокращаются все потери, в том числе и порождаемые самой интенсификацией.
Если за произвольный промежуток времени 9 потери времени по данному виду составляют 0Х и за суммарное время бесперебойной работы ма-54
шины 9р произведено г изделий, то внецикловые потери, отнесенные к единице изделия, соответственно будут
Суммарные потери по всем видам
Отсюда производительность с учетом всех видов потерь может быть представлена в виде следующей формулы:
Qn = QAe,	(П1-12)
где т]и0 —коэффициент использования машины;
6„	I	j
^ = ер + 2ех =	( , ец£ех ’	(Ш'13)
+ Qp +	2
где г = (?ц0р.
Подставляя коэффициент г|ис в формулу (Ш-12) и значение Qu из формулы (Ш-5), получим
Qn —
Сц
________К________
( S м
1 + Оц
г
На основе этой методики можно анализировать влияние отдельных видов потерь на производительность машины и определить пути создания высокопроизводительной техники. Так, выделяя потери только одного вида, можем записать
Qn — Qrt-iTIn-i — Qn-i 0
1
+ Ор
(Ш-14)
где Qn~i
Лп
0Х лп
данного вида на производитель-
Рис. Ш-5. Зависимость производительности от скорости протекания рабочего процесса
—	производительность машины с учетом всех видов потерь, кроме потерь данного вида;
—	частный коэффициент производительности, характеризующий влияние внецикловых потерь ность машины;
— время простоев машины по данному виду.
На рис. Ш-5 показана зависимость фактической производительности от технологической с учетом как цикловых /, так и внецикловых 2 потерь. Если наличие холостых ходов приводит к тому, что при повышении технологической производительности темпы роста производительности замедляются, то внецикловые потери при интенсификации технологического процесса возрастают в такой степени, что приводят к резкому снижению фактической производительности. Таким образом, внецикловые простои, подобно
холостым ходам, оказывают существенное влияние на производительность, однако природа их возникновения иная —холостые ходы строго регламентированы и повторяются каждый цикл, а внецикловые простои являются случайными или функционально зависящими величинами, их продолжительность и частота различны.
§ 3.	БАЛАНС ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
И ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ
АВТОМАТИЗАЦИИ
С точки зрения теории производительности любое время, в течение которого не происходит обработка (контроль, сборка и т. д.), считается потерянным, так как приводит к уменьшению фактической производительности. Поэтому холостые ходы и внецикловые потери (простои, приходящиеся на одно обработанное изделие) в равной степени считаются потерями времени.
Цикловые и внецикловые потери могут быть следующих видов.
1.	Цикловые потери —потери I вида: подача материала, транспортировка объекта обработки из позиции на позицию; фиксация, зажим и разжим заготовки; подвод и отвод рабочих органов; переключение отдельных механизмов и т. д., т. е. все несовмещенные холостые ходы рабочего цикла.
2.	Внецикловые потери:
а)	потери II вида —смена, установка и регулирование инструментов; ожидание наладчика; хождение за инструментом; частичная заточка, правка инструмента и т. д.;
б)	потери III вида —регулировка и ремонт механизмов машины; ожидание ремонтного мастера; получение запасных частей; ожидание изготовления деталей и т. д.;
в)	потери IV вида —периодическая заправка материала; уборка отходов; сдача готовых деталей и получение заготовок; переговоры по работе; сдача смены; отсутствие обрабатываемого материала; отсутствие рабочего и т. д.;
г)	потери V вида —брак изделий при наладке машины; брак вследствие нарушения настройки; брак материала, обнаруженный после первых операций и т. д.;
д)	потери VI вида —переналадка машины в связи с переходом на изготовление другого изделия; замена технологической оснастки; кинематическая настройка; смена кулачков, программы, приспособлений и инструментов и др.
Все внецикловые потери можно разделить на две категории.
1. Потери, вызванные техническими причинами, которые прямо или косвенно связаны с конструкцией и режимом работы машины, собственные потери. К ним относятся потери по инструменту и регулированию механизмов и устройств, брак данной операции и др.
2. Потери, которые вызваны внешними организационно-техническими причинами —организационно-технические потери. К ним относятся прежде всего потери по организационным причинам: отсутствие заготовок, несвоевременный приход и уход рабочего; брак предыдущих операций, обнаруженный при обработке, и т. д.
Согласно определению коэффициент использования рабочей машины
	
(Ш-15)
где 2	—собственные простои машины за время 0;
2 0от —простои, вызванные внешними организационно-техническими причинами.
Умножим числитель и знаменатель в этом выражении на одну и ту же величину 0Р + 2 0С, тогда
_	0р + 2d
-ь ^°т
0р + у ес
х g TV'o Iva =(ИМ 6) °р + 2j + 2j °°т
Величина г]Тех = ——называется коэффициентом технического °₽ + 2d06
использования и определяется с учетом только собственных потерь. Его значение показывает, какую долю времени будет работать машина при условии обеспечения всем необходимым. Так, например, значение Цтех = = 0,85 означает, что если машина будет полностью обеспечена заготовками, инструментом, электроэнергией, обслуживающим персоналом и т. д., то в среднем она будет 85% времени работать, а 15% времени уходит на устранение технических неполадок, возникающих при ее работе, т. е. смену и регулирование инструментов, ремонт и регулирование механизмов и т. д. Таким образом, коэффициент технического использования характеризует прежде всего долговечность и надежность механизмов и инструмента, стабильность технологического процесса и т. д.
п	+ 2 0С
Величина ц3 = —------— называется коэффициентом загрузки
.° 2d "Ь 2d ^°т
и определяется с учетом как собственных, так и организационно-технических потерь. Его значение показывает, какую долю общего планового фонда времени машина работает, ремонтируется, налаживается и т. д. и какую простаивает по внешним, не зависящим от нее причинам. Например, значение Цз == 0,8 означает, что из общего планового фонда времени лишь 80% занимают работа машины и простои для устранения возникающих при работе неполадок, а 20% времени машина простаивает при полной исправности механизмов и инструмента из-за своей незагруженности по организационнотехническим причинам. Иначе, возможности выпуска продукции при данном уровне надежности и долговечности машины используются лишь на 80%, что определяется уровнем ее загрузки в данных условиях производства.
Анализ производительности машин в условиях эксплуатации обычно преследует две основные цели: определить резервы повышения производительности машин в данных конкретных условиях производства; дать исходные параметры для проектирования новых машин сходного технологического назначения путем обобщения опыта эксплуатации действующего оборудования, сравнительного анализа работоспособности различных машин и т. д.
Если анализируются резервы повышения производительности в данных конкретных условиях эксплуатации, необходимо учитывать все виды потерь: собственные и организационно-технические, анализировать величины Q, г|ис, ц3 и др. Если анализируются и сравниваются возможные конструктивные, структурные и другие варианты машин (как при проектировании, так и при эксплуатации), которые отличаются длительностью рабочих и холостых ходов, интенсивностью режимов обработки, надежностью в работе механизмов и устройств, следует учитывать только цикловые и собственные внецикловые потери и анализировать величину коэффициентов: производительности т] и технического использования цТех.
Так как величины Q, Цтех, Лз, Лис по природе своей являются случайными'величинами, то определение их достоверных численных значений не может быть сделано путем наблюдений и замеров ограниченной длительности. Однако при этом период исследований AN всегда несоизме-
Рис» Ш-6. Эксплуатационные характеристики автоматической линии во вре-мени
римо меньше общего срока службы машины N3, в течение которого величины всех параметров производительности неизбежно меняются во времени.
На рис. Ш“6 дана зависимость отношения фактической производительности Q машины к цикловой Qu (т. е. отдачи машины по производительности) от календарного текущего времени эксплуатации машины в годах. Как видно, для любой рабочей машины (станок, автомат, автоматическая линия) в отличие от систем однократного действия характерно двоякое качественное состояние.
1. Машина находится в эксплуатации, выдает продукцию и имеет чередование периодов работы и простоев по техническим и организационным причинам: ^- > 0. Периоды эксплуатации машины характеризуются случайностью возникновения неполадок и сравнительной быстротой восстановления работоспособности машины. Величина Q определяется уровнем эксплуатационной надежности, а также степенью загрузки машины.
2. Машина выведена из эксплуатации и находится в планово-предупредительном ремонте, продукция не выдается: = 0. При этом требуется обычно значительное время на восстановление служебных свойств машины. Длительность ремонта определяется долговечностью и ремонтопригодностью машины, ее узлов и отдельных деталей.
Кривая 1 показывает фактическую степень использования возможностей машины по производительности с учетом технических и организационнотехнических потерь, а следовательно, величину коэффициента использования машины т]иС = f (М). Кривая 2 показывает использование возможностей производительности машины при условии полного обеспечения всем необходимым, т. е. с учетом только собственных технических потерь —величину цтех. Заштрихованные области означают потери производительности во времени по техническим и организационным причинам.
Как показывает график, в период пуска и освоения машины уровень ее эксплуатационной надежности обычно невысок из-за неотработанности конструкции и режимов работы машины, недостаточной квалификации обслуживающего персонала и т. д. В этот период фактическая производительность машины обычно низкая. Далее наступает период стабильной эксплуатации, когда эксплуатационная надежность находится приблизительно на одном уровне, который определяется совершенством конструкции машины, качеством ее изготовления и сборки, режимами работы, квалификацией обслуживающего персонала и т. д. Однако фактическая отдача (фактическая производительность машины) в этот период постепенно повы-58
шается вследствие роста производственной программы, улучшения системы эксплуатации, сокращения организационно-технических простоев.
В конце периода стабильной эксплуатации начинает сказываться износ механизмов и сопряжений, что приводит к ухудшению точности обработки, возрастанию неполадок из-за несрабатывания механизмов, т. е. к снижению уровня эксплуатационной надежности. До некоторого момента (точка /И) это не сказывается на фактической производительности —сокращаются лишь организационно-технические простои из-за отсутствия заготовок. Однако прогрессирующий износ и увеличение интенсивности отказов приводят к тому, что фактическая производительность начинает снижаться, программа выпуска не выполняется, растет брак, дальнейшая эксплуатация машины становится нерациональной, машина становится на ремонт. Назначе-чение планово-предупредительного ремонта состоит в том, чтобы заблаговременно вывести машину в ремонт до наступления момента, соответствующего точке М. Суммарная длительность периодов пуска и освоения, стабильной эксплуатации и прогрессирующего износа определяет первый межремонтный период Nlf за которым следует период первого ремонта тппР1. После этого начинается второй период эксплуатации N2i когда эксплуатационная надежность также меняется. Аналогично меняется во времени и величина организационно-технических потерь, а следовательно, и уровень фактической производительности машины, однако уже в менее значительных пределах, чем в первый период эксплуатации.
Если в течение времени AN произвести эксплуатационные исследования работы машины, то полученные численные характеристики т]ис и т]тех будут справедливы в первую очередь для данного периода, а при установившемся режиме эксплуатации •—объективно характеризовать и надежность машин, и совершенство ее эксплуатации, и качество работы и т. д. Таким образом, для любой рабочей машины характерно чередование периодов эксплуатации (межремонтных периодов) и периодов ремонта. Чем длительнее периоды эксплуатации и меньше сроки планово-предупредительных ремонтов, тем меньше потери производительности, выше ее долговечность и надежность. Влияние простоев при планово-предупредительных ремонтах на производительность машины может быть оценено коэффициентом эксплуатации, который показывает, какую долю общего срока службы машина находится в эксплуатации и в ремонте:
п
" Б*,
где N3 —календарный срок службы машины;
S —суммарная длительность периодов эксплуатации машины в течение срока службы N3;
S тппр —суммарная длительность планово-предупредительных ремонтов за срок службы машины N3.
При этом N3 = 2	+ 2 тппр- Считая величины циС, т]3, цТех «мгновен-
ными» характеристиками работоспособности машины для конкретного момента ее эксплуатации А#, получим общий коэффициент использования, который является итоговой, интегральной характеристикой использования машины за весь срок ее службы N3.
По = J ПисПэ^ — J ПтехПзПэ^-	(Ш-18)
О	о
Так, например, значение ц0 = 0,6 означает, что за весь срок службы машина выдала лишь 60% того количества продукции, которое могло быть
Рис. 111=7. Баланс производительности и проблемы комплексной автоматизации
(Ш-20)
получено при условии полной загрузки, абсолютной надежности и бесконечной долговечности.
Абстрагируясь от организационно-технических потерь (ц3 = 1), можем получить значение общего коэффициента использования, которое наиболее полно характеризует надежность и долговечность машины за весь срок ее службы:
ПО = J ЦтехЦэ^.	(Ш-19)
О
Если эксплуатационные характеристики машины мало меняются в процессе эксплуатации, то
По = ПтехЦзНэ;
Т)0 = ЦтехЦэ-
Точное определение значений общего коэффициента использования возможно лишь в том случае, если длительность наблюдений работоспособности машины будет равна сроку службы, что нецелесообразно. Поэтому на практике ограничиваются кратковременными исследованиями в период стабильной эксплуатации машины и определением значений цтех, ц3, цис с проверкой типичности выбранного момента исследования. Такой же «мгновенный» характер имеют и другие характеристики фактической производительности (Q, 2/п)-
На основе этих исследований и анализа работы машин можно составить баланс производительности, который наглядно показывает, какие потери происходят в работе машины и каков их удельный вес (рис. Ш-7). Баланс производительности позволяет определить, по каким причинам вместо технологической производительности К получается значительно меньшая величина Q. Баланс производительности позволяет также аналитически определить, какое количество продукции недодает машина вследствие тех или иных потерь. Например, величина AQT ~ А — Qu=/((1—ц) представляет собой потери производительности из-за наличия в рабочем цикле холостых ходов. Аналогично величина AQn =	— Qn характери-
зует потери производительности вследствие простоев по инструменту. Рассматривая потери как движущие факторы в развитии техники, можно сформулировать основные проблемы комплексной автоматизации производственных процессов, решение которых определяет перспективы развития автоматизации.
I.	Проблема автоматизации рабочего цикла и создания машин и линий непрерывного действия. До последнего времени успехи автоматизации определялись главным образом созданием высокопроизводительных автоматических машин и агрегатов, в которых до минимума сокращались холостые ходы рабочего цикла, т. е. потери вида I. Конструкторы уделяют большое внимание созданию машин с высокими эксплуатационными показателями. Современные универсальные станки конструируются таким образом, что время, затрачиваемое на переналадку станка, сводится к минимуму. При создании машин-автоматов самого различного технологического назначения должен быть поставлен вопрос: какой метод осуществления данного технологического процесса с точки зрения принципиального построения рабочей машины следует признать наиболее совершенным. Очевидно, совершенным будет такой процесс, в котором отсутствуют холостые ходы, во время которых не происходит обработка материала. В этом случае производительность машины, осуществляющей непрерывную обработку, будет повышаться прямо пропорционально увеличению технологической производительности, т. е. <)ц = К, л = 1.
Непрерывный автоматический поток —это самая высокая ступень автоматизации машины и создания автоматической системы машин. Современное автоматостроение успешно начало борьбу за создание машин-автоматов непрерывного действия. Ротационные машины-автоматы и автоматические линии непрерывного действия все больше и больше вытесняют машины пр ер ыв истого действи я.
II.	Проблема автоматизации смены и регулирования инструментов. Борьба с потерями вида II, связанными со сменой и регулированием износившихся, вышедших из строя рабочих органов (инструментов), является одной из трудных. Многочисленные попытки в этой области хотя и удовлетворительно решают частные задачи, еще не дают возможность в какой-то степени положительно решить эту проблему в целом для современных систем машин. Тем не менее в связи с усложнением систем машин и интенсификацией режимов обработки эта проблема становится все более актуальной.
III.	Проблема долговечности и надежности автоматических систем. В новую фазу входит борьба с потерями вида III по ремонту и регулированию механизмов машины. Если раньше проблема долговечности и надежности касалась отдельных машин и их механизмов, то в настоящее время она охватывает системы автоматических машин, включающих в себя сложный комплекс всевозможных машин, механизмов и аппаратуры. Ныне требования к надежности автоматических систем становятся на такой же высокий уровень, как, например, в авиации. Поэтому автоматизация настоятельно требует перевода оборудования в новый высший класс, гарантирующий высокую безотказность в работе.
IV.	Проблема автоматизации управления производством. Решение этой проблемы является одним из важнейших условий высокой эффективности комплексной автоматизации производства. Современные производственные процессы на машиностроительных предприятиях настолько сложны и многообразны, что для управления ими требуется своевременная переработка огромного количества всевозможной информации. Трудности такого текущего анализа информации без применения автоматизации приводят к тому, что ритмичность в работе отдельных звеньев производства нарушается, в результате возникают простои машин из-за отсутствия заготовок, инструмента, вспомогательных материалов и т. д. Улучшение организации управления производством позволяет значительно повысить производительность либо сократить количество станков и сменность их работы. Поэтому дальнейшее повышение уровня организационного руководства, планирования и т. д. находится в прямой зависимости от автоматизации анализа и переработки этой информации, что возможно благодаря внедрению быстродействующих счетно-аналитических машин.
Вторым важнейшим направлением сокращения организационных потерь является автоматизация процессов транспортирования и хранения полуфабрикатов и готовой продукции во всех звеньях производственного процесса. На транспортировании, погрузочно-разгрузочных и складских работах затраты ручного труда особенно велики. Автоматизация основных процессов обработки и сборки, создание автоматических линий приводят к возрастанию простоев из-за отсутствия заготовок вследствие несовпадения по времени и продолжительности простоев соседних станков в технологической цепочке. Сокращение этих простоев достигается путем установки автоматических магазинов и бункеров-накопителей.
V.	Проблема качества продукции. Борьба с браком, борьба за высокое качество продукции является немаловажной, поэтому большое значение придается автоматизации процессов контроля, включающей индивидуальность в данной операции. Следует иметь в виду, что при плохом качестве изделий они не будут взаимозаменяемыми, не смогут проходить непрерывным потоком. Время же, в течение которого выпускается брак, следует считать простоем машины. Автоматический контроль, в особенности в процессе обработки (активный), требует коренного пересмотра как основного технологического оборудования, так и современных средств контроля. Автоматический контроль дает возможность повысить качество продукции, повысить производительность машин и агрегатов, обеспечивает надежность работы всего оборудования.
VI.	Проблема мобильности автоматического производства. Быстрая сменяемость объектов производства, обусловленная бурным развитием техники, приводит к росту потерь, связанных с переналадкой и сменой специального оборудования. Автоматизация и мобильность —противоречие, которое может быть разрешено средствами самой же автоматизации. Развитие и распространение систем программного управления, введение в автоматическую систему счетно-решающих устройств позволит решить эту чрезвычайно важную и сложную проблему. Задача создания высокопроизводительных машин, автоматических линий, цехов и заводов заключается в том, что еще в стадии проектирования и конструирования необходимо предусмотреть конструктивные меры борьбы со всеми потерями, а также предусмотреть технико-организационные мероприятия по высокопроизводительной эксплуатации техники.
§ 4. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ МАШИН
Для рабочих машин так же, как и для машин-двигателей, к. п. д. является одним из критериев определения степени их совершенства.
Под к. п. д. рабочей машины (например, станка) обычно принято понимать отношение полезной мощности Лф и затраченной Np:
где Np = Nn + Авр — вся мощность, затраченная на рабочие ходы, с учетом потерь мощности на преодоление вредных сопротивлений Авр во время рабочего хода.
Нетрудно видеть, что к. п. д. в таком понимании не может служить критерием, определяющим совершенство рабочей машины, так как чм является лишь к. п. д. приводных механизмов рабочих машин и, следовательно, является критерием совершенства только приводов машин. Зная т|м, можно сравнить приводы отдельных машин, но нельзя определить, какая машина является более совершенной. Так, например, если у двух станков соответственно имеем т]М1 = 0,75 и т|М2 — 0,9, то это ни в коей мере не означает, что второй станок совершеннее первого. Возможно, что несмотря на сложность 62
цепей приводов и большие потери в них, первый станок даст, например, удвоенную производительность при обработке одинаковых изделий, т. е. технически будет более совершенным. Между тем очевидно, что для рабочих машин должен существовать к. п. д., который мог бы служить объективным критерием измерения степени их совершенства. Под к. п. д. рабочей машины будем понимать общепринятое в физике отношение полезной работы ко всей затраченной:
где Дп — полезная работа за цикл;
Лвр — работа по преодолению вредных сопротивлений (трение в механизмах); Дп + Лвр = Др — полная работа, затраченная на рабочие ходы;
Дх—полная работа холостых ходов за цикл.
Зная средние мощности, расходуемые на различные ходы машины Nn, NBp и ЛГХ, согласно периоду цикла Т — tp + для рабочего цикла, будем иметь
Лп = ЛУР;
^вр = ^вр^р!
4 =
(Ш-22)
Таким образом,
Л'.^Р__________
+ ^х^х
Разделив числитель и знаменатель на tp и на ЛГр = Nn + получим
Пд==—,
где т]м =	— общепринятый к. п. д. машины, который является к. п. д.
привода;
К = -у--технологическая производительность.
*р
После подстановки и сокращения будем иметь
Ла = Ли---дг---
или
1
Т)А Лм	Д7	/
1	। 2Vx	.	2х
1	+ iVp	ip
(Ш-23)
Как видим, к. п. д. рабочей машины представляет собой произведение к. п. д. привода на коэффициент, характеризующий степень совершенства рабочего цикла машины. Если в качестве частного случая принять Nx Np, что имеет место для ряда автоматов и полуавтоматов, у которых мощность, расходуемая на рабочем ходе, соизмерима с мощностью, расходуемой на холостые ходы и мала, получим
Ла = ЛмЛ>	(Ш-24)
где я — коэффициент производительности рабочей машины.
Следовательно, к. п. д. рабочей машины зависит не только от к. п. д. механизма привода, но и от коэффициента производительности машины.
Отсюда можно сделать вывод: чем выше степень автоматизации машины, тем выше ее к. и. д. Следовательно, для совершенствования машины недостаточно увеличивать только значение а необходимо также повышать коэффициент производительности машины, что обеспечивается внедрением принципа автоматизации.
Так как оценка к. п. д. машины по к. п. д. ее привода широко принята в технической литературе, покажем, что такая оценка для некоторых классов станков является справедливой.
Очевидно, г|А = т|м будет при условиях: a) tx = 0, т. е. автоматы непрерывного действия, у которых технологический процесс обработки производится непрерывно, без пауз и холостых ходов, могут оцениваться совершенством приводных механизмов, их к. п. д.; б) Nx = 0, это условие соответствует не только автоматам непрерывного действия, но и универсальным станкам с ручным управлением, где холостые ходы рабочего цикла (tx 0) совершаются рабочим, затрачиваемые усилия которого не могут складываться с рабочими усилиями машины.
Таким образом, оценка к. п. д. машины по к. п. д. ее привода является справедливой лишь для двух классов машин: автоматов непрерывного действия — наиболее совершенных с точки зрения автоматизации, и универсальных станков с ручным управлением — наименее совершенных с точки зрения автоматизации. В этом заключается диалектическое единство противоположностей в развитии рабочих машин, одно из проявлений их общности.
§ 5. НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
Все потенциальные возможности повышения производительности труда и производительности машин, заложенные в автоматических системах машин, можно реализовать только в том случае, если все механизмы и устройства будут иметь высокую долговечность и надежность в работе.
Надежность — свойство системы, характеризуемое безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью и обеспечивающее нормальное выполнение заданных функций системы (ГОСТ 13377—67). Для рабочих машин заданными функциями будут обработка, контроль, сборка, т. е. выпуск изделий необходимого количества и заданного качества. Следовательно, для станков, автоматов и автоматических линий надежность будет означать способность к бесперебойному выпуску годной продукции. При абсолютной долговечности и надежности все механизмы и устройства машины, инструменты, аппаратура управления работали бы безотказно, а машина выдавала бы бесперебойно годную продукцию с интервалами, равными длительности рабочего цикла. Однако практика показывает, что механизмов и устройств с абсолютной надежностью не бывает, время от времени в работе машины возникают неполадки, для устранения которых требуется вмешательство рабочего. Многие операции по обслуживанию обычных машин, которые для человека являются простейшими и не требуют высокой квалификации (например, взять заготовку из штабеля, установить ее в шпинделе и закрепить), для механизмов машин-автоматов оказываются очень сложными и требуют для своего выполнения совершенных механизмов, обладающих высокой надежностью.
Любые механизмы, устройства, аппаратура управления и иные элементы, так же как и системы — станки, автоматы, автоматические линии, могут находиться в двух состояниях: исправном и неисправном. Переход из исправного состояния в неисправное называется отказом. Так как исправной считается только такая машина, которая в данный момент выдает годную продукцию заданного качества, то машина находится в состоянии отказа не только тогда, когда она не может выдавать продукцию, но и в тех случаях, когда продукция выдается, но не отвечает заданным требованиям качества. Отсюда две формы надежности: надежность срабатывания^ связанная с отка-64
зом того или иного механизма машины, и технологическая надежность. определяемая стабильностью протекания самого процесса обработки.
Надежность срабатывания механизмов характеризуется возникновением простоев машины или автоматической линии из-за невыполнения того или иного элемента рабочего цикла (деталь не зафиксировалась в рабочей позиции, агрегатная головка не переключилась с рабочей подачи на быстрый отвод, автооператор не загрузил заготовку в шпиндель и т. д.). Эти отказы называются отказами элементов.
Технологическая надежность связана с потерей качества обработки, что также приводит к остановкам машины, хотя все суппорты, приспособления и т. д. выполняют заданные элементы рабочего цикла, но не обеспечивают стабильности изделий. Это происходит вследствие износа режущих инструментов и трущихся поверхностей механизмов, колебаний температуры, коэффициентов трения, вязкости жидкости, припусков на обработку, твердости материала обрабатываемой детали, жесткости деталей и механизмов и т. д. Такое состояние машины называют отказом параметра.
Причины, вызывающие нестабильность работы механизмов, носят случайный характер. Отсутствие необходимого качества происходит в случае неблагоприятного сочетания тех или иных случайных величин. Поэтому, если надежность срабатывания связана обычно с окончательными отказами и для устранения неполадок требуется вмешательство человека, то отказы по причине недостаточной технологической надежности, как правило, не окончательные, т. е. следующая деталь после бракованной может оказаться годной и без вмешательства человека. В обоих случаях результатом недостаточной надежности являются простои и потери видов II и III, а следовательно, и снижение ожидаемой производительности. Отказы, возникающие в процессе эксплуатации машин, можно классифицировать по различным признакам. По характеру изменения параметра вплоть до критического значения, означающего отказ, различают внезапные и постепенные отказы.
Внезапные отказы означают резкое изменение свойств элементов или системы, например, поломки, заклинивание механизмов, «перегорание» элементов аппаратуры, до этого остававшихся работоспособными. Следует отметить, что причиной внезапных отказов часто являются постепенные качественные изменения в элементах и системах, которые, постепенно накопляясь, приводят к качественному скачку в состоянии — переходу ее из работоспособного состояния в неработоспособное (например, поломки, возникающие вследствие накопления остаточных деформаций, трещин и т. д.). В других случаях отказы вызываются внешними случайными факторами, например, попаданием стружки в зажимной патрон, в результате чего автооператор не может загрузить заготовку.
Постепенные отказы являются следствием монотонно действующих факторов, например, при процессах изнашивания, когда зазоры в сопряжениях, постепенно увеличиваясь, приводят к тому, что механизмы и устройства уже не могут выполнять свое целевое назначение из-за заклинивания, перекоса или нестабильности перемещений. Постепенные отказы характерны для работы таких механизмов, как шпиндели, суппорты, силовые головки, механизмы фиксации и др., а также инструменты при их размерном износе.
По связи с другими отказами различают независимые и зависимые (или первичные и вторичные) отказы. Независимые отказы являются следствием неблагоприятного сочетания параметров работы самих механизмов и устройств. Например, отказы системы управления рабочим циклом гидравлических силовых головок вызываются колебаниями температуры и вязкости масла, коэффициентов трения в направляющих головок, колебаниями сил обработки. Собственными отказами являются затупление инструмента, несрабатывание контактной электроаппаратуры из-за перегорания контактов, брак вследствие недостаточной жесткости системы станок—
3 Г. А. Шаумян	65
приспособление—инструмент—деталь и т. д. Зависимыми называются отказы, вызванные внешними причинами, не зависящими от данного механизма и устройства, нарушающими их взаимодействие. Так, например, нестабильность хода шагового транспортера приводит нередко к нарушению фиксации изделий на рабочих позициях при полной исправности самих механизмов фиксации. В этом случае отсутствие фиксации будет зависимым, вторичным отказом, а неточный ход транспортера — первичным. Вторичными отказами будут отказы механизмов зажима, загрузки и другие при попадании стружки в зажимные патроны, в лотки, под направляющие.
По характеру устранения различают устойчивые и самоустраняющиеся отказы. Неработоспособное состояние машины, возникшее в результате устойчивого отказа, может быть устранено, как правило, только посредством остановки машины и восстановления ее работоспособности путем ремонта и регулирования механизмов, замены инструмента и т. д. Так, переключение силовой головки с рабочей подачи на быстрый отвод хотя бы на одной из рабочих позиций приводит к задержке рабочего цикла всей линии до тех пор, пока такое переключение не будет выполнено вручную. К устойчивым отказам относятся все поломки, заклинивание механизмов, затупление инструментов.
Самоустраняющиеся отказы характерны для технологической, точностной надежности, когда появление бракованной детали не означает, что и следующая деталь также будет бракованной. В этом случае состояние отказа параметра (выход размеров обрабатываемых изделий за допустимые пределы) сменяется состоянием работоспособности без остановки машины и вмешательства человека. Если потери точности вызывают необходимость остановки машины и замены инструмента или размерной подналадки механизма, то такой отказ следует рассматривать как устойчивый.
Существуют и иные признаки деления отказов: по причинам возникновения (конструкционные, технологические и эксплуатационные отказы), по времени возникновения (отказы при испытаниях машин, отказы при их нормальной эксплуатации и т. д.). Во всех случаях возникновение отказов приводит к перебоям в выпуске продукции, к внецикловым потерям производительности (виды II—V).
С понятием надежности тесно связано понятие долговечности. Долговечность рабочих машин и их элементов — это свойство сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние станка, автомата, автоматической линии, а также их отдельных деталей, сопряжений, узлов обусловливается прежде всего процессами изнашивания. Износ — результат процесса постепенного изменения размеров и формы деталей по их поверхностям трения.
На рис. Ш-8 показано взаимодействие направляющей возвратно-поступательного движения станка с кареткой (суппортом) в начальный момент эксплуатации и при возникновении износа [23]. Неравномерность перемещений каретки 1 вдоль направляющей 2 и характер сил обработки приводят к тому, что износ обеих сопряженных поверхностей является неравномерным {IJ1 — износ каретки, U2 — износ направляющей). Это приводит не только к опусканию каретки, но и к изменению ее геометрического положения (показано штриховыми линиями), что вызывает снижение точности обработки. С увеличением общей величины износа и его неравномерности по длине усложняется и делается невозможной взаимная регулировка направляющей и каретки, обеспечение оптимальных зазоров (на концах направляющих каретка заклинивается, в середине дробит из-за больших зазоров), наступает состояние отказа, когда станок не выполняет заданные функции обработки деталей требуемого качества и количества.
Фундаментальные исследования износа и долговечности станков, проведенные А. С. Прониковым в МВТУ им. Баумана [24], показали, что кон-66
Рис. 111-8. Взаимодействие направляющей станка с кареткой при износе сопряженных поверхностей
структивная схема сопряжения оказывает непосредственное влияние на распределение износа по поверхности трения и на характер взаимодействия изношенных поверхностей. В табл. Ш-1 приведена классификация сопряжений по условиям их изнашивания. В зависимости от характера возможного сближения деталей при их износе все сопряжения подразделяются на два типа. У сопряжений типа I имеются дополнительные малоизнашива-ющиеся или неизнашивающиеся направляющие, которые обеспечивают сближение деталей при износе только в определенном направлении (х—х). В сопряжениях типа II происходит самоустановка изношенных деталей и их взаимное расположение зависит от формы изношенной поверхности (см. рис. Ш-8). Кроме того, сопряжения разделены на четыре группы в зависимости от постоянства условий трения и износа поверхностей для расположенных на одной траектории точек сопряженных телу. Так, у сопряжений группы 1 точки, расположенные на одной траектории, имеют одинаковые условия изнашивания для обоих тел, к группе 2 отнесены сопряжения, у которых условия изнашивания сохраняются только для точек одного тела, лежащих на определенной траектории (например, подшипники скольжения). К группе 3 отнесены сопряжения с низшими парами, к группе 4 — с высшими. У сопряжений групп 3 и 4 условия изнашивания непостоянны для различных точек сопряженных поверхностей, отсюда — неизбежная неравномерность износа.
Наличие прогрессирующего износа сопряжений приводит к тому, что частота возникновения отказов механизмов и устройств машин не остается стабильной в процессе их эксплуатации. В период пуска и освоения частота отказов обычно высока ввиду недостаточной освоенности оборудования обслуживающим персоналом, а также недостаточного выявления и устранения конструктивных и технологических дефектов и т. д. Затем наступает период стабильной эксплуатации, когда частота отказов сохраняется приблизительно на одинаковом уровне, который соответствует конструктивным характеристикам машины, режимам ее работы и уровню эксплуатации. Постепенно частота отказов повышается ввиду прогрессирующего износа сопряжений механизмов и базовых узлов. Когда степень изношенности достигает критической величины, связанной с резким ухудшением и надежности срабатывания, и технологической надежности, машины выводятся в ремонт, после чего продолжается стабильная эксплуатация до следующего ремонта. Чем длительнее общий срок службы машины, реже ремонты и меньше их длительность, тем машина долговечнее. Таким образом, долговечность есть свойство сохранения работоспособности машины в определенных режимах и условиях эксплуатации до некоторого предельного состояния, которое может характеризоваться не только физическим, но и моральным износом. Таким образом, в понятие долговечности вкладываются не только технические, но и технико-экономические критерии.
Так как все отказы являются случайными событиями, то все характеристики надежности имеют вероятностный смысл, а их численные значения определяются и анализируются статистическими и вероятностными методами.
Основной задачей статистической теории надежности технических систем является разработка математических методов учета и описания отка-
Таблица Ш-1
Классификация сопряжений по условиям их изнашивания
зов. Эти методы основываются, как правило, на анализе и обобщении статистических результатов испытаний на надежность элементов, подсистем и систем по параметру времени возникновения и устранения отказов. Так как для различных видов механизмов и устройств причины отказов в работе различны, то и характер вероятности возникновения отказов по параметру времени испытания на надежность будет различен. Сходные причины отказов, как правило, определяют и подобный характер распределения возникающих отказов во времени. Для удобства расчета и анализа полученные опытным путем статистические распределения отказов принято аппроксимировать с помощью теоретических кривых. Математические выражения, аппроксимирующие с достаточной степенью сходимости типовые распределения отказов во времени, называют математическими моделями отказов. Рассмотрим некоторые из них.
Как было сказано выше, по характеру возникновения различают внезапные и постепенные отказы. На рис. II1-9 показана точечная диаграмма размеров деталей, последовательно обработанных на автомате. Здесь же нанесены границы поля допуска на размер. Как известно, даже при неизменной настройке станка и высокой размерной стойкости инструмента размеры последовательно обработанных деталей отличаются друг от друга ввиду нестабильности припусков на обработку, твердости заготовок, конечной величины жесткости системы СПИД и т. д.
S-	25	50	75	100 125 150 175 200 225 250 t
Рис. Ш“9. Точечная диаграмма размеров деталей, последовательно обработанных
на автомате, и границы поля допуска
Отказом в данном случае будет выход f(t) размеров обработанной детали за пределы поля допуска (отказ параметра, характеры-зующий технологическую надежность). Раз- ’ мер каждой очередной детали есть случай-ная величина, распределенная в определен- ? ном диапазоне, который называют мгновен-ным полем рассеяния размеров. Следова- ’ тельно, время зафиксированного отказа па- 10 раметра есть случайная величина. Интервалы времени между двумя отказами /2 и т. д. также являются случайными величи- 7 нами, которые имеют, однако, вполне опре- 02 деленный закон распределения во времени, ? обусловленный самим характером данных
отказов. Отказ наступает независимо от того,
сколько времени прошло с момента предыдущего отказа, каковы размеры предыдущих деталей. Отказы, действие которых проявляет-
Рис. II1-10. Плотность вероятности безотказной работы при экспонен-
циальном распределении в зависимости от величины параметров потока отказов
ся внезапно, называют внезапными или случайными. Примерами внезапных
отказов могут служить проколы шин автомобиля в пути, которые не зависят
ни от степени изношенности шин, ни от технического состояния самого автомобиля. Нетрудно видеть, что подобные случайные отказы, имеющие характер «мгновенных повреждений» (неблагоприятное сочетание определяющих параметров при данной реализации случайной величины), не могут быть локализованы какими-то профилактическими мероприятиями, например, планово-предупредительной заменой режущих инструментов или шин автомобиля. Практика исследования и анализ внезапных отказов показывают, что плотность вероятности распределения отказов во времени будет
описываться следующим выражением:
=	(Ш-25)
где t —время безотказной работы (интервал времени между двумя отка-зами);
со —параметр потока отказов, характеризующих их частоту во времени.
Такое распределение времени безотказной работы называется экспо-ненциальным. Графики изменения плотности вероятности безотказной работы при экспоненциальном распределении и различных значениях параметров со приведены на рис. II1-10. Вероятность того, что при экспоненциальном законе распределения время безотказной работы будет больше фиксированного значения /,

(Ш-26)
Здесь параметр потока отказов со принимается постоянным в течение всего времени испытаний на надежность. Если это допущение слишком приближенно и со есть функция от времени со (/), вероятность безотказной работы
P(t) = e~5aw<lt.	(Ш-26а)
В этих случаях плотность вероятности безотказной работы f (t) имеет более сложное распределение и описывается более сложными математическими выражениями.
На практике отказы изделия или элемента, как правило, наступают под воздействием сложного комплекса причин, влияющих на различные свойства. Например, изделие при обработке считается бракованным, если хотя бы один из контролируемых размеров или иных параметров (шероховатость
поверхности, геометрическая форма и т. д.) не будет отвечать техническим условиям. В этом случае распределение безотказной работы (даже при = const, со2 = const и т. д.) будет определяться суперпозицией экспоненциальных распределений. Например, среди N зафиксированных отказов yVx явилось следствием нарушения одного параметра, N2 —второго + + N2 = N). Тогда удельный вес отказов первого вида 8 = второго
1—s = При известных характеристиках интенсивности обоих отказов сох и со2 плотность распределения вероятности безотказной работы (в данном случае вероятности неполучения бракованной детали) будет [9]
f (t) = 8(0^“*^ + (1 — 8) со^^	(Ш-27)
Кривая плотности вероятности при суперпозиции отличается от кривой обычного экспоненциального распределения с одинаковым значением математического ожидания более крутым спуском и меньшими значениями плот-со
ности вероятности при больших значениях /, учитывая J f (Z) dt — 1. о
Экспоненциальное распределение справедливо для условий, если за время испытаний на надежность элементов или систем основные факторы, определяющие уровень надежности, являются стабильными во времени и имеют лишь циклически нестабильный характер. Это справедливо, как правило, лишь в тех случаях, когда либо длительность испытаний какого-либо элемента слишком мала, либо исследуется сложная многофакторная система, где изменения свойств любого из составляющих элементов мало сказываются на показателях надежности системы в целом.
Как правило, в процессе испытаний на надежность деталей, сопряжений, механизмов и устройств их свойства подвергаются необратимым изменениям, вызванным износом, потерей усталостной прочности, коррозией и т. д. В этих случаях распределение «износовых» отказов во времени имеет более сложный характер и для его аппроксимации используются значительно более сложные математические модели. Рассмотрим наиболее простую, идеализированную схему возникновения «износовых» отказов. Пусть производятся испытания на надежность трущихся пар механизмов или устройств в лабораторных или производственных условиях (например, подшипники скольжения и их опоры, суппорт и направляющие). Все исследуемые однородные объекты перед началом испытаний имеют одинаковый начальный зазор между сопрягаемыми поверхностями соо, определяемый из условий работоспособности. В процессе работы узла вследствие износа происходит увеличение зазора вплоть до критической величины сокр, которая определяет состояние отказа —выход из строя данного сопряжения вследствие утраты работоспособности (рис. II1-11) [12].
Как правило, исследования процессов изнашивания являются дискретными по времени, т. е. величина суммарного максимально допустимого износа сокр—со о реализуется в течение г наблюдений; при каждом из них приращение износа составляет у. Эти единичные накапливаемые результаты можно рассматривать как единичные накапливающиеся нарушения, «повреждения». Однако если в предыдущем случае (см. рис. Ш-9) к отказу приводило первое же нарушение параметров, то здесь для возникновения отказа необходимо нахождение г повреждений (схема постепенных отказов). Этой схеме отвечает гамма-распределение времени безотказной работы:
f(О = (/Л); ^tr~Xe-u,	(Ш-28)
Рис. Ш-11. Диаграмма простейшей реализации постепенных отказов и плотность гамма-распределения
Рис. Ш-12. Плотность вероятности гамма-распределения длительности безотказной работы
где г —число повреждений, необходимых для возникновения отказа; г = __ ^кр
~~у	'
к —характеристика средней скорости износа.
Вероятность того, что в течение времени t наступает отказ, будет [9]
F{t) =	=	(Ш-29)
О
Графики плотности вероятности гамма-распределения при различных значениях г и к приведены на рис. Ш-12. Как видно, вероятность наступления постепенного отказа даже при простейшей, идеализированной схеме износа определяется достаточно сложной математической зависимостью. Реальные процессы изнашивания гораздо сложнее. Как правило, в процессе эксплуатации любого сопряжения существуют периоды приработки, нормального и катастрофического износа, поэтому допущение о постоянной средней скорости к весьма упрощенно. Кроме того, реальные реализации процессов износа, как правило, пересекаются (рис. Ш-13). Поэтому для аппроксимации реальных распределений времени наступления износовых отказов применимы и более сложные математические выражения, чем (Ш-28). В наиболее общем виде плотность гамма-распределения может быть записана так:
Н/) = гтКтГ/ве'Х<’	(Ш'30)
1 Vй ”Г
где Г —гамма-функция, для вычисления которой пользуются специальными таблицами;
аир —параметры распределения, любые положительные числа.
Во многих случаях уровень надежности элементов и систем при их испытаниях на надежность определяется совместным проявлением внезапных и постепенных отказов, т. е. часть элементов (слабых) выходит из строя под действием неблагоприятного сочетания случайных факторов, остальные — в результате действия необратимых факторов (износ, усталостная прочность, коррозия и т. д.). При этом плотность вероятности безотказной работы (рис. Ш-14) будет определяться суперпозицией экспоненциального и гамма-распределения:
1 _—Kzf
НО = ^‘4 (1-8)-^—Щ-,		(Ш-31)
где %£, %2 —интенсивность отказов по обоим факторам;
8 —доля случайных отказов.
Математические модели отказов, выражающие вероятностные характеристики отказов различных видов в функции времени, используются при
Рис. Ш-13. Реализация типовых процессов изнашивания во времени при испытании однородных элементов:
I — зона приработки; II — зона нормального износа; — допустимая величина износа
Рис. Ш-14. Плотность экспоненциального распределения (7), гамма-распределения (2) и их суперпозиции при е = 0,1 (3)
анализе результатов испытаний на надежность, при моделировании работы автоматов и автоматических линий. Однако не следует преувеличивать их значимость. Для решения большинства задач расчета, конструирования и эксплуатации необходима, как правило, оценка лишь некоторых показателей надежности, например среднего времени безотказной работы, коэффициента технического использования, собственных внецикловых потерь и т. д., вне зависимости от характера распределения случайных величин.
Так как надежность машин, согласно определению, характеризуется их безотказностью, ремонтопригодностью и долговечностью, то все численные критерии оценки надежности можно разделить на две категории: частные, которые оценивают или безотказность, или ремонтопригодность, или долговечность; обобщенные, которые учитывают и безотказность, и ремонтопригодность.
Наиболее важное требование к надежности машин —их высокая безотказность в работе [12]. Поэтому главным критерием безотказности является вероятность того, что машина останется работоспособной в течение заданного периода времени t. Очевидно, эта вероятность зависит от длительности проработанного времени: чем больше времени t прошло с момента включения машины, тем меньше вероятность того, что она останется работоспособной, т. е. не произойдет отказ. Зависимость вероятности безотказной работы машины от величины t получила название функции надежности Р (t). Иными словами, функция надежности есть вероятность того, что время безотказной работы будет больше заданного. Все значения функции надежности находятся в интервале 1 Р (t)	0.
В момент включения машины (/ = 0) она всегда считается исправной, т. е. Р (0) = 1. Если заданный период времени бесконечно велик (t—> оо), то можно достоверно утверждать, что машина наверняка будет иметь хотя бы один отказ, т. е. реальное время безотказной работы является конечной величиной, не бесконечностью, следовательно, Р (оо) = 0. В интервале времени 0 << t < оо функция Р (I) монотонно убывает, с ростом значений t вероятность безотказной работы (отсутствие хотя бы одного отказа) непрерывно уменьшается, соответственно возрастает вероятность наступления отказа. В общем виде зависимость вероятности безотказной работы Р (t) от проработанного времени t наиболее полно описывается уравнением
— Jcd (о dt
Р (t) = е °	,	(111-32)
Рис. Ш-15. Функция надежности при различной интенсивности отказов
где со (t) —параметр потока отказов, который является одной из важнейших характеристик безотказности.
Величина со (t) характеризует частоту отказов в единицу времени, отношение количества отказавших устройств к их общему количеству, имеющемуся в наличии к началу данного интервала времени, принятого за единицу. Величина со (/) в общем случае также является функцией времени; в период ввода в эксплуатацию она всегда выше, чем в период стабильной эксплуатации. Однако на практике численные характеристики безотказности
определяются обычно на основе ограниченного количества наблюдений в те-
чение периода, значительно меньшего, чем срок службы или даже срок стабильной эксплуатации между двумя ремонтами. За это время (обычно не более месяца) практически остаются неизменными и степень изношенности механизмов, и качество их наладки, определяемое уровнем квалификации обслуживающего персонала —наладчиков, т. е. все внешние условия.
Поэтому для упрощения считают параметр потока отказов как вероятностную характеристику величиной постоянной (со = const), относя ее к периоду стабильной эксплуатации. При этом условии функция надежности работы машин имеет экспоненциальный характер [см. формулу (Ш-26)].
Величина, обратная параметру потока отказов для рабочих машин как восстанавливаемых систем многократного действия, представляет собой среднее время безотказной работы машины между двумя ее отказами или, как принято называть, среднюю наработку на отказ:
СР (О
(III-33)
Например, если со = 10"3 1/мин, то среднее время безотказной работы машины между двумя отказами тср " 1000 мин. Чем выше параметр потока отказов и меньше среднее время безотказной работы, тем меньше вероятность того, что машина проработает заданный промежуток времени без единого отказа.
На рис. Ш-15 показаны кривые вероятности безотказной работы во времени t при различной интенсивности отказов. Так, например, при со = = 10 "3 (тср = 1000 мин) вероятность того, что машина проработает безотказно t = 100 мин, составляет согласно формуле (Ш-26) и графикам (рис. Ш-15) Р (100) = 0,88 = 88%. Если интенсивность отказов будет в 5 раз выше (со = 5-Ю"3, тср = 200 мин), то Р (100) = 0,61. При высокой интенсивности отказов, что характерно для автоматических линий со сложной структурой и большим количеством режущих и измерительных инструментов, вероятность длительной безотказной работы становится малой.
В качестве примера на рис. II1-16 показаны статистическая (по результатам измерений) и вероятностная (построенная путем аппроксимации) функции надежности автоматической линии картера сцепления двигателя ЗИЛ. Как видно, вероятность того, что линия проработает хотя бы 4 мин и за это время не произойдет отказ какого-либо механизма, устройства, инструмента и т. д., составляет не выше 65% [т. е. Р (4) = 0,65]. Вероятность того, что линия останется работоспособной в течение 30 мин после включения, не выше 5%.
Наблюдения показывают, что количество отказов в различные интервалы времени, считая с момента включения машины, крайне неодинаково. Наибольшее число отказов наблюдается, когда машина проработала еще сравнительно короткое время. Эта закономерность распределения отказов может быть оценена еще одной характеристикой безотказности —плотностью вероятности отказов / (/), которая представляет собой вероятность того, что машина откажет именно в данный единичный интервал времени t после своего включения. Величина f (t) определяет математическую модель отказов данного вида, характер их распределения во времени. В качестве примера на рис. II1-17 показана статистическая диаграмма плотности вероятности отказов линии картера сцепления. Всего в результате наблюдений было отмечено 1174 отказа и соответственно 1174 интервала безотказной работы между включением и отказом. Из них в 376 случаях (32%) линия вышла из строя, проработав менее 2 мин, в 262 случаях (22,2%) —проработав 2—4 мин и т. д. Разделив эту величину на общее количество случаев и на величину интервала (т. е. отнеся к единице времени), получим плотность вероятности отказов. Так, вероятность того, что линия откажет на третьей минуте после включения, будет
^2 = 0,11 = 110/0.
Следует отметить, что показатель времени t во всех характеристиках безотказности является обобщенным и может быть выражен не только в различных единицах календарного времени, но и в любых других масштабах отсчета. Так, для рабочих машин циклического действия удобно вести отсчет не в абсолютном календарном времени, а в отработанных рабочих циклах. Тогда параметр потока отказов со будет означать среднюю вероятность отказа машины в очередном, наугад взятом рабочем цикле, а обратная величина — среднее количество рабочих циклов между двумя отказами [7]
«Н - у 9
где тср —средняя наработка на отказ в календарном времени;
Т —длительность рабочего цикла машины.
Приведенные выше численные характеристики безотказности применимы не только к рабочим машинам в целом, но и к отдельным ее элементам: механизмам, устройствам, аппаратуре управления, инструменту. Так, для авто-74
(Ш-34)
оператора величина kn будет означать среднее количество рабочих циклов, отрабатываемых машиной между двумя отказами автооператора и соответственно между двумя простоями машины по вине автооператора. Применительно к инструменту, ka означает среднюю стойкость инструмента в обработанных изделиях и соответственно среднее количество рабочих циклов машины между двумя ее простоями для замены данного инструмента (разумеется, за данный интервал времени могут быть простои машины и по дру-чим причинам —в это время инструмент не работает).
Экспоненциальный закон надежности, который исходит из допущения о постоянстве интенсивности отказов, обусловлен тем, что в любой отрезок времени, выбранный для наблюдений за системой, она содержит большое количество элементов (механизмов, устройств аппаратуры, инструментов и т. д.), находящихся в различных состояниях изношенности, стойкости и настроенности. При этом потоки отказов всех элементов образуют суммарный поток отказов, в котором характер каждого элементарного потока не играет существенной роли, благодаря чему для упрощения расчетов и принимают гипотезу о равновеликости потока отказов системы во времени со = = const. Если учитывать те устройства, отказы которых приводят к простоям всей машины, т. е. к безусловным отказам ее как системы, то интенсивность отказов ее будет равна сумме интенсивностей отказов всех элементов и параметров:
<0 = (0£ + й)2 + й)3 +---н соп.	(Ш-35)
Таким образом, безотказность машины и ее элементов может быть характеризована величинами Р (t), со (/), f (/), &н, тср; существуют и иные критерии.
Ремонтопригодность машины и ее элементов также характеризуется рядом численных критериев, например функцией ремонта G (Q, вероятностью того, что работоспособное состояние будет восстановлено не позже, чем в отрезок времени tB после начала ремонта, интенсивностью восстановления р. (У и т. д.
Рис. Ш-18. Диаграмма распределения длительности простоев 0 линии поворотного кулака (ЗИЛ) для обнаружения и устранения .отказов инструментов
Наблюдения за работой станков, автоматов и автоматических линий показывают, что продолжительность устранения даже однотипных отказов одной и той же машины колеблется в широких пределах, т. е. является такой же случайной величиной, как продолжительность бесперебойной работы. В качестве примера на рис. Ш-18 показана диаграмма распределения длительности простоев 0 автоматической линии поворотного кулака ЗИЛ при замене инструментов. Из общего количества 339 случаев, отмеченных при наблюдении, в 40% случаев простои составляли не более I мин, в 2,6% случаев линия простояла 5—6 мин и т. д. Следовательно, вероятность того, что замена инструмента будет завершена на пятой минуте, составит = - 0,013 = 1,3%.
Наиболее распространенной характеристикой является среднее время восстановления —среднее время устранения отказа 0ср. Если устранение отказа, включая и время поиска, начато непосредственно после остановки машины, то среднее время отыскания и устранения отказов равно среднему времени единичного простоя машины. Так, для линии поворотного кулака среднее время простоя при замене инструмента составляет 0ср = 2,2 мин, что объективно характеризует не только быстросменность инструмента, но и уровень квалификации наладчиков. Аналогично могут быть определены характеристики ремонтопригодности остальных элементов автоматической линии и всей линии в целом.
Таким образом, надежность автоматов и автоматических линий может оцениваться двумя категориями: безотказностью и ремонтопригодностью с помощью характеристик частоты возникновения отказов и интенсивности их устранения. Какая из этих характеристик является более важной? Какие системы должны считаться более совершенными с точки зрения надежности: редко выходящие из строя, но с длительным временем ремонта, или системы с более высокой интенсивностью отказов, но легко восстанавливаемые?
Функция надежности и иные характеристики безотказности имеют исключительное значение для устройства автоматического управления радиоэлектронной аппаратуры, а также любых невосстанавливаемых систем однократного действия, например, летательных аппаратов, где любой отказ приводит к тому, что вся система оказывается уже не в состоянии выполнить заданное целевое назначение. Особенностью рабочих машин, автоматических линий и иных средств производства является то, что возникший отказ не означает ликвидации автоматической линии, полной и окончательной 76
потери работоспособности. С точки зрения теории производительности рабочих машин надежность имеет значение прежде всего как мера снижения производительности оборудования, как мера внецикловых простоев и потерь производительности. Обе характеристики надежности являются равноправными, так как принципиально безразлично, останавливалась ли линия для устранения отказов механизмов и устройств за смену 10 раз по 5 мин или 5 раз по 10 мин —потери производительности линии, количество недоданной продукции в обоих случаях будут одинаковы. Поэтому наиболее полными, обобщенными критериями оценки надежности рабочих машин и автоматических линий являются такие, которые учитывают оба фактора: частоту отказов и длительность их устранения.
Рассмотрим период эксплуатации автоматической линии, в течение которого было отмечено п отказов, п, промежутков безотказной работы, и следовательно, п простоев. Если длительность единичного простоя составляет в среднем 0ср, то суммарное время собственных простоев линии за данный период
S0c=«0cp-	(Ш-36)
За этот же период общее количество отработанных рабочих циклов, а следовательно, выпущенных изделий, составит z = nkRf так как kR — среднее количество рабочих циклов между двумя отказами, наработка на один отказ. Простои, отнесенные к рабочему циклу или к одному выпущенному изделию, есть внецикловые потери:
S (, =	_ *1 _	(Ш-37)
Таким образом, собственные внецикловые потери —важнейший параметр теории производительности рабочих машин, является в то же время и обобщенной характеристикой надежности в работе рабочих машин и автоматических линий. В первую очередь это относится к простоям по инструменту и оборудованию и потерям по браку (потери видов II, III, V).
Обобщенной характеристикой эксплуатационной надежности автоматических линий является и коэффициент технического использования, определяемый по формуле (Ш-16)
где У 0Р —суммарные собственные простои линии за произвольный промежуток времени;
0р —время работы за тот же промежуток времени.
Подставив значение 2 из формулы (Ш-37), получим
1 J__—	1 J -Г-	1 л __
+ т 1 + kRT	1 + mcp
Формула (III-38) выражает коэффициент технического использования автоматической линии через основные параметры, принятые в теории надежности: интенсивность параметра потока отказов (интенсивность возобновления работы линии) и длительность простоев для обнаружения и устранения отказов. Отметим, что произведение kRT = mcp представляет собой среднюю длительность безотказной работы линии уже не в рабочих циклах, а в единицах календарного времени (в мин). Коэффициент технического использования представляет собой вероятность того, что в любой наугад выбранный момент времени машина работает и при этом выпускает годную продукцию, т. е. среднее относительное пребывание системы в исправном состоянии.
Если частные характеристики надежности одинаково справедливы как для оценки элементов, так и систем в целом, то такие обобщенные характеристики, как коэффициент использования, относятся только к системе в целом (станку, автомату, автоматической линии), так как любой элемент (механизм, инструмент и т. д.) самостоятельно продукцию выдавать не может. Внецикловые потери, наоборот, характеризуют надежность и элементов, и систем.
Долговечность машины и ее отдельных механизмов и деталей также может быть оценена как частными, так и обобщенными характеристиками. Важнейшим критерием оценки долговечности системы в теории надежности принят технический ресурс /?, равный суммарной наработке системы — в данном случае рабочей машины за период эксплуатации до разрушения или иного предельного состояния, т. е. за срок службы N3, определяемый физическим или моральным износом. Как и характеристики безотказности, суммарный ресурс может быть выражен как в календарном чистом проработанном времени, так и в суммарном количестве обработанных изделий — суммарном выпуске за весь срок службы.
Если за календарный срок эксплуатации N3 машина имела общий коэффициент использования т]0, то чистое время работы за весь срок эксплуатации (технический ресурс)
R = IW3T]O = ₽^эГ]ТехГ)зПэ-	(Ш-39)
где р —коэффициент, учитывающий долю планового фонда времени в календарном с учетом сменности.
Суммарный технический ресурс машины складывается из суммарных наработок за все периоды эксплуатации (межремонтные периоды 7VZ):
R = R1 + R2 + R3+...+Rn-
7?! = PA^iTjuCi *, R2 P-WгЛиСа ;	(III-40)
R ~ P X л^Цис., 1 1
где —продолжительность i-го периода эксплуатации машины;
Лис,—коэффициент использования машины в течение i-ro периода эксплуатации;
п —число межремонтных периодов за срок службы машины.
Средняя наработка за межремонтный период также является критерием оценки долговечности машины:
Такой же характеристикой (суммарной наработкой во времени или количестве обработанных изделий) может быть оценена и долговечность отдельных механизмов, устройств, деталей машины, режущего и измерительного инструмента. Так, для инструмента 7?и означает суммарное количество обработанных изделий с учетом всех переточек. За время службы элементы машины могут иметь отказы в работе, после устранения которых (ремонта) они снова являются работоспособными. Суммарный ресурс складывается из отдельных периодов бесперебойной работы:
=	(II1-42)
где 's —число возможных ремонтов (восстановление работоспособности) до разрушения или иного предельного состояния.
Для невосстанавливаемых элементов однократного действия (радиолампы, конденсаторы, сопротивления и т. д.) s = 1; для рабочих машин как восстанавливаемых систем многократного действия тср.) число восстановлений работоспособности s за срок службы достигает сотен и тысяч.
Большинство механизмов и устройств машин также являются элементами многократного действия (s £> 1). Так, для режущих инструментов, величина s равна числу возможных переточек. Исключение составляют подшипники, высокоскоростные электрошпиндели и другие элементы, которые заменяются после первого же выхода из строя ($ = 1) или даже плановопредупредительного ремонта после отработки определенного технического ресурса времени R(.
Следует отметить при этом, что суммарный ресурс R работы машины в целом лишь косвенно связан с долговечностью всех ее элементов: механизмов, устройств аппаратуры управления, инструмента. Долговечность отдельных элементов определяется только их физической пригодностью, которая зависит от степени износа. Долговечность машины в целом определяется не только физическим износом наиболее ответственных, базовых механизмов и устройств, определяющих качество, но и моральным износом, когда машину уже невыгодно эксплуатировать даже при условии физической ее пригодности. При этом ресурс машины R обычно значительно выше ресурса большинства ее механизмов, устройств, деталей и сопряжений.
Оценка долговечности по суммарной наработке является для восстанавливаемых систем недостаточной. Очевидно, наиболее долговечными должны быть признаны не только такие станки и автоматические линии, которые выпустят максимальное количество продукции до фактического или морального износа, но прежде всего такие, которые за срок службы будут обеспечивать максимальную производительность с учетом простоев для плановопредупредительного ремонта. Чем реже оборудование выводится в ремонт, чем длительнее периоды высокопроизводительной эксплуатации и короче сроки ремонта, тем выше долговечность. Поэтому одной из характеристик долговечности машины может служить коэффициент эксплуатации т]3, который показывает, какую долю общего календарного времени оборудование находится в эксплуатации:
1 -----п—
1 л, Тппр-п
1
где тппр —длительность /-го ремонта —характеристика ремонтопригодности машины во время планово-предупредительного ремонта;
—длительность /-го периода эксплуатации машины между двумя ремонтами —характеристика долговечности машины в целом; п —число ремонтов машины за срок ее службы.
Надежность как свойство машины, характеризуемое ее безотказностью, долговечностью и ремонтосложностью, может быть оценена общим коэффициентом использования
Т)о = ПтехЯэ =-Ц--------,	(111 -43)
1 * ° т 1 J S тппр
где со — параметр потока отказов *—характеристика безотказности машины;
0ср —среднее время единичного простоя для отыскания и устранения отказов —характеристика ремонтопригодности механизмов и устройств машины в период ее эксплуатации;
Т —длительность рабочего цикла машины.
Здесь г|тех характеризует, какую долю времени машина действительно работает в периоды эксплуатации, а т]э —удельный вес периодов эксплуата-
Рис. III-20. Зависимость коэффициента технического использования линии от наработки в циклах при различной длительности рабочего цикла
Рис. Ш-19. Зависимость производительности автоматических линий от их надежности в работе
ции машин в общем календарном фонде времени, включенном в периоды ремонта.
Определим зависимость производительности рабочих машин во время эксплуатации от их эксплуатационной надежности. Производительность рабочей машины
2 ^п
Подставляя из формулы (Ш-37) выражение внецикловых потерь через характеристики надежности, получим
Q ==	= 777^•	(Ш'44)
1 1 +
На рис. Ш-19 показана зависимость производительности автоматической линии от частоты ее отказов при различной длительности рабочего цикла линии. Интенсивность отказов характеризуется величиной со, которая имеет физический смысл средней вероятности возникновения отказов при каждом рабочем цикле. Как видно, производительность с ростом интенсивности отказов прогрессивно снижается, и это падение тем значительнее, чем меньше рабочий цикл, чем интенсивнее работа линии.
На рис. II1-20 показана зависимость коэффициента технического использования автоматической линии (в %) от коэффициента безотказности &н. Так, если линия будет иметь отказы в среднем через 40 рабочих циклов (&н = = 40), то при цикле Т = 0,5 мин цтех = 0,86, но если такую же надежность будет иметь линия с циклом 0,1 мин, то т]тех = 0,56. Таким образом, наиболее сильно влияет надежность на производительность автоматических линий с высокой интенсивностью работы, с короткими рабочими циклами Т. Отсюда можно установить, что требования к надежности особенно высоки в линиях с высоким потенциалом производительности.
§ 6. МЕТОДЫ АНАЛИЗА И РАСЧЕТА РЕЗЕРВОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ДЕЙСТВУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Анализ производительности станков, автоматов, автоматических линий в условиях эксплуатации преследует две основные задачи: определение резервов повышения производительности действующего оборудования в данных конкретных условиях производства; выявление численных значений параметров работы оборудования, обобщение опыта его эксплуатации и т. д. для решения на более высоком уровне задач проектирования и расчета нового оборудования.
Для решения этих задач необходимо проведение фактических наблюдений и измерений, обработка полученных данных статистическими и вероятностными методами, с обязательной проверкой достоверности. Полученный объем информации позволяет рассчитать численные значения эксплуатационных характеристик действующего оборудования и резервы повышения его производительности.
Исследованию работоспособности действующего оборудования как автоматизированного, так и неавтоматизированного должно предшествовать тщательное ознакомление с технологическими процессами обработки (методы и маршруты обработки, режимы обработки, требуемая точность и другие требования к качеству обрабатываемых изделий и т. д.), конструкцией всех машин и механизмов, составляющих систему машин, организацией эксплуатации автоматической линии. Для сложных автоматических линий, состоящих из многих станков и участков, в качестве объекта исследования необходимо выбрать тот станок или участок, который по производительности лимитирует всю линию. Так как обычно-цикл работы всех станков или участков линии приблизительно одинаков, то лимитирующим будет звено, где величина простоев максимальная. Обычно определение таких лимитирующих звеньев значительных трудоемкостей не представляет.
Следующим этапом исследований должны быть фактические наблюдения и измерения, прежде всего фотография работы оборудования и хронометраж его простоев по различным причинам как технического, так и организационного характера. Во время фотографии необходимо фиксировать все затраты фонда времени машин: производительные (работу) и непроизводительные (простои по всем причинам как технического, так и организационного характера), их причины, продолжительность, методы устранения неполадок, а также количество изделий, выпущенных в каждую смену, и продолжительность цикла. Наблюдение должно быть по возможности непрерывным в течение достаточно продолжительного периода времени. Протоколы наблюдений должны отражать время и причину каждого простоя, методы устранения неполадок и т. д., т. е. содержать комплекс информации, наиболее полно характеризующий работоспособность линий в исследуемый период.
Хронометраж простоев какого-либо вида проводится обычно на дальнейших стадиях исследования, когда определены эксплуатационные характеристики, выяснено, где находятся наибольшие резервы повышения производительности, и необходимо определить, какую величину роста производительности обеспечит проведение тех или иных мероприятий. Однако в некоторых случаях уже в начале исследования определены вопросы, на которые необходимо обратить особое внимание. К числу таких вопросов для автоматических линий механической обработки относятся, например, исследование потерь по инструменту, в том числе определение стойкости и анализ надежности типовых механизмов. На этом же этапе исследований могут выполняться и другие фактические измерения, например, составление фактической циклограммы, определение длительности отдельных элементов рабочего цикла, измерения фактических режимов обработки, износа инструмента,
Рис. Ш-21. Баланс затрат фонда времени автомата КА-76:
/7 — простои по вине инструмента — смена инструмента — 6,4% (а), регулировка инструмента — 4,4% (б), ожидание наладчика — 0,1% (в); III — простои по вине оборудования — механизм питания — 2%	(а), неисправности
электрооборудования — 0,8%	(б),
прочие — 3,5% (в); IV — простои по организационным причинам — отсутствие заготовок — 10,9% (а), подготовка станка к работе — 5,2% (б), проверка размеров — 3,3% (в), прочие — 6,2% (г)
стабильности перемещений механизмов, температуры масла в гидросистемах и т. д.
Фактические наблюдения за работой автоматических линий дают значительный объем информации, обработка которой позволяет делать выводы о ее работоспособности, уровне системы эксплуатации, резервах повышения производительности и точности и т. д. Первичная обработка этой информации сводится к получению некоторых основных параметров работы автоматической линии, в первую очередь баланса затрат фонда времени работы линии, который дает первое представление о ее работоспособности. Для получения баланса затрат фонда времени все простои по каждой смене группируются по функциональным признакам и данные из всех протоколов наблюдений сводятся в единую таблицу.
При составлении таблицы простои рекомендуется делать на виды согласно классификации потерь (см. § 2—3), внутри каждого вида простои можно разделить по типу механизмов и инструмента, вызвавших этих простои, или по иным признакам. В качестве примера в табл. Ш-2 сведены простои токарного автомата КА-76 по результатам наблюдений в течение 10 рабочих смен. В числителе показана общая продолжительность простоев данного вида за смену, в знаменателе — число простоев. Так, например, в 1-ю смену 14/IV автомат простоял из-за неисправности электрооборудования 10,55 мин, всего было 4 отказа. Суммируя простои по данной рабочей смене, получим общее время простоев и работы, что по итогам всех смен наблюдения позволяет составить баланс затрат фонда времени автомата или автоматической линии в данных условиях производства. На рис. Ш-21 показан баланс затрат фонда времени автомата КА-76, откуда видно, что автомат работал только 57,2% фонда времени, остальное составили простои, среди которых особенно велики простои IV вида — по организационным причинам: прежде всего отсутствие заготовок, подготовка станка к работе и т. д. В качестве второго примера в табл. III-3 приведен баланс затрат фонда времени автоматической линии «Блок-2» (ЗИЛ).
На этом же этапе производится численное определение и других параметров, характеризующих работу оборудования, например стойкости инструмента, длительности рабочего цикла и отдельных его элементов, характеристик точности и стабильности обработки. Все эти величины являются случайными и должны рассчитываться с помощью статистических методов. Согласно полученным статистическим данным рассчитываются эксплуатационные характеристики оборудования, в первую очередь коэффициент использования, коэффициент загрузки, внецикловые потери и т. д. Сравнивая между собой коэффициенты использования и другие характеристики автоматической линии сходного технологического назначения, можно определить сравнительный уровень их эксплуатации, степень использования возможностей автоматических линий.
Таблица простоев автомата КА-76
Вид простоя	Причина простоя	Число										Сумма простоев	
		14/IV		15/IV		I	16/IV		|	17/IV		|	18/IV		в м ин	в %
		[Смена											
		1-я	2-я	1-я	2-я	1-я	|	2-я	I 1-я	2-я	1-я	|	2-я		
11	Смена инструмента	12,9/2	25,51/20	31,33/31	32,17/16	35,65/30	15,68/9	| 35,97/29	32,73/22	4,22/4	| 13,22/11	239,38/174	10,9
	Регулирование	3,9/2	25,64/26	16,52/27	10,05/6	10,67/17	19,57/16	| 49,57/57	—	5,83/2	I 7,07/4	148,52/157	
	Ожидание наладчика	—	—	40/1	8,27/3	8,27/3	—	| 3,06/1	—	—	—	59,6	
III	Неисправность электрооборудования	10,55/4	10,08/1	0,33/1	8,28/1	—	—	—	—	—	—	29,24/7	6,3
	Неисправность механизма фиксации	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	
	Неисправность механизма зажима	0,31/1	3,53/1	2,52/2	—	—	—	—	9,15/1	—	2,55/1	18,66/6	
	Неисправность механизма питания	4,01/2	14,06/5	5,14/4	8,3/2	—	1,2/2	3,52/7	3,05/2	3,20/4	31,40/15	73,88/53	
IV	Отсутствие заготовок |	9,32/4	57,17/10 |	35,11/7	9,12/2	124,03'15	| 32,10/5	4,31/2	5,0/2	74,20/9	| 61,05/15	411,41/61	25,6
	Несвоевременный приход-уход	—	8	—	—	16	—	11,07	—	—	0,34	35,41	
	Уборка станка	—	14,17/1	14/1	—	9,02/2	—	18,31/2	7/1	2/1	32,2/3	96,7/11	
	Подготовка станка к работе	18,06/1	59,52/6	16,21/7	15,3/1	29,46/15	—	23,54/11	14,20/1	15/1	2,4/1	193,69/44	
	Остановка станка для проверки колец	3,3/1	32,08/29	11,24/19	9,20/6	7,41/10	6,21/4	19,25/23	8,22/6	—	16,09/16	113,0/114	
	Остановка станка из-за контрольного устройства	—	25,09/3	4,08/2	30,45/3	16,55/5	28,31/4	2,17/2	—	—	3,19/3	109,84/22	
	Прочие . .		0,1	—	—	| 54,41/4	—	4/2	|	—	52,15/4 |	— |	1,04/2	111,62/13 |	
	Фонд времени	140	430	430	|	i 430	430	430	|	430	430	|	310	1	310		3770	| 100	
	Итого простоев	62,35	274,86	| 176,48	| 185,55	257,06 |	107,07 |	170,77	131,50 |	104,45 | 170,45 | 1640,4 | 42,8			
	Итого работа	77,65	155,14	| 253,52 |	244,45	172,94 |	322,93 |	259,23	298,50 |	205,55 | 139,55 | 2129,60 | 57,2			
Большинство эксплуатационных характеристик действующего оборудования может быть определено на основе двух документов: фактической циклограммы и баланса затрат фонда времени. Рассмотрим расчет важнейших характеристик работоспособности.
1.	Коэффициент использования по формуле (III-13)
где 2 суммарная величина простоев линии за время наблюдения; 0р — общее время работы линии за время наблюдений.
Для упрощения вместо абсолютных значений времени работы и простоев в формулу (Ш-13) и последующие могут подставляться относительные процентные значения, взятые непосредственно из таблицы затрат фонда времени. Так, для линии «Блок-2» коэффициент использования (согласно данным из табл. III-3)
Общий коэффициент использования может быть непосредственно определен как процент времени работы линии в балансе затрат фонда времени-(для линии «Блок-2» 0р = 74%, т|ис = 0,74).
2.	Коэффициент технического использования с учетом только собственных простоев
_ 1
Птех —	'•
1-4- 2d
Для линии «Блок-2» величина собственных простоев составляет (в относительных единицах) 2	= 7 + 2,74-0,2=9,9
3.	Коэффициент загрузки равен отношению суммы работы и простоев линии по техническим причинам к общему фонду времени и характеризует обеспеченность линии заготовками, инструментом и т. д. Численно он определяется как отношение
<П ~ 9p+S0c = Чис 0р ~h 2 9с 2 0от ^тех
где г|3 — коэффициент загрузки;
—дополнительные простои по внешним, организационно-техническим причинам, прежде всего отсутствие заготовок, несвоевременный приход и уход рабочих и т. д.
Для линии «Блок-2»
^S=0-84-
4. Внецикловые потери
°р
где Т = 1,18 мин — длительность рабочего цикла.
Таблица III -3
Баланс затрат фонда времени автоматической линии «Блок-2»
Наименование простоев	Простои данного вида в %	
	к суммарным простоям	к общему фонду времени
Простои из-за инструмента:		
планово-предупредительная смена и заточка инструмента	21,0	5,5
текущая смена и заточка инструмента 		3,9	1,0
регулирование инструмента в течение смены		2,0	0,5 ,
Итого. . .	26,9	7,0
Простои из-за оборудования:		
механические 		3,4	0,9
гидравлические 		3,1	0,8
электрические		3,9	1,0
Итого. . .	10,4	2,7
Простои по организационным причинам:		
по вине линии «Блок-1»		11,5	3,0
отсутствие заготовок на участке 		46,3	12,0
несвоевременный уход и приход наладчика		3,9	1,0
Итого. . .	61,7	16,0
Простои из-за брака:		
на предыдущих операциях 		.		0,34	0,1
при обработке на линии				0,66	0,2
Итого. . .	1,0	0,3
Итого:		
собственные простои		38,0	9,9
дополнительные простои				62,0	16,1
общее время простоев	  .	100	26,0
время работы					:—	74,0
Величина простоев и работы берется, как и в предыдущих случаях, непосредственно из баланса затрат фонда времени. Общие внецикловые потери линии «Блок-2» составят
Z = -Ц-* 1,18 = 0,41 мин/шт.
Аналогичным образом могут быть определены потери всех видов с необходимой дифференциацией их вплоть до потерь по конкретным механизмам и инструментам. Так, потери по инструменту линии «Блок-2»
tn == Jhk-T = -^--1,18 = 0,11 мин/шт.
Up	/ 4
5. Фактическая производительность
Q ~ Лис»
где Т — средняя величина цикла линии на период наблюдения.
Данные по величине Т берутся из протоколов наблюдения или специальных измерений. Для линии «Блок-2» Т — 71 с = 1,18 мин, a Q = =-Ц-.0,74 = 0,62 шт/мин. Таким образом, автоматическая линия «Блок-2» имеет достаточно высокие эксплуатационные характеристики, что объясняется большим опытом ее эксплуатации, высокой квалификацией обслуживающего персонала и в какой-то степени низкими режимами обработки, установленными на линии. Линия не является лимитирующей в технологическом потоке изготовления блока цилиндров, чем и объясняется большая разница между общим и техническим коэффициентами использования. Для лимитирующих станков и участков эта разница очень мала, поэтому сравнение величин т]ис и т]тех позволяет достоверно определить, насколько данный объект является лимитирующим.
Эксплуатационные характеристики автоматической линии дают первое представление о степени ее загрузки, надежности в работе и т. д.
Для определения резервов повышения производительности необходимо прежде всего построить баланс производительности, для чего откладывают в одном масштабе производительность линии с учетом различных видов потерь (см. рис. Ш-7). При этом технологическая производительность, харак-теризующая возможности технологического процесса, положенного в основу линии,
Д’ = —• Q = -L = _____!---’
Q ~ Лис»
где ?р — время самой продолжительной операции в цикле обработки;
— цикловая производительность, определяемая продолжительностью цикла обработки;
tx — холостые ходы рабочего цикла;
Q — фактическая производительность линии с учетом всех потерь.
Отрезок между Сц и Q делится пропорционально величине простоев по различным видам. Таким образом, для того чтобы построить баланс производительности, необходимо знать циклограмму работы линии, из которой берутся значения величины рабочего цикла 7\ рабочих и холостых ходов tx и /р и баланс затрат фонда времени, показывающий относительную величину работы и простоев разных видов данной автоматической линии. Рассмотрим в качестве примера построение баланса производительности автоматической линии «Блок-2». Баланс затрат фонда времени был приведен в табл. Ш-3, циклограмма работы линии показана на рис. Ш-22. Как указано ранее, продолжительность рабочего цикла линии Т = 1,18 мин. Время рабочего хода определяется как время обработки на лимитирующей позиции. Согласно циклограмме наиболее длительной операцией (/р = 39с) является цикл головки 16М, которая растачивает отверстия. Таким образом, по данным циклограммы можно построить значения технологической и цикловой производительности линии «Блок-2»:
= 1,53 шт./мин = 643 шт./см;
Сц = ~~ = -у-™- = 0,84 шт./мин = 353 шт./см.
Фактическая производительность линии равна цикловой производительности, умноженной на коэффициент использования:
Q ~ у~Цис = <9цЛис ~ 0,84.0,74 = 0,62 шт./мин = 260 шт./см.
Рис. Ш-22. Циклограмма работы автоматической линии «Блок-2»
Разность между теоретической и фактической производительностью У, AQ ~ фц — Фф = 0,84 — 0,62 ~ 0,22 шт./мин = 97 шт./см. Эту суммарную величину необходимо разделить между простоями четырех видов пропорционально их удельному весу, согласно балансу затрат фонда времени, т. е. пропорционально числам 26,9:10,4 : 61,7 : 1. Отсюда получим AQn = 0,06 (25); AQin == 0,02 (9); AQIV = 0,138 (58); AQV = 0,002 (1). Итого &Q = д<2п + AQin + AQiv + AQV = 0,22 шт./мин. Откладывая эти данные в одном масштабе, получим баланс производительности линии (рис. Ш-23, а).
Баланс показывает, что если бы на линии не было холостых ходов и внецикловых простоев, а заданный процесс обработки осуществлялся непрерывно, линия обеспечила бы выпуск 643 блоков в смену (производительность технологического процесса, положенного в основу линии). Так как на линии процесс обработки прерывистый, с холостыми ходами, то даже при бесперебойной работе линия смогла бы обеспечить выпуск только 353 блоков в смену. Таким образом, общий резерв повышения производительности линии в результате сокращения холостых ходов составляет 290 блоков в смену, т. е. больше, чем линия выпускает сейчас. Аналогично полное сокращение потерь по организационным причинам позволило бы получить дополнительно 58 блоков в смену.
Баланс производительности наглядно показывает, по каким причинам вместо технологической производительности К мы получаем от линии значительно меньший выпуск Q, где находятся максимальные резервы повышения производительности. Анализ баланса производительности линии «Блок-2» показывает, что наибольшие резервы повышения производительности линии заложены в сокращении холостых ходов рабочего цикла, бесперебойной подаче заготовок и улучшении системы эксплуатации инструмента. В то же время любые организационно-технические мероприятия, направленные на конструктивное улучшение долговечности и надежности работы механизмов линии, уменьшение брака и т. д., будут иметь низкую эффективность, так как возможные резервы ничтожны.
Для сравнения на рис. II1-23, б приведен баланс производительности автоматической линии картера сцепления, который показывает, что линия имеет значительные резервы повышения производительности прежде всего благодаря сокращению потерь вида III путем увеличения долговечности и надежности в работе механизмов и устройств. Сравнение даже двух балан-
Рис. Ш-23. Балансы производительности автоматических линий:
а блока цилиндров двигателя; б — картера сцепления; AQj — потери на холостые ходы цикла; AQj j — потери по инструменту; АРщ — потери по оборудованию; AQlV — потери по организационным причинам; AQy —» потери по браку
сов производительности, приведенных на рис. Ш-23, показывает, что баланс производительности любой линии сугубо индивидуален, характеризуя как совершенство технологического процесса линии Л, так и конструктивное ее совершенство (длительность холостых ходов и Д^ == К — Q), надежность в работе (Дфп; AQIH), систему эксплуатации (AQIV), точность и стабильность обработки (AQv) и т. д. Ценность баланса производительности заключается именно в том, что он позволяет определить наиболее перспективные и важные направления дальнейших исследований автоматической линии, а также направления ее дальнейшего совершенствования.
Баланс производительности показывает, в каком направлении следует вести работу, решая задачу повышения производительности линии, и где находятся наибольшие резервы повышения производительности. Практически в условиях эксплуатации ни один из видов потерь сократить полностью не удается, поэтому реальные резервы роста производительности зависят от того, во сколько раз можно сократить те или иные потери. Исходная производительность автоматической линии в настоящее время определяется по формуле (Ш-9)
Qo= Г +2 tn '
В результате внедрения технико-экономических мероприятий потери п»го вида сокращаются в (3 раз, производительность линии повышается и составляет
(Ш-45)
i~n—j
где S п— сумма всех потерь, оставшихся неизменными; 1=1
tn — потери n-го вида;
Р — коэффициент сокращения потерь n-го вида.
Преобразуем формулу (II1-45), прибавив и отняв в знаменателе tn:
(Ш-46)
Рост производительности линии
Q
Qo
______1_____
l-Q0/n(l—И)

(Ш-47)
Формула (Ш-47) позволяет определять рост производительности авто матической линии в результате сокращения потерь z-ro вида в р раз. В качестве примера приведем определение роста производительности линии «Блок-2» в результате сокращения простоев по инструменту. Анализ простоев по инструменту, зафиксированных в протоколах хронометража, показывает, что простои по различным видам инструмента распределяются крайне неравномерно, большинство потерь приходится на четыре головки: 11М, 15М, 17М, 19М (см. рис. Ш-24). Следовательно, сокращения потерь по инструменту всей линии можно достичь только путем изменения системы эксплуатации инструмента на всех четырех сверлильных головках.
Анализ показывает, что система эксплуатации инструмента является нерациональной, так как сверла перетачиваются непосредственно во время смены инструмента, в то время как вся линия простаивает. Много времени теряется на ожидание при заточке и на переходы. Диаграмма удельных затрат времени на смену, и регулирование инструмента для четырех головок (рис. II1-24) показывает, что совмещение заточки с обработкой может сократить простои по инструменту почти в [3 = 2,5 раза. Это достигается в случае, если на линии имеется не один, а два комплекта инструмента, один из которых находится в работе, а второй — на специальных переносных стеллажах, где каждое гнездо маркировано по номеру шпинделя. Второй комплект перетачивается во время работы линии, без спешки, что позволяет повысить качество заточки. Указанные мероприятия позволят сократить потери по инструменту в j3 = 2,5 раза. Величина исходных потерь по инструменту tn определена ранее. Подставляя все значения в формулу (Ш-47), получим:
ф =--------1---- =---------------1—-------- == 1,035.
1-0,62-0,11-0,85(1--i-J
Здесь коэффициент 0,85 характеризует долю потерь по вине указанных четырех головок в общей величине потерь по инструменту всей линии. Таким образом, изменение системы эксплуатации инструмента на четырех агрегатных головках позволяет повысить производительность линии на 3,5%, что достигается простейшим путем с минимальными затратами.
Наилучшие результаты по повышению производительности автоматических линий получены только при условии проведения комплексных меро-
Съем
| | режущего Uae=Jинструмент а
Заточка ।—। Установка Потери бремени режущего t=| и регулировка	по организацион-
инструмента режущего ным причинам
инструмента
Рир. Ш»24. Составляющие простоев по инструменту лимитирующих головок линии блока (в %)
приятии, т. е. одновременного сокращения всех видов потерь и, в первую очередь, из-за неритмичной подачи заготовок. В противном случае сокращение собственных потерь (по инструменту, ремонту и регулировке механизмов) приводит лишь к возрастанию простоев из-за отсутствия заготовок без заметного повышения фактической производительности. Для определения перспективности действующей автоматической линии с точки зрения развития производства необходимо сравнить общие резервы повышения производительности, т. е. потенциал линии с заданными темпами развития производства и увеличения выпуска продукции.
В случае, если реальные резервы роста производительности линии невелики и она через известный промежуток, времени не сможет обеспечить необходимый по плану выпуск продукции, нужно заранее поставить вопрос либо о коренной модернизации линии, либо о внедрении новой техники. Общие резервы повышения производительности линии определяются на основе комплексного изучения всех видов потерь по формуле
где — потери данного вида, которые можно сократить;
— коэффициент сокращения потерь данного вида.
Анализ линии «Блок-2» показал, что в ней можно сократить потери по трем видам: 1) по холостым ходам рабочего цикла на 15% (Pj = 1,15); 2) по инструменту в 2 раза (Ри = 2); 3) по организационным причинам при полной загрузке автоматической линии и бесперебойной подаче заготовок (по данным табл. Ш-З) р =	= 4. Таким образом, для линии «Блок-2»
/2 = 3. Потери по холостым ходам равны времени холостого хода цикла обработки /х = 0,53 мин. Потери по инструменту tn = 0,11 мин/шт.
Потери по организационным причинам
tiv = -~Т =	1,18 = 0,25 мин/шт.
Подставляя все значения в формулу (Ш-48), получаем
Ф =--------=---------r-T-J------------------------ = 1,22.
1 —0,62 0,53 ( 1 — —-) + о,11(1— 0,5)+ 0,25(1 — 0,25)
L \	1,1 о /	J
§ 7. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Анализ надежности рабочих машин невозможен без определения численных значений показателей надежности автоматов и автоматических линий. Значение этих показателей позволяет правильно решать конструктивные и структурные задачи проектирования нового оборудования, например, выбора принципиальных и конструктивных схем целевых механизмов, устройств, инструментов, выбора числа позиций многошпиндельных автоматов и автоматических линий, режимов обработки, числа участков в линии, емкости накопителей и т. д.
Как и при анализе производительности, характеристики надежности рассчитывают по результатам измерений и наблюдений за работой действующих автоматов и автоматических линий, выполняемых либо наблюдателями, либо специальными регистрирующими приборами. При этом наиболее эффективными будут комплексные исследования работоспособности автоматов и автоматических линий, включающие анализ вопросов производитель-90
Рис. III-25. Автооператор к автомату КА-76
ности и надежности. Это особенно важно при анализе резервов данного производства, где задача анализа надежности имеет актуальность только в случае больших потерь видов II и III — по инструменту и оборудованию. Расчет характеристик надежности автоматизированного оборудования, а также конкретных механизмов и устройств складывается из нескольких этапов. После того как завершен полный объем наблюдений за работой исследуемого оборудования и оформлены протоколы наблюдений, производится статистическая обработка полученных данных. Рассмотрим это на примере анализа работоспособности автооператора многошпиндельного токарного автомата КА-76 в автоматическом цехе карданных подшипников.
Схема и циклограмма работы автооператора приведены на рис. Ш-25. Автоопе^атор используется на восьмишпиндельном токарном автомате для обработки карданных подшипников и выполнен как неотъемлемая часть автомата. Автоматы КА-76 встроены в автоматическую линию. Они выполнены с двойной индексацией, одновременно на них обрабатываются два кольца карданных подшипников. На автомате установлено два автооператора. Загрузочные позиции верхние. Заготовка кольца (корпуса карданного подшипника) имеет форму колпачка, полученного холодной штамповкой. При загрузке цилиндрическая часть штока питателя входит в отверстие заготовки до контакта с ее дном; заготовка зажимается между торцами питателя и выталкивателя. Это позволяет обойтись без зажимного механизма при переносе заготовки из магазина в патрон шпинделя.
Циклограмма работы автооператора показана на рис. Ш-25, б. После окончания обработки питатель 1 (рис. Ш-25, а), перемещаясь от системы рычагов 10 и 11, подойдет к обработанной детали и своей головкой войдет во внутреннюю ее полость. Одновременно выталкиватель 6 подходит к детали, выталкивает ее до соприкосновения с торцом захвата питателя и далее вместе с последним перемещается вправо, перенося деталь к отводному лотку 5. Затем выталкиватель 6 останавливается, а питатель 1 продолжает двигаться вправо. Деталь упирается во флажок 7 и снимается с захвата питателя. Одновременно толкатель 2 сбрасывает деталь в лоток 5. Толкатель 2 получает движение от рычага 10 через систему рычагов 9, которые поворачивают кулаки 3, связанные толкателем 2. При отходе питателя 1 в крайнее правое положение в магазин 8 поступает новая заготовка. Пита-
Таблица III -4
Основные отказы автооператоров автомата КА»76
Наименование простоев	Количество случаев	Простои данного вида в %	
		к суммарным простоям	к общему фонду времени
Перекос заготовки при загрузке		117	5,1	2,1
Недогрузка заготовки 		24	1,0	0,4
Заклинивание обрабатываемого кольца при за-загрузке		52	3,3	1,37
Срабатывание блокировки 		18	1,7	0,7
Ослабление стопорной гайки на штоке выталкивателя 		2	0,6	0,25
Поломка подшипника рычага блокировки . . .	1	1,2	0,5
Подналадка автооператора		4	1,14	0,45
тель 7, перемещаясь влево, захватывает заготовку и передает ее в патрон 4 шпинделя автомата. Далее питатель отходит в исходное положение, и цикл (обработка, съем, загрузка) повторяется в описанной последовательности. Цикл работы автомата Т ~ 4 с, автооператора Т = 1,5 с.
Для анализа эксплуатационной надежности автооператоров были проведены исследования работы автомата, встроенного в автоматическую линию для обработки кольца с наружным диаметром 35 мм, высотой 22 мм и диаметром отверстия 27 мм. Исследования показали, что большинство отказов по оборудованию приходится на долю трех типов механизмов: двух автооператоров, восьми зажимных механизмов и механизма поворота и фиксации блока, причем на долю автооператора приходится 92% общего количества отказов, которые составляют 37% общего времени простоев из-за неисправности оборудования. Рассмотрение конструкции автооператора показывает, что в нем устранено большинство причин, вызывающих ненадежную работу автомата. Заготовки имеют высокую точность, исключающую необходимость обтачивания по наружной поверхности, высокий класс чистоты поверхности, малые заусенцы. Как показывает табл. Ш-4, за время наблюдения не было отмечено ни одного случая застревания колец в лотке. Из лотка заготовка забирается, захваченная одновременно питателем и выталкивателем, отсюда отсутствие отказов при надевании заготовок на шток питателя.
Основной причиной отказов автооператора является быстрое забивание рабочей зоны стружкой ввиду высокой производительности автомата, так как стружки выделяется очень много, несмотря на малый съем с каждой заготовки. Условия отвода стружки плохие, так как вся рабочая зона насыщена механизмами. В результате, несмотря на сильную струю жидкости, она часто попадает в зажимную цангу; это вызывает перекосы и выключение автомата механизмом блокировки. При зажиме заготовки по наружной поверхности вследствие ограниченного раскрытия зажимных лепестков цанги малейшая несоосность заготовки исключает возможность подачи ее в цангу.
Согласно данным хронометража были подсчитаны периоды безотказной работы автооператора одной позиции. Количество циклов, отработанных одним автооператором между двумя отказами, выражается последовательно следующим образом:
20—122—234—73—10—15—28—3030—28—496—441—43—880—612—1480—735— 194—86—390—1140—640—2700—820—530—850—84—173—61—780—145—40— 680—42—1660—470—52—630—730—11—58—176—142—1130—750—79—107—40— 680—30—340—410— 130—736—2057—50—450—685—100—158—380—518—89— 17—20—1253—1032—106—36—152—8—11—164—2—23—97—1153—462—1075— 462—1075—774—69—207—65—5—5—11 —555—280—40—714—469—189—91 — 1436—1144—42—158.
Таблица Ш-5
Распределение периодов безотказной работы автооператора по интервалам
Номер интервала i	Граница интервала	Количество случаев а	1	. Номер интервала i	Граница интервала	Количество случаев	Номер интервала i	Граница интервала	Количество случаев &N.
1	0—180	47	8	1260—1440	1	15	2520—2700		
2	180—360	6	9	1440—1620	1	16	2700—2880	1
3	360—540	11	10	1620—1800	—	17	2880—3060	—
4	540—720	9	11	1800—1980	1	18	3060—3240	—
5	720—900	9	12	1980—2160	1	19	3240—3420	—
6	900—1080	2	13	2160—2340	—»	20	3420—3600	-	
7	1080—1260	4	14	2340—2520	1			
Как видно, после первого зафиксированного отказа (продолжительность работы до его появления неизвестна) автооператор проработал 20 рабочих циклов, после чего последовал отказ. После устранения возникшей неполадки (перекос кольца, в результате чего система блокировки отключила станок) станок был снова включен, после чего автооператор проработал уже 122 цикла до следующей неполадки.
По данным таблицы периодов безотказной работы строятся статистические диаграммы распределения плотности вероятности безотказной работы. Максимальный период времени безотказной работы делится на 15—20 равных интервалов, для каждого из них определяется количество случаев, попавших в данный интервал. Например, для автооператора автомата КА-76 максимальное количество циклов, отработанных автооператором между двумя отказами, составило 3030. Выбираем базу, равную z = 3600, и делим ее на 20 интервалов через kt — 180 циклов. В первый интервал (0—180) попало 47 случаев, во второй (180—360) — 6 случаев и т. д. Все данные сводим в табл. Ш-5. Отсюда для каждого интервала определяем плотность вероятности распределения времени безотказной работы по формуле
(Ш-49)
180 циклов по данным
где N — общее количество отказов за время наблюдения;
ддг. — число случаев, попавших в i-й интервал;
А/—величина интервала в принятых единицах.
Для автооператора автомата КА-76 N = 96 случаев; AZ = или штук обработанных деталей. Величину AAfz определяем
табл. III-5, где все случаи разнесены по соответствующим интервалам. Плотность вероятности времени безотказной работы для первого интервала f —	—	47	—- 27 2 • 10~4
~ 96-180	•
Аналогично вычисляются остальные значения:
л=9Й»=3.5'10^ = Ww = 6’7'10--
Это означает, например, что в диапазоне 360—540 циклов вероятность того, что автооператор откажет при очередном срабатывании, составляет 0,00067, или 0,06%. Когда будет вычислена плотность вероятности безотказной работы для всех интервалов (вероятность получения отказов в каждом интервале), строится итоговая диаграмма (рис. Ш-26), она позволит рассчитать среднюю частоту отказов автоматической линии, станка или механизма, т. е. частотные характеристики надежности: коэффициент безотказности &н, параметр потока отказов со, среднее время безотказной работы
fit)
2k‘1(0
16
8
0
Рис. II1-26. Статистическая диаграмма плотности вероятности без» отказной работы автооператора автомата КА?76
Параметр потока отказов есть средняя вероятность отказа в любом диапазоне независимо от проработанного времени, а коэффициент безотказности как обратная величина представляет собой среднее количество циклов, отработанных автооператором между двумя его отказами. С учетом распределения всех случаев по интервалам коэффициент безотказности рассчитываем как среднее количество циклов безотказной работы:
п
1
N
п

(Ш-50)
где AAfz — количество случаев, попавших Z-ый интервал; п — количество интервалов;
N — общее количество случаев;
tt — середина f-ro интервала.
Для автооператора КА-76 по данным табл. Ш-5 N — 96, &N1 = 47, АА2 = 6, A7V3 — 11 и т. д.,	= 90, /2 = 270, /3 = 550 и т. д. Произведя
все необходимые вычисления, получим для автооператора автомата КА-76 kH = 486 циклов. Эта величина есть не что иное, как величина, обратная параметру потока отказов:
® = = -i = 2-06-10"a-
4оо
Среднее время безотказной работы тср = kHT = 486 0,07 = 34,3 мин, где Т = 4 с = 0,07 мин — цикл работы автомата.
Статистическая функция надежности строится непосредственно по тем же данным, что статистическая функция времени безотказной работы. Она характеризует вероятность того, что введенный в действие элемент или система проработает данный промежуток времени без отказа. Рассмотрим эту статистическую вероятность, взяв в качестве расчетных точек шкалы времени (или рабочих циклов) левые границы интервалов согласно табл. Ш-5.
Вероятность того, что автооператор останется работоспособным до момента, соответствующего левой границе первого интервала (т. е. t = 0), равна единице, так как в момент пуска после устранения очередного отказа автооператор, разумеется, исправен. Поэтому в первом интервале (0—180) строим столбец, соответствующий по высоте единице, или 100% (рис. Ш-27). Какова вероятность того, что автооператор проработает без отказа 180 циклов (левая граница второго интервала) и более? Всего, согласно табл. Ш-5, было отмечено 96 случаев — периодов безотказной работы автооператоров. Из них в 47 случаях автооператор проработал меньше 180 циклов. Следовательно, статистическая вероятность того, что он проработает более 180 циклов, составляет ---77 47  >100 = 51%. Эту величину и откладываем и строим в виде столбика во втором интервале. Далее табл. Ш-5 показывает, что в промежутке 180—360 циклов наблюдалось еще 6 случаев отказов автооператора. Следовательно, вероятность того, что автооператор проработает безотказно более 360 циклов, равна -~6~1Q0 = 44,8%. Эту величину откладываем в третьем интервале и т. д. Для f-го интервала вероятность того, что автооператор отработает больше циклов, чем левая граница интервала,
=— = 1 —4т-
Построив столбцы диаграммы для всех интервалов и соединив середины из вершин ломаной кривой, получим статистическую функцию надежности. Теоретическая (вероятностная) функция надежности при принятом экспоненциальном законе распределения отказов строится по формуле
Р (t) =	= е~х.
В данном случае со == 2,06-10" 3. В качестве параметра времени t необходимо подставлять количество отработанных циклов, соответствующих левым границам выбранных интервалов (t = 0,180, 360, 540 и т. д.). Для автооператора автомата КА-76 со = 2,06 • 10"3. Согласно табл. Ш-5 получаем
= 0; Х1 = 2,06-10'3-0 = 0; Р (0) = 1,0;
/2 = 180; х2 = 2,06» 10"3-180 = 0,47; Р (180) = 0,58;
t3 = 360; х3 = 2,06- IO"3‘360 = 0,94; Р (360) = 0,38;
/4 = 540; х4 = 2,06-10~3•540 = 1,41; Р (540) = 0,29,
Таблицы значений функции Р (х) по известным значениям х приводятся в книгах по теории надежности, теории вероятностей и математической статистике [9, 12].
Полученные значения Р (Z) откладываем по вертикали в соответствующих интервалах и соединяем плавной кривой, в результате получим теоретическую (вероятностную) функцию надежности автооператора. Разность между статистической и вероятностной функциями характеризует достоверность полученных значений, в первую очередь достаточность накопленного объема информации, а также правильность принятого закона распределения отказов. Аналогичным образом может быть определена надежность срабатывания всех остальных элементов системы или, по крайней мере, важнейших из них, у которых наблюдалось достаточное число отказов, необходимое для достоверности получаемых параметров надежности.
Параметр потока отказов системы производится суммированием параметров всех элементов, что допустимо при стационарном и ординарном характере потока отказов:
со = (о1 + о)2 + со3+ • • •+	(II1-52)
Определение второго показателя надежности — среднего времени единичного простоя данного вида (характеристики ремонтопригодности) — аналогично выяснению среднего времени безотказной работы. Как показывает практика, продолжительность даже идентичных простоев линии колеблется в широких пределах. Тем более это справедливо, если учесть все многообразие различных неполадок. В качестве примера на рис. Ш-28 приведена диаграмма распределения времени единичных простоев по техническим причинам автомата КА-76 (смена и регулирование инструмента, ремонт и подналадка механизмов и т. д.).
Из общего числа зафиксированных простоев 38,5% имели продолжительность меньше 1 мин, 22,6% простоев 1—2 мин и т. п. Среднее время единичного простоя рассчитывается по тем же правилам, что и среднее время безотказной работы:
п
KNzt
N ’
п
1 где AAfz — число случаев, попавших в данный интервал;
zt — середина данного интервала;
N — общее число отказов (единичных простоев) за время наблюдения.
При этом вместо абсолютных значений AAfz в формулу (III-53) можно подставлять процентные соотношения случаев, попавших в данный интервал. Так, для автомата КА-76
п __ 0,5« 139 Д- 1,5-111 + 2,5-68 4-3,5-39-р 17,5-1 оо
“ср	468	— До МИН.
Таким образом, путем статистической обработки результатов фактических наблюдений и измерений можно для любого элемента (механизма, устройства и т. д.), а также для систем (станков, автоматов, автоматических 96
линий) получить численные характеристики и безотказности, и ремонтопригодности.
При анализе надежности работы механизмов и устройств, как и при других исследованиях случайных величин, нельзя упускать вопросы достоверности полученных характеристик надежности. При этом следует иметь в виду, что тот объем наблюдений, который достаточен для достоверного определения эксплуатационных характеристик автоматической линии в целом, может оказаться недостаточным для определения характеристик надежности элементов этой линии (механизмов, устройств или инструмента). Поэтому в случае малого объема наблюдений при определении характеристик надежности возможны случайные ошибки. В связи с этим необходимо оценивать достоверность полученных характеристик надежности, т. е. определять согласованность принятого теоретического и статистического распределения случайных величин. Достоверность полученных характеристик надежности обычно определяется по так называемым «критериям согласия». Идея применения критериев согласия заключается в том, что на основании данного статистического материала необходимо проверить гипотезу, что случайная величина х подчиняется некоторому определенному закону распределения, который может быть задан в виде функции распределения F (х), в виде плотности распределения f (х) или в виде совокупности вероятностей того, что величина х попадает в пределы i-го интервала.
При этом предположении вычисляется вероятность того, что за счет случайных факторов, связанных с недостаточным объемом статистических данных, теоретическая величина U окажется не меньше, чем наблюдаемое нами в опыте значение U *, т. е. вероятность события: U U *. Если эта вероятность значительна, следует признать, что экспериментальные данные не противоречат принятой гипотезе.
Комплексные исследования работоспособности автоматов и автоматических линий в условиях эксплуатации позволяют не только выявлять резервы повышения производительности действующего оборудования, но и обеспечивать проектирование новых машин с более высоким уровнем производительности, надежности, экономической эффективности.
4 Г. А. Шаумян	97
Глава IV
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС —
ОСНОВА АВТОМАТИЗАЦИИ
§ 1.	ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ
Основа проектирования системы технологических машин — технологический процесс, задачей которого является получение готовых изделий заданного качества. При составлении технологического процесса обработки на автоматической рабочей машине весь процесс обработки разбивается на отдельные элементы — операции.
Качественно различные операции выполняются по различным законам обработки, протекают в различных условиях и, следовательно, с различными скоростями. Это приводит и к количественному различию операций, т. е. к различию по продолжительности их выполнения. Количественная оценка по затратам времени на рабочие и холостые операции является основой для определения производительности машины. При проектировании рабочей машины или автоматической линии (начиная с разработки технологического процесса) необходимо решить целый ряд задач, определяющих качественную и количественную стороны технологического процесса. Качественная сторона разработки предусматривает:
а)	выбор методов обработки; одно и то же изделие можно получить не только при помощи различных методов обработки (например, обработку плоскости можно осуществить строганием, фрезерованием, протягиванием, шлифованием и т. д.), но и в пределах каждого вида обработки можно применить несколько методов;
б)	выбор последовательности обработки; при обработке сложных изделий обычно существует большое количество вариантов последовательности обработки различных поверхностей (например, при обработке отверстий под крепеж в корпусных деталях);
в)	выбор режущего и измерительного инструмента; при выбранных методах обработку можно вести либо при помощи стандартного инструмента (сверлом, метчиком, резцом и т. д.), либо использовать специальный инструмент; аналогично необходимо выбрать стандартные или специальные измерительные инструменты;
г)	выбор технологических баз в том случае, если они еще не заданы предыдущими операциями обработки.
Количественная сторона разработки технологического процесса предусматривает:
а)	выбор оптимальной степени дифференциации и концентрации операций технологического процесса; практически только обработку простейших изделий можно выполнять в одной рабочей позиции; обычно технологический процесс обработки дифференцируется на отдельные элементы, которые затем концентрируются в рабочих машинах;
б)	выбор режимов обработки;
в)	выбор оптимальной структуры автоматических систем машин.
При решении этих задач необходимо исходить из обеспечения высокой производительности и заданного качества продукции и в результате полу-98
чаем время обработки в рабочем цикле, т. е. время рабочих ходов /р, а следовательно, технологическую производительность К — потенциал производительности рабочей машины или автоматической линии.
Признаки непрерывности технологического процесса. В любом технологическом методе обработки заложена непрерывность его осуществления. Как правило, технологические операции происходят непрерывно до тех пор, пока внешние условия, не связанные с самим методом, не заставляют прерывать процесс (необходимость удаления уже обработанных изделий и установки новых заготовок и т. д.). В дальнейшем понятие «обработка» будет применяться в широком смысде и означать любое технологическое воздействие: формообразование, изменение физико-химических параметров, контроль, сборку и пр. Признаками непрерывности любого технологического процесса являются: непрерывное воздействие одного технологического комплекта инструмента на обрабатываемый материал и непрерывное взаимное перемещение инструмента и обрабатываемого материала для смены объектов обработки.
Под комплектом инструмента понимаем при этом минимально необходимое и достаточное количество орудий обработки, обеспечивающее данный технологический процесс. Величина комплекта определяется объемом и методами обработки. Комплектом инструмента являются, например, пуансон и матрица — при технологическом процессе штамповки и вытяжки (рис. IV-1, а); сверло, зенкер и метчик—при обработке резьбовых отверстий (рис. IV-1, б) и т. д.
Согласно этим определениям, непрерывными технологическими процессами являются нагрев жидкости в потоке; термическая обработка изделий в сквозных печах; бумагоделательный и ротационный печатный процессы; непрерывная разливка стали; спиральные трубосварочные процессы; элеваторная обработка (сушка, веяние и т. д.); бесцентровое шлифование на проход; барабанно-фрезерная обработка; нарезание гаек кривыми метчиками и т. д.
На рис. IV-2 приведены некоторые примеры непрерывных технологических процессов, удовлетворяющих обоим признакам. Холодная прокатка тонколистовой стали (рис. IV-2, а) происходит благодаря непрерывному движению стальной ленты, сматываемой с рулона, и непрерывной работе технологического комплекта механизмов — валков рабочих клетей 5 и летучих ножниц 6. Если бы в системе отсутствовали сварочная машина, соединяющая концы листов, и петлевое устройство, технологический процесс прокатки был бы прерывистым. По аналогичной непрерывной схеме (рис. IV-2, б) происходит и технологический процесс ротационной печати — бумажная лента сматывается с рулона и подается под непрерывно вращающиеся печатные валки 1 и 2, после чего бумага с текстом режется на отдельные листы (газет, журналов, книг), которые укладываются в стопу. Исходный обрабатываемый мате-
Рис. IV-2. Примеры непрерывных технологических процессов:
а — прокатка тонколистовой стали; 1 — разматыватель; 2 — сварочная машина; 3 — петлевое устройство; 4 — натяжное устройство; 5 — рабочие клети стана; 6 — летучие ножницы; 7 — моталки; 8 — листоукладчик; б —• ротационное печатание; 1,2— печатные валки; 3 — бумага
Рис. IV-3. Процессы токарной обработки: а — прерывистый; б — непрерывный
риал (заготовка) может быть текучим, сыпучим, твердым, гибким, в виде штучных заготовок и т. д. Обязательным условием здесь является наличие непрерывно движущегося потока обрабатываемого материала, на который воздействует один комплект инструмента.
Подавляющее большинство известных технологических методов по природе своей являются непрерывными, например, процесс токарной обработки цилиндрической поверхности (рис. IV-3), где резец может перемещаться непрерывно по заданной траектории и вести обработку вплоть до износа и потери режущих свойств. Однако его воздействие при токарной обработке в центрах должно периодически прерываться для замены обработанной детали, и технологический процесс становится прерывистым (рис. IV-3, а). Непрерывный процесс токарной обработки можно получить, если использовать относительное движение подачи для смены обрабатываемого материала — прутка (рис. IV-3, б). В этом случае материал будет непрерывно перемещаться по отношению к вращающейся резцовой головке. Аналогично шлифование деталей цилиндрической формы в центрах на круглошлифовальном станке (рис. IV-4, а) является прерывистым технологическим процессом, так как каждый раз по окончании шлифования технологический комплект инструмента имеет паузу в работе для замены обрабатываемой детали. Непрерывность процесса достигается в бесцентровых шлифовальных станках, где осевая подача деталей сплошным потоком мимо инструмента обеспечивает 100
Рис. IV-5. Роторная машина:
а — схема рабочих зон; б— схема взаимодействия инструментального блока с деталью
их непрерывную замену в процессе обработки, который происходит без пауз (рис. IV-4, б).
Таким образом, лишь те технологические процессы, в которых соблюдаются оба указанных признака, а именно: непрерывность воздействия и непрерывность перемещения, могут считаться непрерывными. Не являются непрерывными технологические процессы в роторных машинах (например, штамповки, обтачивания), где детали обрабатываются несколькими идентичными комплектами инструментов с. чередованием рабочих и холостых ходов. Роторная машина (рис. IV-5) представляет собой систему исполнительных органов, оснащенных технологическими орудиями обработки, которые расположены по делительной окружности ротора. Орудия обработки совершают непрерывное транспортное движение совместно с ротором и объектами обработки. В процессе этого движения, осуществляемого от общего или индивидуального привода, производится технологическая обработка. В зоне питания заготовки на ходу загружаются в гнезда, каждое из которых снабжено технологическим комплектом инструмента (например, пуансон и матрица, см. рис. IV-1, а). В процессе совместного транспортного перемещения рабочие инструменты выполняют заданный цикл — быстрый подвод, обработку, быстрый отвод, которые совершаются в рабочей зоне машины, после чего в зоне выдачи обработанная деталь удаляется из ротора, а технологический комплект инструмента в отведенном холостом положении проходит резерв-
Рис. IV-6. Схемы нарезания резьбы прямыми и кривыми метчиками
ную зону, где могут быть выполнены операции наладки и обслуживания (проверка инструмента, его регулирование, замена и т. д.). Как показывает развертка ротора (рис. IV-5, б), каждый комплект инструмента лишь периодически вступает в работу, технологический процесс является прерывистым, несмотря на непрерывное транспортирование обрабатываемых деталей в рабочей зоне машины.
При проектировании технологических процессов машиностроительного производства возможны два основных варианта.
1. Непрерывные технологические процессы применяются изолированно для каждой из операций. Так как сами методы обработки по природе своей непрерывны, то возможность применения непрерывных технологических процессов определяется возможностью замены обрабатываемых деталей без прерывания процесса обработки. Таким образом, возможность построения непрерывных технологических процессов зависит прежде всего от характера заготовок и типа инструмента. Так, резьбонарезание обычными метчиками является прерывистым процессом только потому, что для замены обрабатываемых деталей требуется пауза в обработке для свинчивания метчика (рис. IV-6, а, б). Применение кривых метчиков или прямых метчиков с перехватом зажимов привода вращения позволяет удалять гайки с нарезанной резьбой без их свинчивания — на проход, поэтому технологический процесс становится непрерывным (рис. IV-6, в—3). Трубосварочный стан спиральной сварки труб является машиной с непрерывным технологическим процессом, так как сварка швов и винтовое перемещение обрабатываемого материала относительно сварочной головки производятся непрерывно. Если агрегат производит сварку торцов труб, технологический процесс становится прерывистым, хотя сущность метода обработки остается прежней (происходит образование непрерывного сварочного шва).
2. Если в данных конкретных условиях не удается обеспечить непрерывное питание и удаление обрабатываемых деталей или необходимо осуществить несколько операций, появляется дискретность в технологии, характерная для машиностроительного производства. Отсюда — цикличность в технологическом процессе и в работе машин.
Таким образом, технологический процесс обработки в общем случае может складываться из непрерывных и дискретных воздействий, выполняемых на машинах непрерывного и циклического действия. По признаку непрерывности действия все рабочие машины можно разделить на три класса: машины непрерывного действия с непрерывным технологическим процессом; машины непрерывного действия с прерывистым технологическим процессом; машины прерывистого действия с прерывистым технологическим процессом. Так как дискретность технологического процесса связана с дискретностью (цикличностью) действия основных целевых механизмов: суппортов, инструментальных блоков, механизмов зажима, подачи и т. д., то машины двух последних классов являются машинами циклического действия.
Машина непрерывного действия с непрерывным технологическим процессом характеризуется тем, что один технологический комплект инструмента непрерывно находится в работе; процесс обработки осуществляется путем непрерывного взаимного перемещения инструмента и обрабатываемых деталей по прямой линии, окружности или любой иной траектории, что обеспечивает непрерывную замену деталей без прерывания процесса обработки. При этом в машинах непрерывного действия, как правило, обрабатываемый материал непрерывно транспортируется через рабочую зону машины. Если эти условия не удается выполнить, в работе машины неизбежно появляются перерывы, связанные с периодическим чередованием рабочих и холостых ходов.
Машины непрерывного действия с прерывистым технологическим процессом характеризуются тем, что обрабатываемые детали непрерывно перемещаются через рабочую зону машины с некоторой транспортной скоростью, которая обеспечивает их непрерывное поступление и удаление из машины; в рабочей зоне один технологический комплект инструмента периодически вступает в контакт с обрабатываемыми деталями в процессе совместного перемещения с единой транспортной скоростью по прямой линии, окружности или иной траектории. Наиболее типичными примерами рабочих машин этого класса являются роторные и конвейерные машины (см. рис. IV-5).
Машины прерывистого действия с прерывистым технологическим процессом характеризуются отсутствием непрерывного транспортного движения обрабатываемых деталей в зоне обработки и дискретностью действия одного комплекта инструмента, что характерно для большинства станков. Примером могут служить многошпиндельные автоматы последовательного действия, в которых обработка происходит при неподвижном шпиндельном блоке с закрепленными заготовками, после чего следует поворот блока из позиции в позицию.
Операция как элемент технологического процесса. При разработке технологических процессов следует весь объем обработки изделия, взятый сам по себе и безотносительно к руке человека, разлагать на его составные элементы — операции. К сожалению, до настоящего времени в технологии машиностроения сохранилось неизменным понятие «технологической операции», сложившееся еще в те времена, когда все технологические процессы базировались только на применении ручного труда. Например, «технологической операцией называется часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и охватывающая все действия оборудования и рабочих над одним или несколькими совместно обрабатываемыми или собираемыми предметами» [15]. «Переход—часть операции, характеризующаяся неизменностью обрабатываемой поверхности, рабочего инструмента (или нескольких одновременно используемых инструментов) и режима работы станка» [20, 21].
Понятие технологической операции впервые появилось с развитием мануфактурного производства в связи с дифференциацией технологических процессов путем разделения общего объема обработки на отдельные элементы, которые одновременно выполнялись на различных операционных станках и рабочих местах. Естественно, что такая дифференциация базировалась прежде всего на физических возможностях одного человека и протяженности его зоны обслуживания. Отсюда в основу понятия операции были положены не характер самого технологического процесса, степень его дифференциации и концентрации операций, а рабочее место. Сложившееся таким образом определение операции остается справедливым и в настоящее время для неавтоматизированного производства, когда расчленение технологического процесса определяется тем объемом технологического воздействия, которое человек в состоянии выполнить на своем рабочем месте как непосредственный участник процесса.
В автоматизированном производстве, где человек перестает быть непо
средственным участником технологического процесса, такое определение приводит к смешению понятий «операция» и «переход». Так, согласно при-веденному определению, весь технологический процесс, выполняемый на многопозиционных автоматах, комбайнах и автоматических линиях множеством разнообразных инструментов, состоит только из одной операции, так как на линии сохранилось только одно рабочее место — оператора, который в технологическом процессе непосредственно не участвует. При этом не учитываются ни объем процесса, ни количество инструментов, число которых доходит в линиях до нескольких сотен, ни любые другие особенности процесса. Если следовать данному определению, то достаточно автоматическую линию расчленить на два участка, т. е. добавить второе рабочее место, и в линии будет выполняться вдвое большее число операций, хотя на самом деле технологический процесс остался абсолютно неизменным. Таким образом, приведенное понятие операции для современного автоматизированного производства не имеет ни технологического, ни конструктивного смысла.
По существу произошла подмена общепринятого понятия «операция» понятием «переход». Очевидно, для условий автоматизированного производства, где человек перестает быть непосредственным участником технологического процесса, весь объем технологического воздействия следует расчленить безотносительно к руке человека и рабочему месту.
Операция в условиях автоматизированного производства — это элемент технологического процесса, взятый безотносительно к руке человека и выполняемый одним целевым механизмом, обеспечивающим необходимое взаимодействие инструмента и заготовки для осуществления обработки. Таким образом, в автоматах и автоматических линиях операция представляет собой и элемент рабочего цикла машины, выполняемый конкретными целевыми механизмами (суппорты, сверлильные приспособления, шлифовальные бабки, измерительные головки и т. д. — механизмы рабочих операций; механизмы загрузки, зажима, поворота и т. д.— механизмы холостых операций).
На рис. IV-7 показан технологический процесс обработки колец карданных подшипников 804704 на автоматической линии цеха карданных подшипников 1ГПЗ, планировка которого была приведена на рис. 1-16. Здесь же (см. рис. IV-7) приведен для сравнения технологический процесс обработки тех же колец в поточном неавтоматизированном производстве на том же предприятии 1ГПЗ.
Как и в неавтоматизированном производстве, исходный материал поступает на линию в виде прутков. Однако, если в поточной линии конфигурация кольца получается в результате токарной обработки с низким коэффициентом использования металла, то в автоматической линии прутки рубятся на шайбы, из которых последовательно в штампах формируется кольцо с минимальным объемом последующей механической обработки. Благодаря прогрессивной заготовке токарная обработка сведена к снятию фасок, обтачиванию внутренней галтели и подрезке дна. После токарной обработки производится протягивание паза на донышке кольца, затем следуют термические операции. После термической обработки кольца шлифуются по наружной поверхности последовательно на двух бесцентровошлифовальных станках, затем следует шлифование отверстий одновременно периферией и торцом круга. Механическая обработка завершается шлифованием на плоскошлифовальных станках, после чего следует автоматический контроль и сборка подшипников. Характерной чертой автоматизированного процесса изготовления карданных подшипников является наличие автоматических контрольноблокировочных устройств после всех наиболее ответственных операций обработки. Таким образом, автоматизированное производство карданных подшипников включает рубку заготовок, штамповку, термическую обработку, разнообразные операции механической обработки (токарную, протягивание, шлифование), контроль и сборку. Применение прогрессивных технологиче-
Рис. flV-7. Технологические процессы обработки колец карданных подшипников: а — в поточном производстве; б — на автоматической линии
8
ских процессов обеспечило высокую производительность и качество обработки.
На линии имеется единственное рабочее место в классическом представлении: рабочее место оператора, загружающего прутки в автоматический пресс для рубки шайб. Однако нетрудно видеть, что данное рабочее место не определяет ни характера, ни количественных характеристик (качества и производительности) технологического процесса, который никак не может быть признан однооперационным.
Вариантность технологического процесса. Как было сказано, одно и то же изделие можно получить не только с помощью различных видов обработки, но и в пределах каждого вида обработки можно применить несколько методов.
На рис. IV-8 показано несколько методов обработки цилиндрической поверхности на токарных автоматах и полуавтоматах. Стрелки указывают направление и характер перемещения инструментов и материала (сплошная — рабочий ход, штриховая — холостой). На рис. IV-8, а показана обработка цилиндра с помощью одного резца. При обратном ходе резец может перемещаться либо вдоль образующей цилиндра, оставляя следы на обработанной поверхности, либо предварительно отойдя от детали на некоторую величину, чтобы не повредить ее поверхность. Та же обработка может быть осуществлена с помощью резца при осевом перемещении вращающейся заготовки (рис. IV-8, б), широкого резца (рис. IV-8, в), фасонного тангенциального резца (рис. IV-8, г), пустотелого неподвижного (рис. IV-8, д) или вращающегося зенкера (рис. IV-8, е), нескольких проходных резцов с предварительным врезанием (рис. IV-8, ж), нескольких проходных резцов и резцов для врезания (рис. IV-8, з), резцовой гребенки и фасонного резца (рис. IV-8, и), протяжки (рис. IV-8, к), улиточной протяжки (рис. IV-8, л) или чашечного резца (рис. IV-8, ж). Многие из перечисленных методов могут быть использованы при обработке фасонных тел вращения.
В большинстве случаев обработка осуществляется при наличии двух движений — вращательного и поступательного перемещения резца поперек или вдоль оси детали. При многорезцовой работе резцы кроме поступательных перемещений вдоль оси детали должны иметь движение врезания (рис. IV-8, ж, з).
Рис. IV-8. Варианты обработки цилиндрических поверхностей на автоматах
При обработке способом, показанным на (рис. IV-8, з), проходные резцы имеют движение подвода вхолостую, ибо предварительно выбираются канавки для их ввода. Сущность способа, представленного на рис. IV-8, и, заключается в том, что обработка разделяется между прорезными и фасонными резцами. Первые снимают узкие полоски стружек, широким же резцом срезают оставшиеся полосы металла, в конце хода все поверхности сглаживаются. Обработка по способу, представленному на рис. IV-8, к, сопровождается тангенциальным перемещением инструмента. Этот способ является развитием способа, показанного на рис. IV-8, г. Способ обработки, представленный на рис. IV-8, л, есть не что иное, как развитие способа, показанного на рис. IV-8, /с, — протяжка как бы навернута на цилиндр. В этом случае инструменту сообщается вращательное движение. При обработке чашечным резцом (рис. IV-8, м) происходит качение инструмента по образующей заготовке, т. е. резец имеет как вращательное, так и поступательное перемещения. Обработка методом попутного точения (рис. IV-8, н) происходит при вращении в одну сторону детали и инструментального суппорта, на котором расположены резцы.
Различный характер перемещения заготовки и инструментов приводит к созданию принципиально различных механизмов и машины в целом, т. е. к различной структуре автоматов. Даже при обтачивании одним проходным резцом (рис. IV-8, а, б) имеют место два принципиально отличных автомата: с подвижной и неподвижной передней бабкой.
Разумеется, все указанные виды обработки различаются между собой не только качественно, но и количественно. В каждом отдельном случае требуются различные ходы для инструментов, разные режимы обработки, возникают различные силы, вследствие чего для каждого способа обработки будем иметь конструктивно различные рабочие механизмы и станки с различной производительностью и мощностью. Это положение является исходным при выборе надлежащего технологического процесса, который обусловливает проектирование машины. Однако в каждом случае нужно учитывать
и специфические условия (например, малую прочность деталей), которые иногда предопределяют выбор способа обработки.
На рис. IV-9 показано несколько способов обработки зубьев цилиндрических колес. Эти способы также иллюстрируют вариантность процесса обработки и показывают, что каждый метод обработки приводит к различным конструкциям рабочих машин (станков). Обработка может производиться: методом копирования и методом обкатки с помощью модульной фрезы (рис. IV-9, а), на обычнОхМ фрезерном станке с применением делительной головки; строгальным резцом, имеющим форму впадины между зубьями (рис. IV-9, б), червячной фрезой (рис. IV-9, /), долбяком (рис. IV-9, г), режущей рейкой (рис. IV-9, д), протяжкой (рис. IV-9, е), одновременным долблением всех зубьев колеса резцами, сделанными по профилю впадины зуба и имеющими рабочую подачу в направлении к центру заготовки (рис. IV-9, одновременной обработкой долбяком нескольких заготовок (рис. IV-9, з), сборной протяжкой с единичным делением (рис. IV-9, к), точением косозубым долбяком (рис. IV-9, л). При обработке способом, показанным на рис. IV-9, з, рабочее возвратно-поступательное движение имеет долбяк 1. Заготовки 2 обкатываются вокруг долбяка. Это движение составляется из вращения стола станка (на котором укреплены заготовки) вокруг оси долбяка и поворота заготовки вокруг их собственной оси. В позиции загрузки долбяк имеет вырез, так что рабочий беспрепятственно может заменить нарезанное колесо заготовкой. Точение косозубым долбяком, представленное на рис. IV-9, л, основано на том же принципе, что и шевингование.
§ 2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Движущие силы современной технологии. Важнейшими движущими силами развития современной технологии являются постоянно растущие требования к качеству и количеству выпускаемых изделий. Они вызывают постоянную потребность в совершенствовании технологических процессов, создании новых методов и средств обработки, сборки и контроля. Рост требований к качеству идет прежде всего путем ужесточения требований к точности изделий, чистоте обрабатываемых поверхностей, физико-химическим свойствам (прочность, износоустойчивость, устойчивость против коррозии, высоких температур и т. д.). Он усугубляется тенденциями миниатюризации изделий, а также интенсификацией работы машин: повышением частоты вращения, динамических нагрузок, температуры протекания рабочих процессов, давления газов, грузоподъемности и т. д., что характерно для современного машиностроения и приборостроения. Так, автомобиль ЗИЛ-130 имеет в 3 раза большую грузоподъемность и почти в 2 раза более высокую скорость по сравнению с автомашинами первых марок. Это потребовало увеличения мощности двигателя в 4 раза и чисел оборотов в 1,5 раза при значительном улучшении его технических характеристик (рабочий объем цилиндров увеличен на 30%, степень сжатия — на 60%, в то же время удельный вес двигателя снизился более чем в 2 раза).
Тенденция к миниатюризации изделий наиболее наглядна в приборостроении, а также в производстве товаров широкого потребления (телевизоры, радиоприемники и др.), масса и размеры которых непрерывно снижаются при улучшении или сохранении служебных качеств. При этом миниатюризация изделий приводит к коренной ломке их конструкции, что неизбежно вызывает появление принципиально новых технологических задач.
Одновременно с требованиями качества растут требования к количеству выпускаемых изделий, при этом, с одной стороны, повышается массовость выпуска, с другой — частота сменяемости объектов производства, что обусловлено не только ростом выпуска и требованиями удешевления промышленной продукции, но и запросами индивидуального потребителя (увеличег 108
Рост продукции машиностроения и металлообработки в СССР
Наименование	Выпуск по годам					
	1950	I960	1965	1970	1971	1972
Металлорежущие станки (в тыс. шт.) 		70,6	155,9	186,1	202,3	207,3	210
Кузнечно-прессовые машины (в тыс. шт.) ....	7,7	29,9	34.6	41,3	43,3	43,9
Турбины (в тыс. кВт) . .	2704	9200	14 625	16 191	16 800	14 600
Автомобили (в тыс. шт.)	362,9	523,6	616,3	916,1	1 142,6	1 379
Радиоприемники и радиолы широковещательные (в тыс. шт.) 		1072	4165	5 160	7 815	8 794	8 800
Телевизоры широковещательные (в тыс. шт.) . .	11,9	1726	3 655	6 682	5 814	6 000
Холодильники бытовые (в тыс. шт.) 		1,2	529	1 675	4 140	4 557	5 000
ние потребностей в автомобилях, холодильниках, телевизорах, радиоприемниках и т. д.).
В табл. IV'1 приведены некоторые данные по росту промышленной продукции — как средств производства, так и предметов потребления за период 1950—1972 гг. Как видно, выпуск металлорежущих станков за эти годы возрос более чем в 3 раза, кузнечно-прессовых машин в 8 раз; при этом абсолютный прирост выпуска продукции все время увеличивается. Еще более быстрыми темпами растет выпуск предметов широкого потребления; производство радиоприемников увеличилось в 8 раз, телевизоров и холодильников в сотни раз.
Характерной чертой развития современного производства является и растущее противоречение между качеством и массовостью выпуска продукции. Особенно резко оно проявляется при производстве предметов широкого потребления. С точки зрения массовости выпуска и удешевления продукции здесь требуются отработанные технологические процессы и налаженный стабильный характер производства, с точки зрения удовлетворения потребностей в качестве — непрерывно меняющееся быстросменное производство, постоянное совершенствование и обновление выпускаемой продукции. Таким образом, резкое возрастание массовости выпуска и быстросменяемости изделий связано с неизбежной ломкой прежних методов и масштабов производства. Это также оказывает революционизирующее влияние на развитие технологии, отсюда появление и развитие новых технологических процессов обработки, контроля, сборки и т. д.
Постоянно растущие требования одновременного повышения количества и качества зачастую могут быть реализованы только в условиях массового производства, что в равной степени относится как к промышленной продукции — средствам производства, так и к товарам народного потребления. Невозможно в условиях ручного труда и непосредственного участия человека в технологическом процессе получать, например, сверхчистые полупроводниковые материалы, где недопустимы несколько «чужих» атомов на миллион «своих», изготовлять микросхемы и т. д. В такой же степени невозможно было бы, базируясь на ручном труде, удовлетворять потребности в конфетах, спичках, печатной массовой продукции (газетах, книгах, журналах). Отсюда — неразрывное единство технологии и автоматизации в решении задач технического прогресса. Отправными началами любого технологического процесса являются, с одной стороны, изделие, заключающее в себе материал, требуемую форму, размеры, показатели качества и т. д.; с другой-
методы обработки, методы технологического воздействия на обрабатываемый материал. Сам процесс обработки заключается именно в том, что изделие заданного качества и количества получается из заготовок посредством выбранных технологических методов, как правило, при широкой вариантности того и другого. Следовательно, движущими силами современной технологии являются, с одной стороны, развитие изделий и исходных материалов, с другой — методов воздействия на них.
Направление развития современной технологии. Любой прогрессивный технологический процесс должен дать либо более высокое качество, либо рост количества, либо и то, и другое, иначе он не может считаться прогрессивным. В соответствии с этими отправными началами можно сформулировать три основные направления современной технологии.
1.	Развитие классической технологии, совершенствование отработанных, принятых методов и процессов, которые составляют основной фундамент современной технологии. Эти методы позволяют обрабатывать известные исходные материалы, придавая деталям известные формы.
2.	Обработка старых, типовых деталей новыми, более прогрессивными методами, которые обеспечивают качественный скачок в производительности рабочих машин.
3.	Ломка не только процессов и методов обработки, но и конструкций обрабатываемых деталей, т. е. обработка новых деталей новыми прогрессивными методами.
Первое направление технологии (классическое) складывалось десятилетиями, начиная с эпохи мануфактурного производства. В настоящее время оно выражается в решении возникающих технологических задач путем подбора типового универсального оборудования для обработки известных деталей. Получение требуемого количества деталей обеспечивается лишь за счет количества станков, выполняющих одинаковые операции. Это направление, особенно характерное для мелкосерийного и серийного неавтоматизированного производств с низкой массовостью выпуска, является наиболее изученным. Развитие классической технологии неизбежно привело к типизации технологических процессов и обрабатываемых деталей, к появлению типовых технологических процессов обработки. Накопленный опыт подтверждает вывод, что нецелесообразно каждый раз заново разрабатывать технологические процессы, особенно типовых деталей (корпусные детали, валы, зубчатые колеса, подшипники), для которых в условиях классического арсенала методов обработки (точение, фрезерование, сверление, шлифование и т. д.) постепенно были найдены рациональные маршруты и последовательность обработки.
Первым этапом научного обобщения опыта классической технологии и систематизации технологических процессов является группирование деталей по классам в соответствии с общими конструктивными признаками или служебными свойствами. Это позволяет на основе общности технологических задач выявлять общность технологических процессов и проводить их типизацию. В качестве примера в табл. IV-2 приведена схема распределения деталей по классам, предложенная проф. А. П. Соколовским [29]. Все огромное разнообразие типоразмеров машиностроительных деталей сведено к 14 основным классам. Дальнейшее развитие принципов типизации привело к дифференциации деталей внутри классов по более конкретным признакам, что позволило связать отдельные группы обрабатываемых деталей с конкретными типами металлорежущего оборудования. В табл. IV-3 приведены примеры деталей, обрабатываемых на токарных автоматах. Все указанные детали являются телами вращения и согласно предыдущей схеме относятся в основном к классам 1—3 (валы, втулки, диски). Взаимно анализируя и сопоставляя конкретные параметры деталей (отношение длины к диаметру, наличие или отсутствие отверстий и т. д.) и технологические возможности автоматов различных типов, можно определить, на каком авто-110
Схема распределения деталей по классам
№ по 1 пор.	Наименование класса	Детали, входящие в состав класса	
1	Валы	-1	1- нз—Rato	
2	Втулки		
3	Диски		
		Оо ":=====ж~	j
			
4	Эксцентрические детали		
5	Крестовины		
6	Рычаги		
7	Плиты		
№ по 1 пор.	Наименование класса	Детали, входящие в состав класса	
8	Шпонки		
9	Стойки	В А.	
10	Угольники	Ji	
11	Бабки	J	S=3
12	Зубчатые колеса		
13	Фасонные кулачки		
14	Мелкие крепежные детали		
мате наиболее целесообразно обрабатывать данные детали. Так, длинные и тонкие детали (I d) рационально обрабатывать на одношпиндельных прутковых автоматах фасонно-продольного точения, детали типа фитингов — на многошпиндельных полуавтоматах.
Для деталей сложной конфигурации, которые не могут быть обработаны на одном станке, типизация позволяет разрабатывать типовые технологические процессы, создавать руководящие технологические материалы, облегчающие и ускоряющие проектирование новых технологических процессов по аналогии с известными, апробированными. При этом типизированные технологические процессы обработки классических деталей могут быть разработаны и с учетом массовости их выпуска, в том числе для условия автоматизированного или неавтоматизированного производства. Так, валы электродвигателей средних размеров рекомендуется изготовлять из прутков с припуском до 2 мм на сторону. Первая операция — фрезерование торцов заготовки, затем следует центрирование. Следующие операции рекомендуется производить на многорезцовых станках — черновое и чистовое обтачивание с базированием заготовок по центровым отверстиям. Далее следует накатывание рифлений, шлифование шеек, фрезерование шпоночного паза, запрессовка вала в ротор, обтачивание ротора в сборе и балансировка. Аналогичные типовые технологические маршруты с использованием типового универсального или специального оборудования известны для колец подшипников, втулок, зубчатых колес, некоторых корпусных деталей.
Детали, обрабатываемые на токарных автоматах
Группы автоматов и полуавтоматов
Фасонно-отрезная
Выполняемые работы
Фасонно-продольная
Последовательная, револьверная
Многошпиндельные автоматы
прутковые
магазинные
Много-шпиндельные полуавтоматы
с вращением детали
без вращения детали
Высшей ступенью классической технологии является групповая обработка, с помощью которой можно использовать автоматизированное оборудование в условиях серийного и даже единичного производства [20]. Групповые методы означают унификацию технологических процессов. Для групп однородной продукции (по технологически-конструктивным признакам) устанавливаются однотипные технологические процессы с использованием однородных и быстропереналаживаемых орудий производства. При этом обеспечиваются быстрота подготовки и переналадки производства и его экономичность. Групповые методы обработки позволяют сократить разнообразие применяемых процессов классической технологии и внедрить в условиях мелкосерийного и серийного производств передовые технологические процессы, внедрить высокопроизводительную и легкопереналаживаемую технологическую оснастку, создать предпосылки для механизации и автоматизации серийного производства.
При групповых методах производства приспособления проектируются не индивидуально, а для группы деталей, сходных по способу установки и закрепления. Обработка деталей различной конфигурации с помощью одного группового приспособления обеспечивается наличием у него сменных или регулируемых элементов. При модернизации станков, на которых выполняются групповые технологические процессы, они оснащаются только теми устройствами и приспособлениями, которые необходимы для высокопроизводительной обработки деталей данной группы [20].
Рис. IV-10. Группа однотипных деталей
При построении групповых технологических процессов за основу берется характерная деталь основной группы (реальная или условная), которая называется комплексной. В качестве примера на рис. IV-10 показана группа однотипных деталей, предназначенных для токарной обработки. Комплексная деталь А содержит все геометрические элементы, которые встречаются у конкретных деталей. Так, втулка Б содержит три элемента (/, 10, 13), деталь В —пять элементов и т. д. В табл. IV-4 показана схема обработки конкретных деталей групповым методом. Технологический процесс обработки комплексной детали состоит из девяти элементов (подрезка торца, наружное обтачивание и т. д., вплоть до отрезка готовой детали). Технологический маршрут обработки каждой конкретной детали состоит из различного числа элементов из указанного перечня: от четырех до девяти.
На рис. IV-11 показаны группа разнотипных деталей и групповое приспособление для их закрепления на токарно-револьверном станке. Как видно, детали группы обладают большим разнообразием базовых, прижимных и фиксирующих поверхностей. Однако групповое приспособление позволяет обрабатывать все указанные детали. На рис. IV-11, б показана конструкция этого приспособления, устанавливаемого на планшайбе револьверного станка. Оно состоит из угольника 1, в котором устанавливается сменный вкладыш 3, планшайбы 2 и зажимного устройства, состоящего из прихвата 9 с качающейся прижимной планкой 10. Угольник 1 и неподвижный противовес И крепятся к планшайбе винтами 15. Между угольником и неподвижным противовесом встроен передвижной противовес 4, предназначенный для балансировки патрона. Для настройки патрона в соответствии с обрабатываемой деталью выбирается вкладыш и своим фигурным хвостовиком встраивается в паз угольника 1. Затем заводятся два костыля 13, которые путем затяжки гаек 14 прижимают вкладыш к опорной поверхности угольника. После установки и фиксации детали на вкладыше производится регулировка зажимного устройства в зависимости от высоты детали. Для этого рым-гайку 8 поднимают или опускают по шпильке 6 на величину, обеспечивающую зажим детали. Таким же образом поступают и с гайкой 12. Прихват 9 с помощью
Схема обработки деталей групповым методом
7 3 2 Комплексная деталь	_ _Т1	 д 8 ч 5								1 >6			
Эскизы деталей группы			Переходы								
			Подрезка торца /	Обтачивание поверхности 2	Обтачивание поверхности 3	Сверление отверстия 4	Сверление отверстия 5	Растачивание конуса 6	Обтачивание поверхности 7	Обтачивание фаски 8	Отрезная по поверхности 9
			о	©		е	©	©	©	©	©
-|||||^			е	©	©	©		©	©		
			©	©	©	©	©	©			
				0	©	©					©
			©	О	©				©		©
				©							
											
	|		]										
											
											
штифта 7 соединен с рым-гайкой шарнирно. После наладки патрона производят его балансировку при помощи передвижного противовеса 4. Для этого винтом 5 поднимают или опускают противовес так, чтобы риска на нем совпала с определенным делением шкалы на планшайбе, соответствующим данной детали и маркируемым на вкладыше. Затем противовес стопорится боковым винтом и наладка патрона заканчивается.
При технологической подготовке производства применение групповых методов позволяет использовать быстродействующие электронные вычислительные машины.
Второе направление современной технологии связано с непрерывными поисками новых, прогрессивных технологических процессов и методов, которые позволяют при обработке тех же деталей резко повысить производительность по сравнению с известными, классическими технологическими методами. Составление технологического процесса обработки является творческим, непрерывно развивающимся, прогрессирующим процессом, граничащим с изобретательством. Технологический процесс, являющийся достижением на данном этапе, спустя короткий промежуток вре-
Рис. IVtI 1. Группы разнотипных деталей (а) и групповое приспособление (б)
мени может сказаться устаревшим и должен уступить место более совершенному с точки зрения достижения высокого качества продукции, большей производительности и экономичности процессу, который, в свою очередь, явится промежуточной ступенью прогрессивной технологии.
Второе направление современной технологии реализуется путем применения прогрессивных заготовок; новых методов и схем обработки на базе известных технологических процессов; принципиально новых методов обработки. Общность этих путей состоит в том, что используя технологические процессы с прогрессивными заготовками или новыми методами в качестве основы для проектирования новых рабочих машин и систем машин, мы получаем значительный скачок в производительности машин и качестве обработки тех же деталей.
AQ^ZO a)
H - Припуск, снимаемый на автомате КА 76
О -Припуск, снимаемый на автомате 1261М
6)
Рис. IV-12. Производительность при токарной обработке колец карданных подшипников:
а — по новому технологическому процессу; б — по старому технологическому процессу; в — сечение металла, снимаемого с одного кольца при обоих вариантах обработки
Рассмотрим пути развития прогрессивной технологии на примерах. Заготовки, полученные путем прецизионного литья, холодной штамповки, поперечно-винтовой прокатки и другими прогрессивными методами, имеют высокую точность размеров и дают возможность свести к минимуму механическую обработку, сократить ее длительность и тем самым резко повысить производительность металлорежущего оборудования. В качестве примера можно привести прогрессивные технологические процессы, положенные МСКБ АЛ и СС в основу проекта автоматического цеха карданных подшипников на 1 ГПЗ (гл. конструктор Козьминых Ю. К.). Раньше кольцо карданного подшипника, которое имеет форму колпачка, изготовлялось на поточной линии непосредственно из прутка на многошпиндельных токарных автоматах, затем следовало шлифование колец, контроль и ручная сборка подшипников (см. рис. IV-7, а).
При разработке проекта автоматического цеха предложен принципиально новый технологический процесс изготовления подшипников. Согласно новому технологическому маршруту пруток рубится на шайбы, из которых на специальных прессах выдавливаются стаканчики, максимально близкие по своей форме к кольцу карданного подшипника. В результате при токарной обработке с кольца снимаются минимальные припуски (см. рис. IV-7, б). Если при старом технологическом процессе цикл работы токарного многошпиндельного автомата достигал 40 с и с каждого кольца снималось 170 г металла, то в автоматических линиях цеха карданных подшипников цикл работы сокращается в 10 раз (до 4 с), в течение которых автомат выдает два обработанных кольца. При этом с кольца снимается только 19 г металла, т. е. в 9 раз меньше, чем при старом технологическом процессе. На рис. IV-12 приведены построенные по результатам проведенных исследований балансы производительности токарных многошпиндельных автоматов, работающих по старому (1261) и новому (КА-76) технологическим процессам. Здесь же показано сечение металла, снимаемого с одного кольца при обоих вариантах обработки.
Из сравнения обоих балансов производительности следует, что производительность при токарной обработке возрастает прежде всего благодаря неизмеримо более высокому технологическому потенциалу, т. е. благодаря прогрессивной технологии. Несмотря на то, что все потери значительно возрастают, фактическая производительность увеличивается почти в 12 раз.
Особенно перспективными в получении прогрессивных заготовок являются процессы прокатки и волочения благодаря высокой степени непрерывности и автоматизации, исключительно высокой производительности. Большое количество типов заготовок, близких по форме и размерам к готовым деталям, может быть получено методом поперечно-винтовой прокатки. Одним из первых процессов поперечно-винтовой прокатки был процесс про-116
Рис. IV" 13. Поперечно-винтовая прокатка шаров (а) и крупных винтов (б)
катки крупных шаров, изготовлявшихся ранее на горизонтально-ковочных машинах. Исходным материалом служат нагретые прутки, подаваемые непрерывно под профильные валки (рис. IV-13, а), на поверхности которых сделаны ручьи по винтовой линии. Вращение металла в валках в процессе образования шаров обеспечивает высокую точность получаемых деталей, непрерывность технологического процесса упростила задачу его автоматизации. Замена штамповки и ковки шаров на двух крупнейших подшипниковых заводах позволила повысить производительность в 3—4 раза и сократить расход легированной стали на 10—15%. В настоящее время шаропрокатные станы обеспечивают полную автоматизацию массового производства шаров диаметром 40—125 мм. Весьма перспективными являются и процессы получения поперечно-винтовой прокаткой заготовок для деталей типа втулок, а также крупных винтов (рис. 1V-13, б). Стан холодной прокатки винтов обеспечивает изготовление в смену 500 винтов длиной 200 мм при значительной экономии металла (10—15% веса) по сравнению с обработкой всего профиля на резьбонарезных станках.
Этот процесс используется для производства ступенчатых валов, осей и других тел вращения. В 1964 г. работа по созданию и освоению гаммы трехвалковых станков для поперечно-винтовой прокатки периодических профилей (руководитель — академик А. И. Целиков) была удостоена Ленинской премии. В последние годы были освоены процессы прокатки зубчатых колес, ребристых труб, трубных заготовок для колец подшипников и т. д.
Применение новых методов обработки на базе известных технологических процессов является одним из главных технологических путей повышения производительности машин.
Одной из важнейших задач при обработке крупногабаритных заготовок из труднообрабатываемых материалов (никеля, титана, специальных сталей и сплавов) является удаление верхнего дефектного слоя, глубина которого составляет до 6 мм. Использование обычных слиткообдирочных станков нерационально из-за низких режимов обработки. Производительность значительно повышается, если вместо обдирки резцами применять принципиально новый метод обработки цилиндрических заготовок —отслаивание с помощью вращающихся роликов, которые перемещаются вдоль оси (рис. IV-14). Экспериментальный станок МА 1809, разработанный А4осковским особым конструкторским бюро металлорежущих станков и ЭНИМСом и изготовленный Коломенским заводом тяжелого станкостроения, позволяет обрабатывать заготовки диаметром до 280 мм и по производительности заменяют 5—6 слиткообдирочных станков.
Как правило, применение новых методов обработки известных деталей взамен принятых связано с новыми схемами резания, конструкций инструмента и самих станков, что позволяет значительно интенсифицировать обработку и повысить производительность.
Рис. IV-15. Технологический процесс изготовления цапф из прутка шлифованием
В качестве другого примера на рис. IV-15, .6 показан технологический процесс изготовления цапф из калиброванного прутка диаметром 18 мм фасонно-отрезным шлифованием взамен обычной фасонно-продольной обработки. Цапфа (рис. IV-15, а) изготовляется методом радиальной подачи профильного шлифовального круга со скоростью резания до 60 м/с. Инструмент и заготовка находятся в исходном положении 1. Кругу сообщается быстрый подвод (2) со скоростью 50 мм/мин. В момент касания круга с деталью происходят переключение на черновую подачу (3) s = 25 мм/мин и обработка торца. В момент касания круга боковой образующей включается первая чистовая подача (4) s = 5 мм/мин. Окончательная обработка (5) происходит при подаче s = 0,08 мм/об. Общее время обработки одной цапфы tp — = 0,55 мин при точности ±4 мкм, что значительно превышает соответствующие характеристики токарной обработки тех же деталей.
Профильное шлифование может быть применено и при обработке более сложных деталей непосредственно из штамповок (рис. IV-16, а). Раньше вал обрабатывался одновременно десятью резцами, укрепленными в державках 1 и 2 (рис. IV-16, б). Заготовка 3 устанавливалась в центрах и приводилась во вращение с помощью поводка 4, Державке 2 сообщалось перемещение, перпендикулярное к оси шпинделя. Державка 1 имеет движение врезания и осевое перемещение.
Применение принципиально новых методов обработки зачастую связано с заменой резания различными методами обработки без снятия стружки. 118
Так, при изготовлении деталей сравнительно простой конфигурации, требующихся в огромных количествах, можно применять холодновысадочные автоматы, производительность которых более чем в 10 раз превышает производительность металлорежущих автоматов, причем отход металла резко сокращается.
Тенденцией современной технологии является применение новых методов, основанных на использовании достижений физики и химии, для выполнения известных технологических воздействий (отрезка, разрезка, обработка отверстий и т. д.) взамен традиционных методов фрезерования, сверления и других способов механической обработки. Сюда относятся в первую очередь электроэрозионная, анодно-механическая, ультразвуковая и другие подобные методы обработки деталей сложной формы, особенно из труднообрабатываемых и закаленных материалов.
Электроэрозионная обработка основана на явлении электрической эрозии (разрушения). Импульсы тока в течение длительного времени повторяются и снимают некоторый объем металла, благодаря чему электрод-инструмент углубляется в обрабатываемую деталь, образуя отверстие. Для осуществления электроэрозионной обработки металлов необходим источник импульсов электрического тока, который при помощи электрода-инструмента подводится к обрабатываемой детали. В качестве примера на рис. IV-17 приведена схема электроэрозионной обработки плоских деталей проволочным электродом, с помощью которого можно разрезать и отрезать детали, прорезать разнообразные фасонные щели и т. д.
Электродная проволока 4 наматывается на барабан 9, приводимый во вращение электродвигателем 12 через редуктор 13. При этом проволока сматывается с барабана 2, находящегося на врлу тормозного электродвигателя /, создающего некоторый крутящий момент в сторону, противоположную движению проволоки для ее натяжения. Проволока направляется скобой 5 и промежуточными роликами 3 и 8. Обрабатываемая деталь 7 крепится к горизонтально расположенной скобе 6, являющейся столом станка. Скоба 5 может перемещаться в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях при помощи салазок 10 и 15. Для их перемещения служат двигатели подачи 11 и 14, действующие по заданной тем или иным способом программе.
Третье направление современной технологии, которое также можно охарактеризовать как прогрессивное, связано с разработкой новых типов деталей, требующих и новых технологических процессов обработки. Это направление связано с революционными изменениями не только в технологии, но и в конструкции. Необходимость подобных революционных преобразований вызывается появлением новых объектов обработки, которые не могут быть получены качественно и количественно с помощью имеющегося в наличии арсенала технологических средств и методов.
Особенно характерными являются такие процессы для современного приборостроения, в первую очередь для радиоэлектронной аппаратуры. Долгое время вся аппаратура —от простейших радиоприемников до электронных вычислительных машин —базировалась на электровакуумных приборах (приемно-усилительных лампах). Технология производства этих приборов строилась на известных, апробированных машинных процессах получения металлических и стеклянных деталей и их сборке вручную с помощью специальных приспособлений. Что касается технологии сборки самой радиоэлектронной аппаратуры —монтажа и соединения приемноусилительных ламп, конденсаторов, сопротивлений и иных радиоэлементов, то здесь полностью господствовал ручной труд, основой которого являлся паяльник. Такая технология не могла обеспечить высокой надежности аппаратуры и не могла быть автоматизирована, так, например, сборка электронно-вычислительной машины требовала нескольких миллионов точек пайки. Проблемы автоматизации сборки радиоэлектронной аппаратуры, резкого уменьшения ее размеров и массы, повышения надежности и другие не могли быть решены в рамках традиционной классической технологии, основанной на объемном монтаже и пайке. Появление новых типов приборов — полупроводниковых диодов и триодов и далее интегральных схем потребовало разработки принципиально новых технологических процессов: фотолитографии, термической диффузии, химико-динамической полировки и т. д. Замена объемного монтажа плоскими печатными схемами открыла широкие возможности автоматизации сборки аппаратуры на базе совершенно новых технологических процессов: нанесения рисунка, пробивки отверстий и т. д.
Печатный монтаж в сочетании с микроминиатюрными приемно-усилительными лампами, полупроводниковыми диодами и транзисторами, конденсаторами, сопротивлениями, переключателями и другими деталями резко упростили технологию сборки аппаратуры. Однако постоянно растущие требования к миниатюризации приборов и их надежности в работе требуют дальнейшего развития как конструкции приборов и аппаратуры, так и технологии их изготовления и сборки.
Полупроводниковый кристалл способен заменить не одну лампу, а целый ламповый блок со множеством различных деталей, стать основой для аппаратуры принципиально нового типа, где функции электронных приборов выполняют небольшие группы различных молекул. Это направление привело к созданию так называемых «твердых схем» (интегральных), которые не могут быть получены не только методами классической технологии, но и тем 120
Рис. IV-18. Схема электронно - оптической системы
технологическим арсеналом, который обеспечивает получе-ние полупроводниковых приборов. Отсюда появление новых методов, которые дают возможность получить в небольшрм кристалле десятки переходов, выполняющих роль диодов, транзисторов, конденсаторов. Это операции напыления, электроннолучевой, ионнолучевой, лазерной обработки. Теми же методами, изменяя проводимость материала, создаются сопротивления —самые распространенные элементы радиоэлектронных схем. Многие сопротивления «собственным телом» соединяют другие детали, образуя сложные электрические цепи. Твердые схемы стирают грани между 'радиодеталями и радиоэлектронной аппаратурой, позволяют посредством единого технологического процесса создавать радиоэлектронные схемы прямо из первичных материалов. Подобные возможности открывают еще одно направление современной электронной техники —технологию тонких пленок. Тонкопленочные схемы создаются на изоляционной подложке (стекло, керамика и т. д.) путем последовательного напыления на нее нескольких слоев «рисунка» опреде
ленной формы. Например, для изготовления конденсатора необходимо последовательно напылить три слоя: металл, изолятор, металл. Сопротивлениями являются напыленные пленки из материала с низкой проводимостью, соединительными элементами —полоски алюминия, серебра, золота.
Одним из наиболее типовых новых процессов, рожденных потребностями обработки новых деталей в радиоэлектронике и других отраслях, является электроннолучевая обработка. Электроннолучевой способ обработки металлов основан на использовании кинетической энергии электронов, излучаемых катодом при высоком вакууме. Электроны ускоряются в электрическом поле, фокусируются и направляются на обрабатываемый материал. Формирование электронного пучка и необходимой для обработки плотности энергии (Вт/см2) происходит в электронно-оптической системе (ЭОС). Принципиальная схема ЭОС, применяемой для размерной обработки электронным лучом, представлена на рис. IV-18. Катод /, фокусирующий электрод 2 и анод 3 составляют электронную пушку, в которой происходит начальное формирование и ускорение электронного потока. Эмиссия электронов происходит с катода, изготовленного из вольфрамовой или танталовой проволоки диаметром 0,15—0,2 мм. Температура накала катода 2400 — 2800 К. В промежутке катод—анод происходит фокусировка и ускорение электронов. Для точного направления электронного пучка по оси фокусирующей линзы служит система электромагнитной юстировки 4, расположенная под анодом. Для врезания краевых электронов пучка, а следовательно, уменьшения апертурного угла и защиты от нагрева и облучения электронами рассеяния частей ЭОС применяют вольфрамовую диаграмму 5, расположенную под системой юстировки. Вследствие того, что торец катода сошли-фован (для увеличения температуры рабочей части катода), сечение электронного пучка является эллиптическим. Для получения круглого сечения из эллиптического применяют электромагнитный стагматор 6. Далее электронный пучок попадает в фокусирующую систему 7, за которой электроны движутся сходящимся пучком. На выходе электронного пучка из ЭОС стоит отклоняющая система 8, управляющая отклонением луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Обработка электронным лучом осуществляется на электроннолучевых установках. По назначению и по требованиям, которые предъявляются к ЭОС, диаметру электронного луча и мощности питающего устройства, электроннолучевые установки могут быть условно разделены на следующие группы: для плавки и вакуумной или зонной очистки материалов; для сварки, пайки, легирования и испарения; для размерной обработки материалов
Рис. IV-19. Схема электронно-лучевой зонной очистки материала:
а — принципиальная схема; 1 — кольцевой катод; 2 — фокусирующий электрод; 3 — рафинируемый металл; б — схема установки; 1 — рабочая камера; 2 — фиксаторы; 3 — обрабатываемый пруток; 4 — ходовой винт; 5 — катодный узел; 6 — источник питания катода; 7 — привод катодного узла; 8 — источник высокого напряжения
Рис. IV-20. Установка для электроннолучевой размерной обработки
(прошивки малых отверстий, щелей, разрезки, фрезерования); для осуществления процессов, не связанных с чисто термическим эффектом взаимодействия электронов с материалом.
Зонная плавка металлов электронным лучом чаще всего осуществляется кольцевым катодом, перемещающимся вдоль прутка. Примеси вместе с жидкой фазой отгоняются к концам прутка, которые после обработки отрезают. При очистке происходит изменение кристаллической структуры металла, вследствие чего увеличивается его пластичность, что существенно влияет на обрабатываемость металла. Типовая схема установки зонной очистки приведена на рис. IV-19.
Электроннолучевая сварка имеет значительные преимущества перед газовой и дуговой сваркой: более высокая химическая чистота в месте сварки, возможность сваривания химически активных металлов, небольшие деформации в месте сварки, что позволяет сваривать металл малых толщин (0,1 — 0,2 мм), а также высокая скорость управления электронным лучом.
Схема установки для размерной обработки электронным лучом показана на рис. IV-20. Ускоряющее напряжение достигает 100 кВ, ток луча I = 15 А. Мощная откачка системы обеспечивает высокий вакуум как в рабочей камере 6, так и в электронной пушке 1. Дефокусировка электронов компенсируется двумя электромагнитными линзами: конденсаторной 3 и формирующей 5. Отклоняющая система 4 —электростатическая и используется только для регулирования, а прецизионный стол 8 с приводом 9 осуществляет рабочее перемещение детали 10. Винтами 2 осуществляется механическая юстировка частей ЭОС. Рабочая камера 6 имеет окно 7 кля установки детали. Применение электроннолучевой размерной обработки позволяет решать технологические задачи, которые прежде не могли быть решены известными методами, например, прошивка отверстий диаметром до 3—5 мкм, прорезка тонких пазов, снятие поверхностных слоев в несколько микрометров и т. д.
Таким образом, появление новых конструкций деталей неизбежно приводит к появлению новых технологических процессов и методов, которые позволяют решать не только известные технологические задачи на более высоком уровне, но и такие, которые прежде не могли быть решены.
Взаимосвязь технологии и автоматизации. Каждому направлению современной технологии соответствуют свои формы автоматизации производственных процессов.
Наиболее автоматизированы в настоящее время классические технологические процессы прежде всего в условиях массового производства, где широко применяются автоматы и автоматические линии всех известных типов (универсальные и специальные автоматы и полуавтоматы, агрегатные станки, станки-комбайны, автоматические линии из агрегатного, универсального и специального оборудования). Более сложной является задача автоматизации технологических процессов серийного производства. В условиях индивидуально разрабатываемых, нетипизированных технологических процессов она выражается в автоматизации универсальных станков, работающих с одним быстросменным инструментом, а в последние годы —в применении станков с программным управлением. Типизация технологических процессов, применение групповой технологии и групповых наладок позволяет использовать в серийном производстве методы автоматизации и оборудование, характерные для массового производства: универсальные и специализированные автоматы и полуавтоматы, переналаживаемые агрегатные станки, агрегатные станки обратимой конструкции, переналаживаемые автоматические линии и т. д.
Большие возможности заложены в автоматизации процессов прогрессивной технологии, особенно в технологических процессах, связанных с прогрессивными заготовками. Здесь уменьшение припусков на обработку и объема 'снимаемой стружки позволяет резко сократить трудоемкость обработки и длительность протекания технологических процессов, а следовательно, упростить конструкцию автоматов и автоматических линий в условиях и массового, и серийного производств. Широко используются автоматы и полуавтоматы для осуществления новых прогрессивных технологических методов: полуавтоматы для зуботочения и попутного точения, электроэро-зионные и ультразвуковые станки, электроннолучевые установки; автоматы напыления, автоматические линии для сварки труб из ленты, станы поперечно-винтовой прокатки и т. д.
Следует подчеркнуть, что во многих случаях внедрение прогрессивных технологических процессов, связанных либо с резким ростом интенсификации работы машин, либо с микрообработкой и другими процессами получения высокого качества, возможно только в условиях автоматизированного производства. Например, токарные автоматы КА-76 в цехе карданных подшипников, работающие по прогрессивному технологическому процессу (см. рис. IV-7), имеют длительность рабочего цикла 4 с, в течение которых выдаются два кольца. Длительность стоянки шпиндельного блока после фиксации, в течение которой должны быть сняты две готовые детали и установлены новые заготовки, составляет лишь 2,4 с. Очевидно, в условиях такой интенсификации ручная загрузка и выгрузка, а также межстаночная транспортировка, контроль и т. д. практически исключены. Разработанный МСКБ АЛ и СС прогрессивный технологический процесс мог быть осуществлен только на автоматической линии. При электроннолучевой обработке пазов и щелей в плоских деталях заданные точности и чистота поверхности могут быть обеспечены лишь при условиях соблюдения режимов обработки (в первую очередь равномерности подачи электронного луча по контуру) в очень жестких пределах. Соблюдение этого условия при сложной траектории взаимных перемещений луча и детали не может быть обеспечено при ручной подаче или ручном управлении механизмами подачи. Таким образом, оборудование для электроннолучевой обработки может быть эффективным только при полной автоматизации процесса с применением программного управления. .
Новые прогрессивные технологические процессы постепенно улучшаются и отрабатываются, завоевывают себе рациональную область применения, вытесняя старые, морально устаревшие процессы и методы и тем самым пополняя арсенал классической технологии. Поэтому любые новые технологические процессы, даже самые революционные для своего времени, в конце 123
концов оказываются морально устаревшими, не отвечающими постоянно растущим требованиям качества и количества, и поэтому уступают место новым процессам, более производительным и экономичным.
§ 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Технологическая производительность при одноинструментной обработке. Важнейшей характеристикой прогрессивности любого технологического процесса обработки, сборки и контроля изделия является технологическая производительность К, которая зависит от длительности протекания технологического процесса —длительности обработки /р.
Простейшим вариантом любого технологического процесса является обработка детали в одной позиции при последовательном выполнении всех операций обработки. В этом случае легко может быть определена итоговая, суммарная длительность протекания технологического процесса f °, которая зависит, с одной стороны, от характера детали, ее сложности и т. д., с другой — прогрессивности выбранных методов и режимов обработки. Таким образом, технологическая производительность /Сб является характеристикой прогрессивности технологического процесса обработки данной детали, безотносительного к структуре машины. В качестве примера на рис. IV-21 показан чертеж ступенчатого вала. Технологический маршрут обработки складывается из фрезерования торцов, их зацентровки, черновой и чистовой токарной обработки всех ступеней, обработки фасок и канавок. Общее время обработки будет равно суммарной длительности всех операций. Время каждой операции определяется, с одной стороны, объемом обработки (длина I и диаметр d обрабатываемой поверхности, ширина обработки и т. д.), с другой — выбранным методом обработки и его режимами —-скоростью резания v и подачей s и может быть, например, для обтачивания подсчитано по формуле
1 Ttip эт dl Р ““	IOOO^s *
где ир —число оборотов шпинделя на выполнение данной операции;
пш —частота вращения шпинделя в об/мин.
Так, например, время черновой обработки шейки В диаметром d — ™ 76,2 мм, согласно рис. IV-21
, 7tdl 3,14.76,2-190	, ,
Ч- “ 1000ZAS “ 1000-16b0,2	’ М™‘
Аналогичным образом можно рассчитать длительность и остальных операций, в результате получим /Ро = 618 с. Таким образом, суммарная длительность обработки вала при выбранном технологическом процессе и отсутствии совмещения операций составляет 618 с. Технологическая произ-
Рис. IV-21. Вал
водительность Д'о = является количественной характеристикой про-Ро
грессивности выбранного технологического процесса. Любой возможный вариант технологического процесса будет характеризоваться своим значением /%, большим или меньшим. Сравнивая между собой значения различных вариантов процесса, можно оценить прогрессивность возможных технологических решений, перспективность применения различных технологических процессов при обработке данных деталей. Величина Ко характеризует собой возможности данного технологического процесса в его простейшем варианте —без совмещения операций. Такой вариант характерен для автоматизированных или неавтоматизированных универсальных одноинстру-ментных станков. Так, например, вал, показанный на рис. IV-21, может быть полностью обработан (кроме фрезерования торцов) на универсальном токарном станке, где все операции обработки будут выполняться последовательно, в любой момент обработки в действии будет находиться лишь один инструмент. Суммарное время изготовления вала будет складываться из времени обработки tPo = 618 с, вспомогательного времени на закрепление детали, подвод и отвод инструментов, замену их и т. д., а также подготовительнозаключительного времени. Согласно данным ЭНИМСа, время обработки на токарных станках составляет не более 26% фонда времени. Следовательно, для вала, показанного на рис. IV-21, длительность рабочего цикла Т == = “-Q-fg^gQ- = 39,8 мин, а производительность Q = 0,025 шт./мин = 1,5 шт./ч.
Принцип совмещения операций. Важнейшей особенностью технологии автоматизированного производства является дифференциация технологического процесса и концентрация операций —одновременное выполнение многими инструментами в одной или нескольких рабочих позициях многих операций.
Не следует смешивать концентрацию операций с концентрацией технологических возможностей. Концентрация технологических возможностей определяет возможный круг операций, который может быть выполнен на данном оборудовании. Так, горизонтально-расточные станки обладают высокой концентрацией технологических возможностей, так как на них могут производиться, кроме растачивания, торцевания, фрезерования, сверления, обтачивания, нарезания резьбы и т. д. Однако при выполнении каждой из этих операций одновременно может работать только один инструмент, т. е. концентрация операций отсутствует. Концентрация операций определяется количеством одновременно выполняемых операций в данной машине или автоматической линии, т. е. их совмещением во времени.
При использовании метода совмещения операций технологическая производительность
K = KQUpqx,	(IV-1)
где К —технологическая производительность процесса при использовании метода совмещения операций;
U —количество инструментов, работающих в одной позиции одновременно;
р —число параллельных позиций обработки данной детали;
q —число последовательных позиций обработки;
х —коэффициент интенсификации режимов обработки.
Отсюда важнейшие технологические методы повышения производительности машин: а) многоинструментная обработка в одной позиции (t/ > 1) — первая ступень концентрации обработки; б) многопозиционная обработка, дифференциальная и концентрация операций во многих позициях (р > 1, q > 1) —вторая ступень концентрации обработки; в) интенсификация режимов обработки (х > 1) путем увеличения скоростей, подач, температурных режимов и т. ц
Общий коэффициент интенсификации технологического процесса по сравнению с однопозиционной обработкой при исходных режимах X — pqx.
Рассмотрим подробнее первый метод —многоинструментную обработку. В формуле (IV-1) коэффициент U характеризует степень вооруженности одной рабочей позиции —коэффициент многоинструментальности. Величина /Со представляет собой технологическую производительность машины при последовательной обработке детали в одной позиции, однако с максимально возможным совмещением операций между собой в одной позиции:
л = _L =	(IV-2)
*Ро
Здесь ZPo представляет уже не полное суммарное время выполнения всех операций, а суммарную длительность цепочки несовмещенных операций; вреМя остальных, совмещенных операций не учитывается. Например, при обработке вала (см. рис. IV-21) можно одновременно выполнять фрезерование обоих торцов, зацентровку вала с обеих сторон; обтачивание ступеней, прорезку всех канавок и снятие всех фасок. Таким образом, при максимальном использовании метода многоинструментной обработки суммарное время обработки вала ZPo будет состоять из времени фрезерования одного торца, зацентровки торца, черновой и чистовой обработки ступеней, обработки одной канавки и составит, согласно табл. IV-5, уже не 618 с = 10,3 мин, а 400 с = 6,7 мин. Таким образом, применение метода многоинструментной обработки данной детали позволяет повысить технологический потенциал производительности в 1,54 раза.
Развитием метода многоинструментной обработки является также применение комбинированного и фасонного инструмента — фасонных резцов, комбинированных зенкеров, разверток, резцовых головок и т. д. На рис. IV-22 показан пример токарной обработки фасонными резцами. Два дисковых резца заменяют несколько проходных, фасочных и отрезной резцы, сводя всю обработку только к двум рабочим операциям, совмещенным между собой. Применение фасонных и комбинированных инструментов уменьшает количество рабочих операций, что ведет к уменьшению Z. Методом многоинструментной обработки в ряде случаев удается уменьшить величину рабочего хода инструментов путем дробления всего участка на несколько частей и обработки каждой части отдельным инструментом. Величина хода /
инструмента зависит от длины обработки и может рассматриваться как величина переменная, хотя очевидно, что для даннЪй детали она остается постоянной. Для этого необходимо иметь возможность дробить длину обработки на q частей путем установки q резцов вместо одного.
Ясно, что для одновременной работы всех резцов необходимо сообщить суппорту дополнительное рабочее движение врезания, после чего возможно продольное точение длины Иq вместо длины Z. Принцип такого дробления в металлообработке известен под названием многорезцовой работы и положен в основу создания многорезцовых полуавтоматов, которые обеспечивают многократное повышение производительности по сравнению с обычными станками. Многорезцовая работа осуществляется
—не только путем дробления длины хода, но и сов-Г_________ I мещением работы отдельных инструментов на раз-
_____	” | личных деталях. В результате установки боль-шого числа инструментов можно, вводной рабочей
1 1___	ZjtrT позиции одновременно производить десятки раз-
[	। * личных операций, например, обтачивание, раста-
-	'ТП "гт I чивание, подрезку, фасонное обтачивание и т. д.
I II 1.1.1 ’ Таким образом, принцип многорезцовой работы ж	является частным случаем принципа совмещения
Рис. IV-22. Пример обработки	»
фасонными резцами	ОПерЗЦИИ.
Стремление применить многорезцовую обработку зачастую приводит к чрезмерному увеличению числа суппортов на станке с несоразмерно большим количеством одновременно работающих инструментов. Конструкторы в этих случаях иногда ограничиваются геометрическим решением задачи, находя возможности для размещения суппортов, механизмов их привода и резцовых державок. Но при этом не учитывается, что большое количество инструментов на рабочей позиции, перегружая рабочее место, затрудняет сход стружки, ухудшает охлаждение инструмента, увеличивает силы, действующие на деталь, и т. д. Все это обнаруживается уже в процессе эксплуатации станка, и нередко приходится сокращать число одновременно работающих инструментов.
Таким образом, первый этап концентрации операций — многоинструментная обработка — во многих случаях имеет ограниченные возможности повышения производительности. Дальнейшее повышение производительности рабочих машин может быть обеспечено многопозиционной обработкой и интенсификацией режимов обработки.
§ 4. ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И КОНЦЕНТРАЦИЯ ОПЕРАЦИЙ
Дифференциация технологического процесса. Как говорилось выше, технологический процесс состоит из отдельных элементов — операций, выполняемых целевыми механизмами рабочих и холостых ходов. Дифференциация технологического процесса заключается именно в том, что процесс расчленяется на операции, выполняемые на различных рабочих позициях машины или линии, через которые последовательно проходит обрабатываемая деталь, пока не получит полного объема технологического воздействия.
При дифференциации любой технологический процесс расчленяется прежде всего на составные операции, поэтому объем обработки, выполняемый каждым конкретным механизмом, может быть различным. Составная рабочая операция — это часть технологического процесса, которая может быть выполнена одним целевым механизмом и одним инструментом в соответствии с требованиями качества. Например, для детали, показанной на рис. IV-23 (пробка, изготовляемая из прутка), составными операциями будут обтачивание, прорезка канавки, снятие фасок, сверление, нарезание резьбы, накатка, отрезка и прорезка шлица. Количество составных операций и определяет технологический комплект инструментов, а также количество рабочих механизмов, которые должны быть в наличии для осуществления данного процесса обработки.
Абстрагируясь от конкретных деталей, заданный объем обработки можем символически представить в виде квадрата, который следует дифференцировать на составные элементы (рис. IV-24). Теоретически весь объем работы можем делить на любое число частей (V4, Vs, Vie и т. Д-), каждая из которых будет выполняться на отдельных рабочих позициях, например, на однопозиционных операционных машинах. Следует отметить при этом, что для конкретных деталей далеко не всегда имеется возможность дифференцировать технологический процесс на любое число равновеликих операций, однако к этому следует стремиться.
Если процесс дифференциации ограничить делением на составные операции, то для осуществления всего процесса будут необходимы технологически минимальный комплект инструмента и система последовательно расположенных однопозиционных машин, число которых будет равно числу составных операций. Если процесс дифференциации объема обработки продолжить дальше, разделяя составные операции на более элементарные части, то процесс обработки даже в пределех одной операции становится дискретным, требуя одновременно дополнительного количества одноименных
030
Рис. IV-23. Пробка
Рис. IV-24. Схема дифференциации технологического процесса на элементы
инструментов, которые выполняют уже не составную операцию, а только часть ее—с неизбежными перерывами в обработке одной детали. Так, если выполняется операция сверления отверстия на всю глубину или обработка одним резцом на всю длину согласно чертежу детали, то это означает выполнение составной операции одним инструментом. Если дробить путь инструмента на более элементарные части (несколько элементарных однородных операций), то потребуется не один инструмент, а несколько однотипных. При этом комплект инструмента возрастает по сравнению с технологически необходимым. К такому дроблению прибегают, чтобы сделать все операции во времени равновеликими и соизмеримыми.
Анализируя, согласно чертежу, заданный объем работы в соответствии с выбранными методами обработки, можно определить последовательность и количество составных операций. Зная требуемый комплект инструмента и целевые механизмы, которые должны нести эти инструменты, можно установить длительность выполнения каждой составной операции и технологическую производительность Ко.
Если объем обработки не дифференцировать, а все составные операции сосредоточить в однопозиционной многоинструментной машине, то такая машина должна иметь один минимальный технологический комплект инструментов и рабочих органов, несущих эти инструменты. Если это машина-автомат, то она, кроме того, должна иметь все механизмы для выполнения холостых операций. Процесс обработки в однопозиционной машине может быть иллюстрирован циклограммой (рис. IV-25, а), которая показывает, что последовательное чередование действий каждого механизма происходит через строго определенные промежутки времени, равные периоду рабочего цикла Гц. Следовательно, нулевым положением рабочего цикла можно считать начало и конец хода любого механизма. Так, на циклограмме в качестве нулевого положения принято окончание обработки и начало зажима заготовки. Следующие циклы повторяются в той же последовательности; интервал времени между повторением одноименных действий равен периоду рабочего цикла. Циклограмма показывает, что даже в том случае, когда весь объем обработки выполняется в однопозиционной машине (рис. IV-26, а). отдельные составные операции могут частично или полностью совмещаться во времени (первая ступень концентрации). Однако степень такого совмеще* ния обычно невелика и ограничивается как технологическими (нельзя одновременно сверлить отверстия и нарезать в нем резьбу), так и конструктивными факторами (прочность и жесткость заготовок, занятость рабочей зоны и т. д.).
Последовательное выполнение дифференцированного технологического процесса — составных или раздробленных операций на группе операционных станков (рис. IV-26, б) — обеспечивает полный объем обработки за время, равное времени одной операции, выполняемой каждой машиной. При этом в обработке одновременно находится число изделий, равное числу операций, т. е. числу операционных станков, и готовые изделия выдаются 128
Механизмы			Механизмы	
	1 1. 1 1 . 1- 1 1	1 1 1 1 1 1	1 1	1 f. 1 .. 1 J J		w	J 1 1 1_ 1 1 1 1 J J 1 1 -
додачи			Подачи	
Зажима	—1 I—1	г—		Зажима	—1	(	1
Суппорт /			Суппорт /	
Суппорт И				 		г~таимдивигч			Суппорт И	
Суппорт ///			пикеягп			Суппорт ///			 	I вйзвяйя |	
Суппорт /Й								Суппорт IK	
			Поворота	г—
a)	.... л"'	6)
Рис. IV-25. Циклограммы однопозиционной машины, выполняющей весь технологический процесс (а), и однопозиционной машины с дифференциацией процесса (б)
через промежуток времени, равный рабочему циклу однопозиционной машины. Дифференцируя общий объем обработки в различной степени, т. е. варьируя число последовательных позиций обработки q, получим различную длительность обработки на одной позиции tp, а следовательно, различную технологическую производительность Л. Если возможно дифференцировать весь объем обработки на равные части, то
= K = Koq.	(IV-3)
ч
Реальные технологические процессы механической обработки, как правило, трудно равномерно дифференцировать на составные или более мелкие операции. Кроме того, технологически не всегда возможно расчленить технологический процесс на любое число частей q, обычно существует минимальное и максимальное число q. Тем не менее дифференциация позволяет иметь множество вариантов построения технологического процесса при одних и тех же методах и маршрутах обработки. Это можно иллюстрировать на примере обработки вала, показанного на рис. IV-21. Как было вычислено, при использовании возможностей совмещения операций в одной позиции длительность цепочки последовательных несовмещенных операций /Ро = — 6,7 мин = 400 с. Весь объем можно дифференцировать на 2, 3, 4 и т. д. части и выполнять на q = 2, 3, 4 и т. д. операционных станках одновременно.
В качестве примера в табл. IV-5 приведены данные по расчету длительности обработки вала при дифференциации обработки на q = 2, 4, 6, 8 позиций. Так, если дифференцировать весь объем обработки на q — 6 рабочих позиций, последовательность обработки вала будет следующей. На позиции 1 будет производиться фрезерование торцов и их зацентровка; на позиции 2 — черновое обтачивание шеек А и В; на позиции 3 — черновое обтачивание шеек В, Г и Д\ на позиции 4 — числовое обтачивание шеек В, Г и Д\ на позиции 5— чистовое обтачивание шеек А и В; на позиции 6 — протачивание всех канавок и снятие фасок (рис. IV-27).
Так как требования качества (точности и класса чистоты поверхности) не допускают дробления составных операций (т. е. разделения обтачивания одной шейки на две позиции), а продолжительность всех операций различна, то дифференциация технологического процесса на q частей не позволит уменьшить время обработки в q раз. Например, равномерная дифференциа-
Рис. IV-26. Схемы рабочих машин:
а — однопозиционный; б — группы одно-позиционных машин с дифференцированным технологическим процессом; в — машины с дифференцированным и концентрированным процессом
5 Г. А. Шаумян
129
Таблица IV-5
Таблица подсчета времени обработки при разбивке всего объема обработки по позициям
Варианты дифференциаций технологического процесса	Число позиций q	ч q	Номер позиции	Наименование операций	в с	ZP в с	%
I	1	400	1	Вся обработка	400	400	1,0
II	2	200	1	Фрезерование торцов и их центровка	44	356	1,12
			2	Черновое и чистовое обтачивание всех	356		
				шеек			
			1	Фрезерование торцов и их центровка	11		
III	4	100	2	Черновое обтачивание всех шеек . .	122	150	3,7
			3	Чистовое обтачивание всех шеек	150		
			4	Прорезка канавок	84		
			1	Фрезерование торцов и их центровка	44		
			2	Черновое обтачивание шеек А и Б	36		
IV	6	67	3	Черновое обтачивание шеек В, Г и Д	86	106	4,0
			4	Чистовое обтачивание шеек В, Г и Д	106		
			5	Чистовое обтачивание шеек А и Б	46		
			6	Прорезка канавок 		84		
			1	Фрезерование торцов и их центровка	44		
			2	Черновое обтачивание шеек А и Б	36		
			3	Черновое обтачивание шейки В . . .	59		
V	8	50	4	Черновое обтачивание шейки Г и Д	37	84	4,8
			5	Чистовое обтачивание шеек А и Б	44		
			6	Чистовое обтачивание шейки В	72		
			7	Чистовое обтачивание шеек Г и Д	34		
			8	Прорезка канавок	84		
ция технологического процесса на q — 6 позиций позволила бы сократить длительность обработки на одной позиции до
L =	= —- = 67 с.
р q 6
Однако так как операция чистового обтачивания шеек В, Г и Д может быть выполнена только в одной позиции, в этом случае длительность рабочего хгода будет не 67, а 106 с. Таким образом, длительность рабочего хода
Рис. IV-27, Дифференцированный технологический процесс обработки ступенчатого вала
по сравнению с однопозиционной многоинструментной обработкой сократилась не в 6 раз, а значительно меньше.
Диаграмма изменения длительности рабочего хода в зависимости от степени дифференциации технологического процесса показана на рис. IV-28. Кривая 1 показывает время обработки с учетом равномерной дифференциации технологического процесса по позициям по формуле (IV-3). Линия 2 означает время обработки с учетом реальной дискретности операций, согласно табл. IV-5.
Таким образом, дифференциация технологического процесса на 6 частей позволяет
повысить технологическую производительность не в 6 раз, а только в 4 раза. Диаграмма показывает, что уже при q = 8 позициях обработки технологический процесс дифференцируется на составные операции
Рис. IV-28. Диаграммы сокращения' длительности обработки при дифференциации технологического процесса на q позиций при равномерной и неравномерной дифференциации
(фрезерование торцов, прорезка канавок, обтачивание отдельных ступеней и т. д.). Для того чтобы дифференцировать технологический процесс более чем на 8 частей, необходимо делить составные операции, начиная с самой продолжительной — обтачивания шейки В.
Концентрация операций. Следующим революционным этапом развития технологии и техники является применение второй ступени концентрации
операции, которая заключается в том, что отдельные операции, выполняе-
мые так же одновременно, как и в группе однопозиционных машин, концентрируются в одной машине. Так появились многопозиционные машины последовательного, параллельного и параллельно-последовательного действия. Наиболее характерными для машинной технологии являются сложные технологические процессы, состоящие из множества разнородных видов обработки. Для таких процессов концентрация операций выражается в сосредоточении в одной машине последовательно выполняемых разнородных операций дифференцированного технологического процесса. При этом один технологический комплект инструмента, который необходим в машине, рассредоточен по позициям, как в группе однопозиционных машин, работающих последовательно. В этом случае длительность рабочего цикла машины определяется продолжительностью самой длительной операции, а также холостыми ходами цикла — подачей, зажимом, транспортированием деталей из позиции в позицию. Концентрируя в одной машине разнородные и однородные операции, выполняемые последовательно и параллельно, можно резко сократить длительность протекания рабочих ходов, при этом одновременно будет выполняться pq одинаковых операций. Если технологический процесс возможно дифференцировать равномерно как в пределах одной рабочей позиции, так и по позициям, то К = KQUpq.
Дифференциация и концентрация операций являются основным принципом построения технологических процессов автоматизированного производства.
Глава V
АГРЕГАТИРОВАНИЕ РАБОЧИХ
МАШИН
Простейшим структурным вариантом любой рабочей машины является однопозиционная машина (рис. V-1, а), на которой осуществляется полностью или частично технологический процесс обработки, сборки или контроля изделий. Для выполнения заданного технологического воздействия однопозиционная машина должна обладать минимально необходимым комплектом механизмов рабочих и холостых ходов, привода и т. д., комплектом инструмента. Так, токарный автомат должен иметь один шпиндель, один механизм зажима и подачи прутка, поперечные суппорты и т. д. (токарно-револьверные автоматы, автоматы фасонно-продольного точения). И хотя в однопозиционных машинах возможно совмещение некоторых операций (например, с различных поперечных суппортов у револьверных автоматов), отличительной их чертой является последовательное использование всех инструментов технологического комлекта. В результате общее время рабочего хода определяется суммарной длительностью всех несовмещенных операций. По этому принципу работают, например, такие современные машины, как многоцелевые станки с программным управлением. Если технологический процесс дифференцирован — каждая машина выполняет одну составную операцию, то она должна иметь полный комплект механизмов и устройств и инструмента из технологического комплекта (рис. V-1, б).
При создании многопозиционных машин, выполняющих весь дифференцированный и концентрированный технологический процесс, количество механизмов неизбежно увеличивается по сравнению с однопозиционной машиной. Так, шестишпиндельный токарный автомат, на котором обрабатываются те же детали, что и на токарно-револьверном, должен иметь шесть механизмов зажима, шесть механизмов подачи и т. д. и идентичный технологический комплект инструмента. Если при дифференциации технологического процесса дробятся и составные операции (например, длина обработки распределяется между двумя инструментами), то увеличивается и количество инструментов.
Агрегатированными машинами называются любые многопозиционные машины с концентрацией операций и количеством механизмов и инструментов, превышающим технологически необходимый комплект. Создание многопозиционных агрегатированных машин может выполняться путем компоновки их из нормализованных механизмов и узлов. Металлорежущие станки, скомпонованные из нормализованных узлов, в первую очередь агрегатных силовых головок, получили название агрегатных станков. Агрегатные станки бывают одно- и многопозиционными. Агрегатированные машины, скомпонованные на одной станине и выполняющие разнородные технологические процессы, называются станками-комбайнами. Высшей формой агрегатированных машин являются автоматические линии.
Законы агрегатирования рабочих машин — это законы их построения, выбора основных параметров — в первую очередь вида агрегатирования (последовательного, параллельного или смешанного) и количества рабочих 132
©—о—g—g—0—е—о—е-ю—о—g—©—е—о—е—о-
-е—©—©—©—©—©—©—е-
-о о- о о  о - о- о—о г)
--о-о--^э—©~©—е^-
--е—-е о- о—о—е-^
- о-о—е—е-’ -е)
Рис. V=l. Примеры схем компоновки агрегатированных машин
позиций в машине. Основная цель создания агрегатированных машин — повышение производительности по сравнению с однопозиционными, осуществляющими аналогичные технологические процессы обработки, контроля, сборки. Поэтому законы агрегатирования рабочих машин — это, в первую очередь, закономерности изменения производительности машин в зависимости от характера технологического процесса и его надежности, вида агрегатирования и количества рабочих позиций. Знание этих зависимостей позволяет вести анализ и синтез многопозиционных машин на научной основе, раскрывать закономерности их развития и совершенствования, выбирать оптимальные параметры при проектировании.
§ 1.	ВИДЫ АГРЕГАТИРОВАНИЯ РАБОЧИХ МАШИН
Как сказано выше, обработка деталей при невысоких требованиях к производительности ведется на однопозиционных машинах, которые имеют технологически необходимый комплект механизмов рабочих и холостых ходов и инструментов (см. схему на рис. V-1, а и циклограмму на рис. V-2, а). Повышение требований к производительности приводит к дифференциации технологического процесса на отдельные операции, которые выполняются на однопозиционных машинах,, каждая из которых производит, как правило, одну составную и совмещенные с ней операции, допустимые конструкцией детали. Тем самым формируется технологическая цепочка, состоящая из q однопозиционных машин (см. рис. V-1, б). На всех станках обработка происходит одновременно или со смещением по фазе; деталь последовательно переходит от станка к станку, получая постепенно весь объем технологического воздействия. Тем самым достигается существенное повышение производительности, так как интервал выпуска равен длительности одной составной операции обработки плюс время холостых ходов на загрузку деталей, зажим, подвод инструментов и т. д. Дальнейший рост требований к производительности приводит к тому, что одна технологическая цепочка машин с дифференцированным технологическим процессом уже не в состоянии обеспечить производственную программу, отсюда появление дублеров — р технологических потоков из q машин (см. рис. V-1, в).
Механизмы
Is.
Подачи
Зажима ~Суппорт"Г~ 1?ул порт !Г суппортаТ Суппорт И/
ipO
а)
Механизмы
Подачи Зажима. Суппорт! Подачи "Зажима СуппортТ Подачи Зажима ~ "Суппорт!
Подачи Зажима Суппорт!
Механизмы
Подачи 3аж ими Суппорт i суппорт л Суппорта! Суппорт!# Поворота


Рис. V-2. Циклограммы работы агрегатированных машин
Принцип построения агрегатированных машин заключается в том, что
в них концентрируются либо одноименные, либо разноименные операции технологического процесса, либо и те, и другие. Различают машины после-
довательного, параллельного и последовательно-параллельного (или смешанного) агрегатирования.
Машины последовательного действия (последовательного агрегатирования) концентрируют разнородные операции обработки, контроля, сборки, последовательно выполняемые на одном изделии. Если составные операции технологического процесса не дифференцированы, то машина последовательного действия имеет технологически необходимый комплект инструмента, рассредоточенный по рабочим позициям в порядке, заданном технологическим маршрутом обработки данного изделия. Обработка на всех позициях происходит одновременно, после чего следуют холостые ходы (перемещение деталей в следующую позицию, подача новой заготовки на первую позицию, зажим и разжим, подвод и отвод суппортов и т. д.) (см. схему рис. V-1, а, циклограмму рис. V-2, б).
Здесь и в дальнейшем под рабочей позицией пронимается зона действия механизмов рабочих и холостых ходов инструментов, в которой они могут непосредственно воздействовать на обрабатываемые детали. В машинах последовательного действия рабочие позиции являются стационарными. Каждая деталь последовательно проходит через все рабочие позиции. Обработка обеспечивается относительным движением инструментов. Длительность рабочего цикла машин последовательного действия определяется интервалом срабатывания основных механизмов (суппортов, механизмов по
ворота и фиксации, автооператоров и т. д.) и равна интервалу выпуска одной детали (или порции деталей).
В машинах последовательного агрегатирования непрерывного действия инструменты закреплены неподвижно, а детали проходят сквозь рабочую зону а, подвергаясь обработке последовательно всеми инструментами непрерывно (рис. V-3).
Машины параллельного действия (параллельного агрегатирования) концентрируют одноименные
Рис. V-3. Структурная компоновка машины непрерывного действия (а — рабочая зона)
операции, как правило, одну составную операцию и совмещенные с ней (рис. V-1, д). В машине имеется р комплектов механизмов и инструментов, каждый из
которых обслуживает одну рабочую позицию и конструктивно связан с ней. Так как в каждой позиции выполняется обычно одна операция дифференцированного технологического процесса, то она имеет один механизм рабочего хода (суппорт, инструментальный блок и т. д.). В простейшем варианте обработка на всех позициях машины параллельного действия происходит одновременно (см. циклограмму рис. V-2, в). Сначала следуют общие холостые ходы рабочего цикла tx, затем одновременная обработка на всех позициях (/р); итого за длительность рабочего цикла Тц = tp + tx выпускается р шт. или порций годной продукции.
При анализе рабочих машин не следует путать понятия параллельности и одновременности действия рабочих машин. Термин «параллельность действия» подразумевает «параллелизм в работе» одноименных механизмов и инструментов, т. е. выполнение ими одинаковых или сходных функций, но никак не одновременность действия. Поэтому машина параллельного действия остается таковой и в случае, если циклы обработки будут смещены по фазе (см. циклограмму рис. V-2, г), что делается для более равномерной загрузки электродвигателей, сокращения холостых ходов при загрузке — выгрузке и т. д. Если количество позиций р велико, время обработки на двух или нескольких позициях перекрывается, т. е. обработка происходит одновременно. При кратковременной обработке и длительных холостых ходах обработка на одной позиции заканчивается раньше, чем начинается на следующей, т. е. электродвигатели имеют ярко выраженную пульсирующую нагрузку. Во всех этих случаях машина остается машиной параллельного действия, в которой за каждый интервал времени работы Тц выпускается р деталей или порций деталей.
Как и в любой машине, длительность рабочего цикла определяется интервалом срабатывания основных механизмов (например, суппортов, инструментальных блоков). Однако, если в машинах последовательного действия длительность рабочего цикла совпадает с интервалом выпуска (Тц = == Тв), то в машинах параллельного действия за период рабочего цикла (для роторной машины, например, равный одному обороту ротора) выпускается р деталей (Тц = Твр). В простейшем случае на всех р рабочих позициях машины параллельного действия концентрируются одинаковые операции обработки одинаковых объектов. Однако имеются машины параллельного действия, где обрабатываются различные детали с общими свойствами по сходным технологическим процессам (например, многономенклатурные роторные машины).
Машины или системы машин последовательно-параллельного или смешанного агрегатирования концентрируют и разноименные, и одноименные операции. В каждом из р потоков деталь проходит обработку на q последовательных позициях (см. рис. V-1, е). Машины смешанного агрегатирования применяются при сложных технологических процессах обработки и большой производственной программе.
Определение оптимальной степени дифференциации и концентрации операций технологического процесса является важнейшей задачей создания агрегатированных машин. Как было показано в гл. IV, дифференциация технологического процесса позволяет сократить длительность рабочего цикла и интервал выпуска деталей. Однако при концентрации операций дифференцированного технологического процесса в машине или системе машин возрастают внецикловые потери по оборудованию и инструменту (потери вида II и III).
Рассмотрим зависимость производительности многопозиционных машин (р > 1; q > 1) и автоматических линий от степени дифференциации и концентрации технологического процесса, при этом будем исходить из сравнения их с группой из q самостоятельно работающих однопозиционных машин, выполняющих дифференцированный на q частей процесс.
При этом полагаем:
1.	При одинаковой степени дифференциации количество позиций в автоматической линии или многопозиционной (агрегатированной) машине равно числу станков поточной линии.
2.	Все станки поточной линии (группы станков) имеют межоперационные заделы, в результате чего могут работать независимо друг от друга; остановка любого станка не вызывает остановки других станков. Все станки автоматической линии сблокированы, и поэтому выход из строя одной позиции вызывает простой всей линии.
3.	Дифференциация технологического процесса осуществляется равномерной разбивкой по операциям. Это один из основных принципов проектирования технологических процессов при поточном производстве, которым руководствуются технологи и конструкторы при создании новых процессов и машин, хотя на практике неизбежны отклонения от указанной «идеальной» разбивки (см. гл. IV).
Решая задачу агрегатирования в общем виде, представим себе сложную систему машин с параллельно-последовательным агрегатированием, имеющую р параллельных потоков, где каждый поток, в свою очередь,, состоит из q последовательных позиций согласно схеме, представленной на рис. V-1, е.
Производительность группы независимо работающих машин одного технологического потока
QrP = TTT^r>	(v-i)
F гр “Г *х “Г Hi
холостого хода;
рабочего хода;
где	tx — время
7Р — время
tn = Сг- + te — внецикловые потери одной машины;
^Сг- —потери по инструменту (потери вида II) одной машины (см. гл. III);
4—потери по оборудованию (потери вида III).
Время рабочего хода машины:
t e±»JL р К qKo ’
где Л — технологическая производительность одной машины;
/(0 — технологическая производительность всего процесса до его дробления;
q — количество последовательно расположенных машин (позиций), на которых дифференцирован технологический процесс.
Для станков, связанных в линию, в силу влияния внецикловых потерь одного агрегата на все остальные производительность выразится формулой
Разделив числитель и знаменатель формул (V-1) и (V-2) на L и заменив
1	ZZ
— = получим ?р
Qrp = l + gKAtx+tn) ’	(V‘3)
= 1 +	+ qtn) ‘
Холостые ходы, а также внецикловые потери для группы станков и для автоматической линии могут иметь различное численное значение. Например, наличие автоматических транспортных и питающих устройств приводит к сокращению./х, однако одновременно могут появиться внецикловые потери по этим механизмам.
Формулы (V-3) и (V-4) по- 0,шт/мин лучены для последовательного агрегатирования. Если имеется р параллельно работающих потоков, то для независимо работающих станков производительность, естественно, увеличится в р раз, а при станках, связанных в линию, будем иметь увеличение внецикловых потерь также в р раз. Тогда для смешанного агрегатирования в общем виде
^rp = 1+?/о?(2 + /п) ’ (V’5) М~о
0,6
0,k
0,2
О
Рис. V-4. Производительность самостоятельно работающих машин поточной линии (@п.л) и машин, соединенных в автоматическую линию (Qa л)
О = ________________ (V-6)
Чрд 1+^0(/х + Рд/п) 1	'
Все частные случаи агрегатирования можно получить из одного основ» ного выражения путем варьирования величин р и q. Принимая q = 1, получим машину с параллельным агрегатированием, где в р позициях одновременно (параллельно) производится обработка р деталей. Производительность такой машины
Q ~	_____-___.	(V-7)
р	1 + Хо(^+р4)+Мо2с<
Принимая р ~ 1, получим машину с последовательным агрегатированием, где в q позициях производится последовательная обработка одновременно q деталей. Для этого случая
Q = -----------.	(V-8)
1 4-	(^х + ?^е) 4- <?Ао Tj
На рис. V-4 дана производительность группы машин и автоматической линии. Кривые показывают, что с увеличением степени дифференциации и концентрации операций, т. е. числа позиций q, производительность автоматической линии растет. Но этот рост непропорционален q, и, начиная с некоторого его значения, производительность снижается вследствие влияния внецикловых потерь. В то же время производительность группы из q однопозиционных машин неуклонно возрастает, приближаясь к пределу, который определяется длительностью холостых ходов рабочего цикла и внецикловых потерь.
§ 2. МАШИНЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО АГРЕГАТИРОВАНИЯ
Последовательное агрегатирование применяется для сложных и трудоемких работ, требующих последовательной обработки различными инструментами. Всю обработку дифференцируют, разбивая на группы операций, стремясь к одинаковой их продолжительности и располагая в различных позициях согласно принятой технологической последовательности. Обработка ведется во всех позициях одновременно, изделие последовательно проходит через все позиции и обрабатывается в них различными группами инструментов согласно технологическому процессу так, что в обработке одновременно находится число изделий, равное числу позиций. Принципиальная схема машины последовательного агрегатирования показана на рис. V-5.
Машины последовательного действия строятся как с круговым (рис. V-5, а), так и с линейным (рис. V-5, б) расположением позиций. В пер-
Рис. V-5. Схема последовательного агрегатирования:
1, 2, 3, . . . , q — номера рабочих позиций
вом случае перемещение изделий из позиции в позицию происходит посредством возвратно-поступательного движения шагового транспортера, во втором — путем поворота стола (шпиндельного блока) на \/q часть окружности, после чего следует стоянка, в течение которой на всех позициях происходит обработка.
Важнейшим движущим фактором развития машин и автоматических линий последовательного агрегатирования является постоянный рост требований к их производительности. Производительность машин последовательного агрегатирования определяется по формуле (V-8). Эта формула характеризует производительность рабочих машин с любым q, начиная с однопозиционных (7 = 1). Однопозиционные рабочие машины (рис. V-6, а) исторически были первой группой рабочих машин. Усложнение условий обработки и стремление к охвату всех операций в одной машине привело к созданию многопозиционных рабочих машин с расположением шпинделей по окружности (рис. V-6, б). Увеличение количества позиций в машине привело к тому, что расположение позиций по окружности стало нерациональным из-за большого холостого пространства внутри карусели. В этих случаях более рациональным оказывается расположение рабочих позиций в одну линию (рис. V-6, в). Такая компоновка называется уже не многопозиционной машиной, а автоматической линией. Таким образом, четкой границы между многопозиционными машинами и автоматическими линиями не существует. В действительности, если в машине агрегатные головки расположить в одну линию, а изделия перемещать не на поворотном столе, а с помощью шагового транспортера, то такую компоновку можно называть автоматической линией из агрегатных станков. Следовательно, все изложенные выше закономерности производительности рабочих машин являются справедливыми и для авто-
V	е)
Рис. V-6. Развитие структурных схем компоновки машин последовательного действия
магических линий. Действительно, производительность многопозиционной машины (рис. V-6, б) и автоматической линии (рис. V-6, в) выражается одной и той же формулой (V-8).
Постепенное возрастание количества последовательных позиций q в автоматических линиях (рис. V-6, г) приводит к снижению их надежности в работе, так как любой отказ инструмента или механизма вызывает остановку всей линии из-за наличия жесткой связи между позициями. Поэтому для уменьшения общих потерь автоматические линии делят на отдельные участки, между которыми располагаются магазины-накопители (рис. V-6, 5), компенсирующие простои соседних участков. Так, в случае отказа первого участка второй участок
Рис. V-7. Производительность последовательно агрегатированных автоматов в зависимости от q
получает заготовки из накопителя на границе между первым и вторым участком. Если первый участок работает, а второй простаивает, заготовки поступают в накопитель.
Если емкость магазинов-накопителей достаточна для того, чтобы пол-
ностью компенсировать простои соседних участков, то производительность линии
Q =_______________*_____________ =.._,	*_____.
а-л + + + 1 к/х+^уч+1
При этом (S + О
(V-9)
где	п ‘— число участков;
/м — потери магазина-накопителя на границе участка;
/уч— общие потери участка (рис. V-6, б);
X — число станков, сблокированных в участке.
Сокращение технологического объема обработки, концентрируемого в одной машине при делении линии последовательного агрегатирования на участки, приводит к тому, что для позиций каждого участка более рациональным является расположение уже не в линию, а по окружности (рис. V-6, е). Так появляются линии из многопозиционных станков карусельного типа.
Взяв в основу расчетное уравнение производительности последовательно агрегатированной рабочей машины, проанализируем характер влияния различных факторов на величину производительности. Кривая на рис. V-7 характеризует зависимость производительности от числа рабочих позиций q. Здесь принято: Ко = 0,75 шт./мин; tx = 0,5 с; /е = 5 с; S G ~ 0,066 с. При последовательном агрегатировании увеличение количества позиций сопровождается ростом производительности Qq лишь до определенного предела, после чего возрастание q ведет к снижению производительности. Как видно, в данном примере максимум производительности обеспечивается при значении gmax = 4, т. е. при данной технологической производительности Ко и при данных значениях /х, te и S теоретическое максимальное количество позиций равно 4. При меньшем или большем значениях q производительность машины будет ниже. Так, если однопозиционный автомат (q = 1) может обеспечить Q = 0,7 шт./мин, то четырехпозиционный (q = 4) — почти вдвое большую (Q — 1,2 шт./мин), но не четырехкратную.
Количество позиций ^гаах, обеспечивающее максимальную производительность последовательно агрегатированного станка, можно определить 139
Рис. V-8. Зависимость числа позиций, обеспечивающих максимальную производительность, от ts и Ко
Q3uim/MUH
Рис. V-9. Производительность машин последовательного агрегатирования в зависимости от числа рабочих позиций при различной величине внецикловых потерь
аналитически, взяв частную производную в выражении (V-8) и приравняв ее к нулю:

Формула показывает, что максимальное количество позиций при последовательном агрегатировании определяется длительностью времени обработки tPo и временем внецикловых потерь вида III, которое непосредственно зависит от надежности механизмов и рабочей машины в целом. На рис. V-8 представлены кривые зависимости gmax от внецикловых потерь при различном объеме технологической обработки Ко.
Графики, изображенные на рис. V-9, характеризуют зависимость Qq от q при различных значениях внецикловых потерь. Как видно, с уменьшением внецикловых потерь te возможность увеличения количества позиций в рабочей машине растет с одновременным увеличением ее производительности. Подставив значение qmax = I/ в формулу (V-8), получим макси-
V Л сие мальную производительность последовательно агрегатированной машины, которая может быть достигнута при заданных параметрах Ко; tx1 te;
Q, (?) =----------7=^=-----x — •	(V-1 0)
?maX Kotx + 2yKo(e+	V ’
Зная величины /<0, te, S Cz и пользуясь формулой (V-10), можно теоре-тически рассчитать максимум производительности многопозиционной машины при числе позиций qmax, т. е. заранее вычислить ожидаемую максимальную производительность правильно построенного и нормально эксплуатируемого многопозиционного станка.
При последовательном агрегатировании возможны различные конструктивные решения объединения рабочих позиций в одной машине. Широко распространены конструкции, в которых основные органы и механизмы станка используются без дублирования для обслуживания всех рабочих позиций.
На рис. V-10 представлена схема обработки штуцера на шестишпиндельном токарном автомате последовательного действия. Обработка производится одновременно во всех шести позициях. Заготовки закреплены в рабочих шпинделях блока и вращаются с одинаковой скоростью, обеспечивающей требуемые режимы обработки.
В позиции I производится зацентровка заготовки сверлом, закрепленным в продольном суппорте, протачивание фасонной поверхности фасонным резцом с бокового суппорта и сверление отверстия. Поскольку лимитирующей операцией в данном случае является сверление отверстия на всю длину, эта операция дифференцирована и производится на позициях II—V. В позиции III с очередного бокового суппорта осуществляется окончательное протачивание фасонной поверхности и сверление отверстия с продольного суппорта. При следующем повороте шпиндельного блока обрабатываемая деталь поступает в позицию IV, где кроме сверления производится зачистка малых конусов. На позиции V следует обтачивание большого конуса и заканчивается сверление сквозного отверстия. Позиция VI предназначена для отрезки готовой детали.
Таким образом, переходя последовательно из одной позиции в другую, за один оборот шпиндельного блока заготовка полностью обрабатывается. В результате суммарное время рабочих ходов сокращается в 4—5 раз, что позволяет значительно поднять производительность по сравнению с однопозиционным (одношпиндельным) автоматом.
Типовым примером машин последовательного действия могут служить и многопозиционные агрегатные станки. На рис. V-11 представлен четырехпозиционный шестишпиндельный агрегатный станок для растачивания отверстий, подрезки торцов и нарезания резьбы в корпусе водопроводного смесителя. Он состоит из круглой станины /, пятипозиционного поворотного стола 2, на котором установлено зажимное приспособление 3, и шести одношпиндельных самодействующих пинольных силовых головок 4 с кулачковым приводом подачи, три из которых (7—III) оснащены подвижными кондукторами для направления режущего инструмента, а три другие — приспособлениями для нарезания наружной и внутренней резьбы. Обрабатываемые детали зажимаются в приспособлении посредством пневмопривода при помощи рычагов, призм и двусторонних самоцентрирующих клиньев. Зажим обрабатываемых деталей на рабочих позициях и освобождение обработанной детали на загрузочной позиции производится при повороте стола. Станок работает по автоматическому циклу: поворот стола, быстрый подвод, рабочая подача и быстрый отвод в исходное положение пинолей силовых головок.
На первой рабочей позиции происходит растачивание отверстия и подрезка торца, концентрация операций достигается применением комбинированного инструмента. Во второй позиции (головки II и III) осуществляется растачивание другого отверстия, сверление и подрезание торцов, совмеще-
Рис. V-11. Многопозиционный агрегатный станок
ние операций происходит благодаря многоинструментной обработке двумя силовыми головками. Третья позиция (головка IV) предназначена только для нарезания резьбы (концентрация операций отсутствует). На четвертой позиции (головки V и VI) происходит нарезание резьбы в двух боковых патрубках, обе операции концентрированы за счет многоинструментной обработки. Пятая позиция предназначена для загрузки и выгрузки деталей. В результате на одном станке выполняется одновременно восемь технологических операций, что способствует сокращению числа обслуживающих рабочих, экономии производственных площадей и капитальных затрат.
К системам последовательного агрегатирования относятся большинство автоматических линий в машиностроении, в том числе линии обработки подшипниковых колец, ступенчатых валов, корпусных деталей и Др.
Одним из важнейших факторов, ограничивающим применение машин последовательного действия с высокой степенью дифференциации технологического процесса, является снижение точности обработки при увеличении числа рабочих позиций. Так, в рассмотренном примере обработки штуцера на шестишпиндельном токарном автомате (см. рис. V-10) для сохранения соосности осевых инструментов и шпинделей необходимо не только обеспечить 142
точное одинаковое расположение всех шпинделей и гнезд инструментов, установленных на продольном суппорте станка, но и одинаковое точное расположение гнезд для фиксирования шпиндельного блока. Кроме того, после фиксации шпиндельного блока последний все же в пределах зазоров сохраняет подвижность, вследствие чего при одновременной работе большого количества инструментов, действующих различно, возможны смещения. Проблема точного изготовления многопозиционных автоматов последовательного действия продолжает успешно решаться дальнейшим совершенствованием конструкции и технологии изготовления поворотного, фиксирующих и других узлов с точки зрения их долговечности и точности.
§ 3. МАШИНЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО АГРЕГАТИРОВАНИЯ
Для обработки простых деталей метод дифференциации технологического процесса не является эффективным и зачастую нецелесообразен. На рис. V-12 в качестве примера представлена схема изготовления колпачка обработкой давлением. Предварительно отштампованный колпачок загружается в матрицу и за один ход пуансона производится вытяжка колпачка до требуемого размера. Время обработки незначительное и составляет доли секунды; дифференцировать и без того кратковременную операцию нецелесообразно. Повышения производительности в этом случае можно достичь, установив несколько параллельно работающих одинаковых машин.
Более эффективным является не полное дублирование одинаковых станков, а повторение лишь отдельных целевых механизмов и инструментов, которые устанавливаются на одной общей станине, имеют единый механизм привода, систему управления и т. п. Такой метод позволяет сокращать затраты на оборудование, экономить производственные площади, сокращать количество обслуживающих рабочих и т. д.
Принципиальная схема параллельного агрегатирования представлена на рис. V-13. Здесь р —количество рабочих позиций, агрегатированных в одной машине. В машинах этой системы время обработки деталей в позициях совмещается так, что за время, необходимое на обработку одной детали, удается обработать р деталей. В простейшем случае на всех р рабочих позициях машины параллельного действия концентрируются одинаковые операции обработки одинаковых объектов. Однако имеются машины параллельного действия, где обрабатываются различные детали с общими свойствами по сходным технологическим процессам (например, многономенклатурные роторные машины).
Рис. V-12. Схема изготовления колпачка
1 — детали; 2 — пуансон; 3 — матрица; Итехн — технологическая скорость; £техн —технологическое перемещение
Рис. V-13. Схема параллельного агрегатирования:
а — с круговой компоновкой; б — с линейной компоновкой; Д 2, 3, . . ., р — число параллельных позиций
Машины параллельного агрегатирования имеют большое разнообразие вариантов компоновки —от стационарных машин с линейным расположением шпинделей до роторных и конвейерных машин, в которых обработка производится на ходу, при транспортировании обрабатываемых деталей из позиции в позицию. Однако, несмотря на внешние различия в конструкции и компоновке, все они работают по общим законам агрегатирования рабочих машин. Проследим это на примерах развития компоновочных схем машин параллельного действия. При обработке детали на однопозиционной машине (рис. V-14, а) производительность автомата
/ро + txQ +	+ S
(V-11)
Для увеличения выпуска деталей в простейшем случае используют группу одинаковых однопозиционных машин (рис. V-14, б). Производительность группы таких станков, естественно, будет в р раз больше по сравнению с одним станком (р —число станков в группе), а именно:
р ^Ро + Ц, + *е + 2
(V-12)
Простейшая машина параллельного агрегатирования с линейным расположением шпинделей (рис. V-14, в) представляет собой по существу группу однопозиционных машин, скомпонованных на одной станине. Это позволяет не только сократить занимаемую площадь, но и упростить конструкцию по сравнению с четырьмя отдельными машинами. Так, например, привод машин будет общий, а число электродвигателей и их суммарная мощность уменьшатся. При этом производительность такой машины несколько снизится, так как неполадки на любом из шпинделей вызывают простои всех остальных, чего нет в отдельных однопозиционных машинах. В результате суммарные внецикловые потери возрастают в р раз, так как р рабочих позиций имеют р комплектов инструментов для полной обработки детали. Число механизмов, а следовательно, и частота их отказов также увеличивается в р раз по сравнению с однопозиционной машиной. Время рабочих ходов цикла /р0 и время холостых ходов tXo при этом остается таким же, как у однопозиционной машины. Таким образом, для машины параллельного действия, показанной на рис. V-14, в, производительность
Рис. V-14. Варианты компоновки машин параллельного агрегатирования
Q ..........   Г....
Р *РО + Ч + Р (	+ *е)
(V-13)
Более удобной, с точки зрения обслуживания, является машина с расположением рабочих шпинделей по окружности (рис. V-14, а). Машина становится более компактной, однако при ручной загрузке и выгрузке деталей время холостых ходов /Хв велико, поскольку при замене заготовок в каждой позиции остальные в это время простаивают. С этой точки зрения более производительной является схема, показанная на рис. V-14, д. Здесь ма
шина имеет центральный распределительный вал с равномерным вращением, а блок шпинделей остается неподвижным. При вращении распределительного вала, на котором закреплены кулачки всех механизмов, циклы обработки на всех шпинделях смещаются по фазе. Иными словами, если на одном шпинделе происходит загрузка, то на втором в это время —зажим заготовки, на третьем —обработка и т. д. В результате время холостых ходов может быть несколько сокращено по сравнению с однопозиционной машиной, и формула производительности примет вид (где /х < tx )
g^4 + ^p(£cl + ,)-	<v'14>
Неудобство такой схемы заключается в том, что при ручной загрузке— выгрузке рабочий вынужден ходить вокруг станка, следуя вращению распределительного вала, так как зона загрузки—выгрузки меняется с вращением кулачка. При автоматической загрузке по той же самой причине необходимо дублирование механизмов питания; станки практически невозможно встраивать в автоматическую линию. Нетрудно видеть также, что производительность машин параллельного агрегатирования, построенных во всем трем указанным схемам (рис. V-14, в-^д)у остается практически постоянной и при этом ниже, чем производительность группы независимо работающих машин. Очевидно, что производительность машин параллельного действия не изменится и в том случае, если, не меняя характера относительных перемещений, остановить распределительный вал и вращать стол автомата (рис. V-14, ё). Тогда обработка деталей будет производиться при непрерывном вращении стола, на ходу. Такие машины получили название роторных и нашли широкое применение в самых различных отраслях производства. При большом количестве позиций расположение их по окружности становится невыгодным из-за большого нерабочего пространства в центре машины. В этих случаях применяется конвейерная схема компоновки (рис. V-14, ж}.
Из всех рассмотренных вариантов наиболее широкое распространение получил роторный принцип работы. Он дает возможность производить загрузку и съем обрабатываемых деталей всегда в одной зоне, что позволяет легко встраивать автоматы в линию, а при ручной загрузке обеспечивает максимальную простоту и удобство. Применение роторных машин и линий особенно эффективно при обработке мелких деталей простой конфигурации с коротким рабочим циклом и высокой частотой загрузки и выгрузки. В то же время необходимость иметь для каждой позиции полный комплект механизмов и инструментов приводит к перенасыщенности рабочих зон, стесненности в размерах рабочих позиций, что делает практически невозможным выполнение на роторных машинах операций, требующих больших сил и точности
Рис. V-15. Производительность машин параллельного агрегатирования Qp в зависимости от числа параллельных позиций р
Рис. V-16. Зависимость производительности машин параллельного агрегатирования Qp от числа позиций и технологической производительности KQ
обработки. Все известные методы повышения производительности роторных и конвейерных машин (увеличение числа позиций, повышение скорости вращения роторов) справедливы и по отношению к стационарным машинам параллельного действия.
Как показывают графики (рис. V-15), в противоположность последовательному агрегатированию, кривая производительности машин параллельного агрегатирования точки максимума не имеет. Однако это не означает, что производительность можно повышать беспредельно путем только увеличения числа позиций р. Графики показывают, что постепенно рост производительности замедляется, асимптотически приближаясь к некоторому пределу, величину которого можно определить при условии р
п — 1 im РКо_______________________I
(V-15)
V Л   u \ e ‘	“Г/ "e 1 XJ
С повышением окружной скорости ротора или конвейера угол рабочего хода остается неизменным, а время рабочих ходов сокращается и, следовательно, увеличивается К. Фактическая производительность при этом растет непропорционально повышению скорости вращения из-за снижения коэффициента использования машины.
Как видно из рис. V-16, повышение технологической производительности при постоянном числе позиций р имеет свой потолок, определяемый величиной внецикловых потерь машины. Аналогичный потолок имеется и при создании роторных и конвейерных машин с увеличенным количеством рабочих позиций.
Рассмотрим несколько конструкций параллельно агрегатированных машин различных типов. На рис. V-17 представлен станок BWF—2L (WMW, ГДР), предназначенный для тонкого алмазного растачивания отверстия в поршне. Весь процесс одновременной обработки четырех одинако-
Рис. V-17. Машина параллельного действия для алмазного растачивания поршней В WF — 2L (WMW) 146
Рис. V-18. Автоматическая роторная машина для сборки деталей с загрузочным и транспортным роторами:
1 — блок нижней системы привода сборочного ротора; 2 — ползуны нижнего привода; 3 — нижний шток инструментального блока; 4 — нижний диск транспортного (загрузочного) ротора; 5 — собираемые элементы; 6 — клещевые захваты; 7 — верхний диск транспортного (загрузочного) ротора; 8 — вал транспортного ротора; 9 — блок верхней системы привода сборочного ротора; 10 —- зубчатая передача транспортного вращения роторов; 11 — верхняя часть станины; 12 — торцовый кулачок верхней системы привода; 13 — ползун верхней системы привода; 14 — пазовый кулачок верхней системы привода; 15 — блоко-держатели; 16 — собранные детали; 17 — инструментальные блоки; 18 — нижняя часть станины; 19 — основной вал сборочного ротора
10
а)
вых деталей автоматизирован путем электрогидравлического управления. Гидравлическое зажимное устройство позволяет быстро и надежно закреплять обрабатываемые детали. Благодаря одновременному растачиванию сразу четырех поршней при относительно большом цикле обработки (3,4 мин) производительность полуавтомата = 70 шт./ч. Пример наглядно показывает, что при параллельной обработке четырех деталей конструкция станка не подверглась особому усложнению и затруднению в обслуживании, производительность же при этом возрастает значительно.
Как сказано выше, наибольшее распространение среди машин параллельного действия получили роторные машины. На рис. V-18, а приведена конструктивная схема роторной сборочной машины, состоящей из технологического ротора и; двух транспортных (загрузки и отвода деталей). Все роторы вращаются синхронно, траектория движения потока транспортируемых и обрабатываемых деталей показана на рис. V-18, б. Оба потока собираемых деталей передаются на ходу из захватов транспортного ротора в захваты рабочего технологического ротора. Технологическая скорость обработки или сборки представляет собой скорость взаимного перемещения объектов обработки и инструментов в процессе их синхронного транспортирования в технологическом роторе. Готовые собранные изделия на ходу передаются в захваты транспортного ротора отвода.
Опыт проектирования и эксплуатации, накопленный в различных отраслях производства, показывает, что наиболее эффективным является применение роторных машин (а также роторных линий) для изготовления малогабаритных изделий простейшей формы (крупного или прямоугольного сечения), когда для технологического воздействия достаточно сообщить инструменту возвратно-поступательное осевое перемещение или когда обработка совершается перемешиванием рабочей среды (окраска, распыление и т. д.).
Поэтому роторные машины и линии чаще всего применяются для операций штамповки, вытяжки, прессования, сборки, контроля и т. д. Менее
целесообразно применять данные машины при обработке резанием, так как в этом случае требуется высокая жесткость системы привода рабочего движения, кроме того, роторные машины не обладают такими возможностями концентрации операций, как машины последовательного действия.
§ 4.	МАШИНЫ ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО АГРЕГАТИРОВАНИЯ
Параллельно-последовательное (смешанное) агрегатирование является комбинацией последовательного и параллельного агрегатирования. Машина, работающая по этой схеме, состоит из р параллельных потоков с q последовательными рабочими позициями для каждого потока. Такое комбинированное совмещение рабочих операций приводит к еще большему увеличению производительности машин. Схема параллельно-последовательного агрегатирования очень часто используется при создании автоматических линий. На рис. V-19 показаны схемы различных вариантов машин параллельно-последовательного действия. На рис. V-19, а представлена система из р параллельных потоков с линейно расположенными последовательными позициями. По такой схеме строятся автоматические линии, когда после каждого шага транспортера две или несколько деталей последовательно перемещаются на очередные позиции для обработки. По схеме, изображенной на рис. V-19, б, работают машины параллельно-последовательного действия с расположением рабочих позиций по окружности. По этой схеме возможно множество различных конструктивных вариантов. Так, двенадцатипозиционный автомат (рис. V-20, г) может быть скомпонован в четырех вариантах:
1)	с возможностью осуществления шести последовательных операций двумя параллельными потоками; в этом случае блоки инструментов или рабочие позиции должны поворачиваться на 60° (р = 2, q = 6);
2)	с возможностью осуществления четырех последовательных операций тремя потоками; при этом необходим поворот на 90° (р — 3, q = 4);
3)	с осуществлением трех последовательных операций четырьмя потоками с поворотом блока на 120° (р = 4, q = 3);
4)	с возможностью осуществления двух последовательных операций шестью параллельными потоками с поворотом блока на 180° (р = 6, q = 2).
С увеличением числа позиций в автомате параллельно-последовательного действия количество возможных комбинаций возрастает. Автоматические линии параллельно-последовательного агрегатирования могут строиться по двум основным вариантам:
Рис. V-19. Схемы автоматических машин и линий параллельно-последова-тельного агрегатирования
г)
Рис. V-20. Варианты параллельно-последовательного агрегатирования в автоматах с различным числом позиций:
а — четырехпозиционный; б — шестипозиционный; в — восьмипозиционный; 'г — двенадцатипозиционный;	1—4 — структурно-конструктивные
варианты
1) линии из автоматов параллельного действия, соединенных последовательно, если эти автоматы роторного типа, автоматические линии также называются роторными;
2) линии из многошпиндельных автоматов последовательного действия, соединенных параллельно.
На рис. V-19, в изображена схема автоматической линии из роторных автоматов, связанных между собой транспортными роторами. В каждом роторе параллельно (со смещением по фазе) обрабатываются пять деталей. На каждом из трех роторов выполняется одна операция; детали, перемещаясь последовательно с одного ротора в другой, постепенно проходят весь процесс обработки. На рис. V-19, г представлена схема автоматической линии, состоящая из четырехшпиндельных автоматов последовательного действия, работающих параллельно. Как видно, вариантов параллельно-последовательно агрегатированных машин может быть бесчисленное множество. Любой автоматический участок, цех представляет собой систему машин параллельно-последовательного действия, когда одновременно производится обработка деталей, каждая из которых проходит q последовательных операций обработки. Аналитическое выражение производительности машины смешанного агрегатирования
Wz + WMSWe)’	'
Как было отмечено, приведенная формула производительности агрега-тированной машины является наиболее общей. Принимая р == 1, получаем машину с последовательным агрегатированием; если q ~ 1, то имеем ма-
шину параллельного агрегатирования.
Диаграмма производительности машин параллельно-последовательного агрегатирования (рис. V-21) показывает, что имеется максимум производительности при некотором значении ^тах. При этом чем больше число парал-
лельных потоков, тем выше производительность и ниже значение ^тах. И если в однопоточных машинах неправильное назначение числа последовательных позиций q в некоторых пределах почти не оказывает влияния на производительность, то в многопоточных машинах малейшая ошибка может
привести к значительному снижению производительности по сравнению с возможным уровнем. Величину gmax можно получить, взяв производную
и приравняв ее к нулю:
~ V pj<oie •
(V-17)
В отличие от многопозиционных машин автоматические линии последовательно-параллельного агрегатирования, построенные по схеме рис. V-19, а, имеют независимые потоки, число которых не влияет на величину внецикловых потерь. Следовательно, внецикловые потери линии определяются только потерями последовательно сблокированных станков одного потока: tn = Ct + qte. Производительность такой автоматической линии последовательного агрегатирования
Q _ ___________________________
РЯ 1 4-	+ qKq ( Ci 4- qt^j
(V-18)
Рассмотрим несколько конкретных примеров автоматических машин и линий со смешанным агрегатированием.
На рис. V-22 изборажена схема токарной обработки внутренних колец подшипника 307К1 на шестишпиндельном авто-
Рис. V-21. Производительность машин последовательно-параллельного агрегатирования в зависимости от числа последовательных позиций и параллельных потоков
мате. Заготовкой для колец служит труба. На автомате последовательно выполняются три операции (ЬПГ). На операции I одновременно в двух позициях 1 и 2 происходит отрезка готового кольца, съем его и подача трубы до упора. На операции II (позиции 3 и 4) обтачивается наружная цилиндрическая поверхность, растачиваются отверстия и внешние фаски, прорезаются чашечными резцами паз и желоб. На операции III (позиции 5 и 6) производится окончательное обтачивание желоба, подрезка торца и снятие внутренней фаски.
Автомат работает следующим образом: при неподвижном шпиндельном блоке и вращающихся шпинделях одновременно происходит обработка во всех шести рабочих позициях. По окончании обработки в каждой из позиций инструменты отводятся в исходное положение и шпиндельный блок поворачивается на 120°, в результате чего детали переходят из позиции 1 в позицию 3, из позиции 3 в позицию 5 и из позиции 5 в позицию 1. Таким же
Образом перемещаются детали, установленные в позициях 2, 4, 6. Есте-
Рис. V-22. Схема токарной обработки внутренних колец подшипника 307К1 на шестишпиндельном автомате
ственно, что выход из строя инструмента или механизма на любой из шести позиций вызывает простой всего автомата.
Примерами автоматических линий со смешанным агрегатированием могут служить автоматические линии подшипниковой промышленности, приведенные на рис. 1-13 и 1-16, а также все роторные линии.
Таким образом, на основании приведенных формул и кривых можно дать предварительный анализ ожидаемой производительности любого многопозиционного автомата и автоматической линии. Еще до проектирования автомата или линии (а тем более до изготовления) следует заранее решить все остальные вопросы, связанные с режимом эксплуатации, количеством позиций, производительностью и т. д. Анализируя влияние каждого вида потерь на производительность многопозиционного автомата или автоматической линии, при конструировании необходимо учитывать эти потери и находить новые решения для их сокращения. Так, например, путем сокращения внецикловых потерь можно увеличить оптимальное количество позиций, а следовательно, производительность автомата. Создавая быстросменные державки инструментов, можно сократить потери вида II.
На производительность многопозиционных автоматов особенно сильно влияют потери вида III, которые увеличиваются пропорционально возрастанию количества позиций. Следовательно, при конструировании необходимо находить не только новые способы сокращения потерь видов I и II, но и пересматривать конструкции всех механизмов и звеньев автомата или линии с точки зрения увеличения их долговечности, сокращения потерь вида III, так как принципиально верное решение задачи без правильного конструктивного оформления машины не обеспечит ожидаемого увеличения производительности. Отсюда следует, что при переходе от однопозйционной машины к многопозиционной недопустимо слепое перенесение оправдавших себя в однопозиционных автоматах конструкций отдельных механизмов. Необходимо проанализировать потери отдельных механизмов, а также потери вида III с учетом эксплуатационного опыта однопозиционного автомата, после чего определить пригодность данного механизма для многопозиционной машины как с точки зрения конструкции узлов и деталей, так и применяемых материалов и термической обработки.
Если проанализировать, например, потери вида III по одному узлу — механизму подачи и зажима прутка на автоматах, то легко установить, что, несмотря на большие недостатки этих механизмов (частые поломки, износ цанг, частая разрегулировка сил зажима и т. п.), они оправдывают себя на одношпиндельных автоматах, не вызывая больших потерь производительности станка. Между тем эти же механизмы с указанными недостатками влекут за собой большие простои многошпиндельных автоматов, что резко снижает их производительность. Поэтому ремонтные цехи заводов нередко вынуждены заниматься модернизацией механизмов, подбором соответствующих материалов и термической обработки для ответственных звеньев. Анализ величины внецикловых потерь основных механизмов автомата и разработка методов сокращения этих потерь дает возможность создавать высокопроизводительные агрегатированные автоматические системы машин.
Глава VI
РЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ И
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ АВТОМАТОВ
И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
§ 1. КРИТЕРИИ ВЫБОРА РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ НА АВТОМАТАХ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ
При проектировании технологического процесса после выбора способа обработки и инструмента встает вопрос о выборе режима обработки данного материала, т. е. об определении тех параметров, которые обеспечивают получение обрабатываемого объекта согласно заданным техническим условиям и определяют скорость протекания процесса обработки, т. е. в конечном итоге —производительность машины. Если для данного материала и инструмента изменить режимы обработки, то будет меняться и долговечность инструмента, его стойкость, т. е. инструмент будет быстрее или медленнее подвергаться износу (механическому, тепловому, химическому и т. д.). Материал, способ обработки и инструмент диктуют свои зависимости, свои законы обработки, которые можно установить экспериментальным путем и на основе изучения физики явлений, происходящих в процессе обработки.
Принципиально режимы обработки можно изменять при выполнении любого технологического процесса. Однако диапазон варьирования в каждом случае различен. Так, скорости протекания некоторых технологических процессов, связанных с физико-химическими изменениями обрабатываемого материала (например, термической обработки и т. п.), должны выдерживаться в довольно строгих пределах, диапазон их варьирования весьма ограничен. В других случаях режимы обработки могут выбираться в более широких пределах, не превышающих, однако, некоторых допустимых значений (например, режимы подачи при чистовой обработке, операции обработки давлением), где эти пределы ограничиваются характеристиками обрабатываемого материала, его температурными режимами, прочностью, пластичностью и т. д. Наконец, многие технологические процессы допускают варьирование режимов обработки, а следовательно, и ее длительности в самых широких пределах без изменения качества обрабатываемых изделий (например, откачка электровакуумных приборов, операции разливки, дозировки, наполнения и т. д.). К числу таких процессов относятся и операции обработки резанием, где скорости обработки могут варьироваться в весьма широких пределах, при этом изменяется, с одной стороны, длительность обработки (время рабочих ходов), с другой —стойкость инструмента (внецикловые потери).
Важнейшим критерием выбора режимов обработки на автоматах и автоматических линиях любого технологического назначения является качество продукции и высокая производительность машин, что обеспечивает высокую эффективность новой техники.
Каждому конкретному уровню режимов обработки соответствуют определенные значения длительности рабочего цикла (Zp + 4) и внецикловых потерь по оборудованию /е и инструменту Со.;
0 =________!_______= ..... к
+ *х + S Ci +	(^х + *е + X 1
Для того чтобы решить задачу выбора режимов обработки, обеспечивающих высокую производительность машин, необходимо в пределах технически допустимого диапазона варьирования режимов знать их влияние на величину всех составляющих затрат времени: /р, /х> 4» 2 а слеД°вательН0» ПР°" изводительности Q. Обычно при интенсификации режимов длительность рабочего цикла сокращается, а внецикловые потери растут. Максимальная производительность будет при таком конкретном значении режимов обработки ушах, когда сумма всех составляющих затрат времени, отнесенная к единице продукции, будет минимальной. Такая методология выбора режимов обработки по критерию высокой производительности будет одинаковой для автоматов и автоматических линий любого технологического назначения. Определение влияния интенсификации режимов обработки на длительность рабочих и холостых ходов обычно не вызывает трудностей: как правило, длительность обработки сокращается во столько раз, во сколько раз повышаются режимы. Влияние интенсификации режимов обработки на внецикловые потери по инструменту и оборудованию можно определить экспериментально, поэтому достоверность рекомендуемых режимов зависит, в первую очередь, от имеющегося объема исследований работоспособности оборудования в данных условиях эксплуатации.
Одной из наиболее исследованных областей является обработка металлов резанием, в которой проведены обширные научно-исследовательские и конструкторско-экспериментальные р аботы и созданы фундаментал ьные труды по вопросам теории резания и инструмента, технологии машиностроения и металлорежущим станкам, поэтому в дальнейшем общая методология выбора режимов обработки будет рассматриваться на примере обработки металлов резанием.
Определение режимов резания является одной из актуальных задач современного машиностроения. Развитие скоростного резания металлов и широкое внедрение многоинструментальных и многошпиндельных станков, а также автоматических линий и заводов выдвигает на первый план вопросы выбора режимов, обеспечивающих их высокую производительность.
Основными факторами режима резания являются скорость резания, подача и глубина резания. Подача и глубина предопределяют силы резания, а следовательно, требования к жесткости и прочности основных звеньев станка.
Скорость резания, в свою очередь, при известных подаче и глубине резания предопределяет как мощность станка, так и стойкость инструмента. Таким образом, при известном станке и данном обрабатываемом материале будут известны и допускаемые силы резания или, наоборот, известные силы будут служить исходными данными для проектирования нового станка. Глубину резания можно считать заданной величиной, так как она определяется припуском на обработку, т. е. размерами заготовки. Это тем более верно для автоматических станков, так как заранее известны припуски на заготовках.
На стойкость инструмента, согласно законам теории резания, сильнее влияет повышение скорости резания, чем увеличение подачи, поэтому с точки зрения стойкости инструмента выгоднее повышать подачу. Однако работа с большими подачами сопряжена с увеличением сил резания, которые ограничиваются прочностью и жесткостью рабочих органов станка и обрабатываемой детали. Кроме того, величина подачи ограничивается требованиями к чистоте обрабатываемой поверхности. Поэтому основным параметром режима резания, который можно изменять в широких пределах, считается скорость резания.
При интенсификации скоростей обработки сокращается время рабочих ходов и одновременно стойкость инструмента, что приводит к росту внецикловых потерь по инструменту. На рис. VM показаны кривые производитель-
Рис. VI-1. Экспериментальная зависимость производительности от режимов резания:
1 — и = 40 м/мин; 2 — v = 50 м/мин; 3 — v — 60 м/мин; 4 — v = 10 м/мин; 5 — расчетная производительность без учета потерь
ности, построенные опытным путем. По оси абсцисс отложено произведение vs, т. е. величина, пропорциональная технологической производительности; по оси ординат —количество колец, выработанных за рабочую смену. Полученные кривые показали, что с повышением режимов резания вместо ожидаемого пропорционального увеличения производительность сначала возрастает, а затем резко падает. Кривые объективно отражают закономер ность, общую для автоматов любого технологического назначения: повышение режимов приводит сначала к росту производительности оборудования, а затем к его снижению. Такая зависимость производительности от режимов обусловлена характером роста внецикловых потерь ввиду снижения стойкости инструмента.
Рассмотрим зависимость всех составляющих затрат времени по формуле (Ш-9) от изменения режимов обработки. Для металлорежущего станка и
автомата можно выразить технологическую производительность как отношение частоты вращения шпинделя станка в минуту к сумме оборотов шпинделя на все несовмещенные рабочие операции пр:
К = ~ шт./мин, «р
где
«р = X « — «1 + «2 + «3 Н------И т. д.
В свою очередь,
=	«2 = ~; п3 = -^-ит. д.
г>1	8g
Следовательно,
где 12, ls, • • •, Ц —длины учитываемых рабочих ходов;
sx, s2, s3, . . ., st —подачи за оборот шпинделя.
Тогда
У А ял у	V
ZJ Si	Si
где Zp —время на все несовмещенные рабочие операции —основное время;
d —диаметр обрабатываемой поверхности;
v —скорость резания.
Как видно из формулы (VI-1), технологическая производительность определяет скорость протекания процесса, интенсивность обработки, так как она прямо пропорциональна режимам обработки и обратно пропорциональна объему работы. Для известного технологического процесса при заданных скоростях резания vQ будем иметь
zz ,	I ООО^о
где KQ —технологическая производительность при заданной постоянной
скорости резания у0.
Если изменять только скорость резания, а все параметры процесса обработки оставлять без изменения, то можно новую скорость v выразить через ранее заданную v0 и фактор изменения скорости резания х (безразмерный коэффициент): v = vox, и соответственно формулу (VI-1) представить
в следующем виде:
ЮООРр
х = Кох,
(VI-2)

где х —фактор изменения скорости резания, показывающий, насколько любая другая скорость v отличается от заданной первоначальной скорости vQi по которой определялось Ко;
^ш.о	’
пш —новая частота вращения шпинделя, соответствующая новой скорости резания и;
пш,о —прежняя частота вращения шпинделя при скорости vQ.
При многошпиндельной и многопозиционной работе технологический процесс (разбивка операций по позициям) остается прежним, но изменение частоты вращения различных шпинделей зависит от компоновки и кинематики машины. Здесь возможны два принципиальных варианта.
1. Зависимое регулирование, когда частота вращения шпинделей на всех позициях изменяется на одну и ту же величину. Если технологический процесс дифференцирован по позициям неравномерно (длительность обработки неодинакова), то эта неравномерность будет сохраняться при любом варьировании режимов. Зависимое регулирование осуществляется, например, на токарных многошпиндельных автоматах, где кинематика предусматривает одинаковую частоту вращения всех шпинделей. Так как длительность обработки на всех шпинделях при зависимом регулировании меняется на одинаковую величину, то
V — ”шГ »шог
Пттт
02
Kull хГ
2. Независимое регулирование, когда частота вращения на различных позициях обработки может изменяться на различную величину. Независимое регулирование характерно для автоматических линий, агрегатных станков и другого оборудования, в котором инструменты каждой позиции имеют свой независимый привод (в пределах позиции регулирование обычно зависимое). При независимом регулировании
Ппт	Лтп
Ш02
В обоих случаях —при независимом и зависимом регулировании режимов технологическая производительность будет определяться временем обработки на самой длительной, лимитирующей операции:
__	1	__ ЮОО^о
шах 3Гб/ ( —
' s /шах
Зависимость времени обработки от величины интенсификации режимов:
t -S.
р X ’
• И т. д.
(VI-3)
(VI-4)
где £Ре —время обработки при заданных исходных режимах; в одношпиндельных автоматах —суммарная длительность обработки несов-
Рис. VI-2. Типовая экспериментальная зависимость стойкости инструмента от скорости резания
вала при выполнении холостых людается во всех автоматах и подачи, где скорости быстрых
мещенных операций; в многошпиндельных при независимом и зависимом регулировании — время на лимитирующей операции.
Зависимость длительности холостых ходов от интенсификации режимов обработки определяется также характером кинематики автомата или автоматической линии. Здесь следует отметить два варианта.
1. Холостые ходы не зависят от режимов обработки (Zx = const). Такой вариант характерен, например, для автоматов с распределительным валом и кулачками, работающих по группе II, у которых вал имеем двойную скорость вращения: быструю для совершения холостых ходов и медленную —для рабочих. Скорость вращения распределительного ходов постоянна. Условие tx = const соб-автоматических линиях с гидроприводом ходов и рабочей подачи устанавливаются
независимо друг от друга.
2. Холостые ходы зависят от режимов обработки и изменяются пропорционально изменению длительности рабочих ходов, так что удельный вес холостых ходов в цикле остается постоянным (коэффициент производительности ц — const). Такой вариант характерен, например, для одношпиндельных автоматов с постоянной скоростью вращения распределительного вала. В этом случае интенсификация режимов в х раз вызывает увеличение скорости вращения валов также в х раз (для сохранения постоянства подачи в мм/об), а следовательно, и сокращение всех холостых ходов, выполняемых
от распределительного вала, также в х раз:
х X
Величина tn и ее изменение при интенсификации режимов определяются прежде всего стойкостными характеристиками инструмента. Зависимость стойкости режущего инструмента от режимов обработки в широком диапазоне скоростей может иметь самый разнообразный и сложный характер. Наиболее типичной при резании металлов является зависимость, представленная на рис. VI-2. Однако практически используемые скорости резания соответствуют зоне, превышающей правый максимум кривой, в связи с чем зависимость стойкости от режимов обработки принимается монотонной:
(VI-5)
V
где Т — стойкость инструмента в мин;
v —скорость резания в м/мин;
m —безразмерный показатель;
А —постоянная резания, которая зависит от характера обработки и геометрии инструмента, состояния поверхности заготовки, наличия охлаждения и т. д.
При варьировании режимов, когда основные параметры инструмента и заготовки сохраняются, величину А можно считать неизменной.
§ 2.	ЗАВИСИМОСТЬ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОТ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ
Даже для «идеального» станка (без холостых ходов), но работающего с нормальным (изнашиваемым) инструментом, будут иметь место простои станка по вине инструмента (потери вида II). В этом случае производительность
Си = КсЛЛи,	(VI-6)
где т)и — коэффициент использования инструментов на данном станке, учитывающий потери вида II.
К потерям вида II относятся следующие:
1.	Время на снятие, установку и регулирование инструментов; всего тх мин.
2.	Время на ожидание наладчика т2 мин. Так как работа автоматических станков происходит таким образом, что инструмент меняется одним наладчиком, обслуживающим одновременно несколько станков, то станок до замены резца дополнительно простаивает в течение т2 мин.
3.	Время на доставку инструмента т3 мин. В современных автоматах, как правило, работа производится одновременно десятками различных инструментов, которые наладчик получает из инструментальной раздаточной. Вследствие этого возможна дополнительная затрата времени т3 мин на доставку инструмента.
4.	Время на частичную заточку (правку) резца т4 мин, если ее производит наладчик (например, правка кромки инструмента оселком).
Таким образом, для смены каждого инструмента станок часто простаивает не ?£ мин, необходимых для снятия и установки резца, а фактически t мин:
t =	4- т2 + т8 4- т4.	(VI-7)
Как было сказано ранее, необходимо учитывать только те затраты времени, которые приводят к простою станка. Следовательно, в формуле (VI-7) элементы времени, затрачиваемого в нерабочее время (например, при принудительной смене инструмента в обеденный перерыв), не учитываются.
При введении принудительной смены инструмента необходимо учитывать, что различные инструменты данного технологического процесса имеют неодинаковую стойкость и, кроме того, понятие стойкости данного инструмента относится к среднему его значению, практически имеет место колебание этой стойкости в определенных пределах.
В качестве примера на рис. VI-З показано распределение стойкости для 112 одинаковых резцов из твердого сплава Т5КЮ при работе на многорезцовом полуавтомате ЛАР-5 при обработке одного и того же типа подшипникового кольца из стали ШХ15. График показывает, что резцы из одной партии имели различную стойкость, выраженную числом обработанных колец. Так, например, четыре (ni — 4) резца из этой партии обрабатывали в среднем по Т = 22 кольца, а другие четыре резца —по 172 кольца, 14 резцов —по 67 колец и т. д. Эмпирическая кривая распределения 1 может быть с достаточной степенью точности за
Рис. Vl-З. Распределение стойкости резцов при скорости резания о = = 120 м/мин и подаче s = 0,409 мм/об: А — область аварийных поломок резцов; Б — область резцов с нормальным износом; В — область резцов с повышенной стойкостью; 1 — статистическое распределение; 2 — аппроксимирующая кривая
менена кривой 2 нормального закона распределения. Аналогичная картина наблюдается и для других инструментов. Значительный разброс стойкостей инструмента по сравнению с другими деталями станка объясняется малой величиной контактной поверхности режущей кромки резца. Поэтому к качеству инструмента должны предъявляться особенно высокие требования. Улучшением качества инструмента и сортировкой заготовок по обрабатываемости можно уменьшить рассеяние стойкости инструмента.
При определении режимов резания необходимо тщательно проверить все слагаемые времени простоя станка t по вине каждого инструмента в отдельности и принять меры к максимальному их фактическому сокращению.
Решая задачу определения режимов для многоинструментальных станков, автоматов, полуавтоматов и автоматических линий, принимаем, что:
а)	работа производится различными инструментами -—резцами, сверлами, развертками, зенкерами, фрезами и т. д.;
б)	инструменты могут быть изготовлены из различных материалов (твердый сплав, быстрорежущая сталь, углеродистая сталь и т. п.);
в)	инструменты снимают стружки различного сечения;
г)	инструменты работают на различных диаметрах и, следовательно, имеют неодинаковые скорости резания;
д)	каждый инструмент может оказаться в особых условиях, не перечисленных здесь (плохое охлаждение, работа по корке и т. п.).
За произвольный промежуток времени 0 работы станка, не включающий времени холостых ходов, обработка будет производиться лишь в течение 0р, остальное же время уйдет на простои, связанные со сменой инструментов. Следовательно, коэффициент использования инструментов
Лв = -^.	(VI-8)
Определим зависимость коэффициента использования инструментов и производительности машины от интенсификации режимов обработки, если они для всех инструментов изменяются на одинаковую величину (х = const). Для решения поставленной задачи примем:
1)	Zf, /2, . . ., tn —простои станка по вине каждого инструмента, т. е. суммарное время, необходимое для смены и регулирования каждого инструмента;
2)	а2, . . ., ап —время участия (резания) каждого инструмента
в обработке одной детали;
3)	JLl —	= а2Ко,..., —= апК0 — доля времени участи я
*р0	ч	ч
данного инструмента в процессе обработки, где /р0 = ----время резания
До
при осуществлении данного технологического процесса при принятых режимах обработки; если весь процесс резания продолжается /Ро = 2 мин, т. е. Ко = 0,5 шт./мин, а данный инструмент участвует в процессе резания лишь а = 0,4 мин, то соответственно доля его участия в процессе резания будет 0,4.0,5 = 0,2 (или 20%);
4)	Ui, U2, ...» Un —количество смен каждого инструмента за некоторый произвольный промежуток времени 0р в случае полной нагрузки инструмента. При новых скоростях резания v2i . . ., vn и соответствующих стойкостях Tlt Т2, . . ., Тп будет
=	=	Un=^--,	(VI-9)
1 1	1 2	1 П
5)	U^iKo, U^а2Ко, . . UnanK.o —количество смен инструмента с учетом доли участия этого инструмента в процессе обработки;
6)	(l/i^xTCo) (^2^2^O) ^2, • •	(^A^o) tn —время простоя станка
по вине каждого инструмента за некоторый промежуток времени 0 работы станка.
Тогда можно написать
0 - 6р = S tt = Ко (U.aA + U2a2t2 + • • • + Unantn), (VI-10) f—1
где 9 —9p —суммарные простои станка по вине инструментов (потери вида II).
Подставляя значения £7(- из формул (VI-9) в выражение (VI-10) и решая последнее относительно 9, получим
0=е₽ + S
или
0 = 0₽ (+ 1) •
(VI-11)
Стойкости инструментов, зависящие от скорости резания и данных условий, можно выразить через коэффициент х:
Т гр „	01
где Т01, То^ . . ., TOfi —стойкости инструментов при заданных скоростях резания v0^ v0 , . .	vOfi и частоте вращения шпинделя станка пш.:
_£2_	.......„ Уп _ Пш1
Хо2	Von
Стойкость инструментов при заданной частоте определяется согласно условиям (VI-5): 'Г ____________________________________ ^2
°2 у 3 °2
V1 X === —-
Мш
вращения шпинделя пШо
Т°п
Ап тп Ооп
(VI-12)
'Г  ^1
V 1 °1
где i>ox, ^о2, . • *, vOn —скорости резания, соответствующие обрабатываемым диаметрам d19 d2i . . ., dn, для каждого инструмента.
Тогда уравнение (VI-11) с учетом равенства (VI-12) примет вид
0 = 0	_]------+ Г.
Р \	°1	* 02	1 Оп	J
Разделив 0р на 0 по уравнению (VI-8), получим коэффициент использования инструмента для любых новых скоростей резания:
Хт1 ।	хт2 I , . . I antri^Q ^тп I |	(	)
Г	| /л	i	i т	i
01	1 о2	1 On
Представляя знаменатель формулы (VI-13) в виде суммы
/<° У]-77-^ + ! или
1=1
X ciXmi +1, i=l
получим
1
Пи = -------П----------•
ка 2	+1
1=1
Здесь
С,  	/-»   ^2^2	Л"»   O'ntn
1 гр ,	^2 j1 з • • • $ '-'п у *
1 01	1 02	1 0п
(VI-14)
(VI-15)
При работе инструмента в различных режимных условиях (например, обтачивание ступенчатых валов одним резцом при постоянной частоте вращения шпинделя) величины aL и То, будут определять время резания и стой-кость инструмента на соответствующем участке обработки. Для одноинстру-ментного станка при неизменных режимах резания
где Со = То —стойкость резца при заданной скорости резания vo (при пш>0).
Коэффициент ци показывает степень использования инструмента на данном станке и тем самым при прочих равных условиях может служить характеристикой инструмента. Очевидно, чем совершеннее последний, тем выше этот коэффициент. Из формулы (VI-13) видно, что коэффициент исполь-зования инструмента зависит не только от стойкости инструмента, но и от тех потерь, которые сопровождают его работу. Следовательно, этот коэффициент одновременно характеризует степень оснащения станка приспособлениями для закрепления и регулирования инструмента, организацию рабочего места, состояние инструментального хозяйства, а также квалификацию наладчика.
Для ясного представления о зависимости коэффициента использования инструмента ци от скорости резания и от потерь вида II на рис. VI-4 показаны соответствующие кривые, изображающие зависимость коэффициента от скоростного фактора х при одном и том же постоянном показателе степени m = 8. Каждая из кривых соответствует различным значениям Со. Кривые 1—5 имеют соответственно уменьшающиеся значения Со. Эти кривые показывают, что с увеличением скорости резания х на некотором участке коэффициент использования инструмента остается почти постоянным, дальнейшее увеличение скорости резания ведет к резкому снижению коэффициента Т]п.
Учитывая коэффициент использования инструментов, производительность «идеального» многоинструментного станка (где отсутствуют потери вида I) можно представить формулой
Гис. VI-4. Значения коэффициента т]и в зависимости от х и
<2И = ^И =-------------------•
Ко S CiXmt + 1
1=1
(VI-16)
Учитывая потери видов II и III и потери от холостых ходов рабочего цикла для многоинструментного станка, получим
Q —----------------.
1 + Kt>x (К, + 4) + Kq ’S Cixml i=l
(VI-17)
Формула (VI-17) соответствует тому варианту зависимого регулирования режимов обработки, когда величина холостых ходов остается неизменной (tx = const). Если интенсификация режимов приводит к пропорциональному уменьшению и холостых ходов, то зависимость производительности от режимов будет
Q =  ------------*2?------------.	(VI-18)
1 Ч~ Ко (К + tex) ~Ь Ко Coix ‘
Оставляя в формуле производительности [уравнение (VI-17) 1 все факторы постоянными, кроме х и потерь вида I, получим кривые, изображенные на рис. VI-5. Эти кривые показывают, что с увеличением потерь /х кривые производительности становятся более пологими.' При одном и том же значении аргумента хгаах все кривые характеризуются различными значениями максимума функции. В то время как кривая «идеального» станка (/х = 0) имеет резкий подъем и падение при наибольшей абсолютной величине максимума, кривые с большими потерями tx плавно изменяются, не давая резко выраженного максимума, абсолютная величина которого меньше, чем при tx — 0. Таким образом, от величины /х значение аргумента, обеспечивающего максимум (хтах), не зависит. Однако кривые на рис. VI-5 показывают, что в зависимости от величины /х характер кривых производительности различен, что весьма важно с точки зрения рационального использования станка. Если при малых значениях tx небольшие изменения аргумента хтах резко снижают или повышают величину производительности, то, безусловно, необходимо работу вести с режимом, близким к хшах. Для больших же значений величины tx изменения хтах в ту или иную сторону не окажут ощутимого влияния на производительность. Например, если при определенных производственных обстоятельствах для значений tx = 8 мин изменение скорости обработки на 30% от величины максимальной производительности приводит к уменьшению выпуска продукции (Qmax — Q) на одну деталь в смену, то такое же изменение режимов при tx = 0,5 мин снизит производительность на 35 деталей в смену. Следовательно, при установлении режимов резания особое внимание необходимо уделять тому оборудованию, где потери вида I минимальны, т. е. при высокой степени использования элементов автоматизации вспомогательных операций.
Особо важным является установление правильных режимов резания на станках-автоматах, где потери на холостые ходы tx сведены к минимуму, а количество инструментов велико. Неправильный выбор режимов резания в таких случаях (завышение или занижение) резко снижает производительность станка. При работе на универсальных станках и на тех машинах, где вспомогательное время велико, а количество одновременно работающих инструментов мало, отклонение режимов резания меньше влияет на их производительность, и основным резервом для повышения производительности является, в первую очередь, сокращение времени на вспомогательные холостые ходы и лишь во вторую очередь —повышение режимов резания.
Сохраняя в формуле производительности постоянными все факторы, кроме х и потерь вида II (по инструменту), получим кривые, представленные на рис. VI-6, которые показывают характер влияния потерь времени, прямо или косвенно связанных со сменой режущего инструмента, на производительность станка. Из графика видно, что влияние потерь вида II совершенно иное, чем влияние потерь вида I. С изменением потерь /15 /2, . . ., tn абсолютная величина максимума функции не только изменяется, но одновременно перемещается влево или вправо. Это означает, что сокращение потерь вида II приводит не только к увеличению производительности, но и к обязательному соответствующему изменению значения аргумента, обеспечивающего новый максимум производительности. В противном случае, при работе на прежних режимах, при меньших потерях будут недоиспользованы возможности станка с точки зрения его производительности.
6 Г. А. Шаумян	161
Рис. V1-5. Зависимость производительности автоматов Q от режимов резания при переменном tx
Рис. VI-6. Производительность автоматов при переменной	в зависимости от режимов
резания
Следовательно, для каждого конкретного случая можно установить определенный режим работы, обеспечивающий высокую производительность станка. Для определения этого режима надо знать не только технологические особенности обработки данной детали на данном станке, но и конкретные условия работы: присутствие наладчика, наличие готового режущего инструмента и т. д., т. е. все то, что требуется для определения потерь /2, . . tn. Режим, обеспечивающий максимум производительности станка, будет являться максимальным режимом резания для данных условий. Дальнейшее повышение этого режима хтах возможно лишь при изменении существующей в цехе обстановки, обеспечивающей дальнейшее сокращение потерь вида II. До тех пор, пока не приняты меры к сокращению этих потерь, всякое повышение режима снизит производительность станка.
Для аналитического определения режимов максимальной производительности хтах представим формулу производительности (VI-17) для автоматов с зависимым регулированием режимов в развернутом виде:
Q =----------------------.	(VI-17а)
K0ClXm^ К0С2хт2 + ... + K0Cnxmn + Кох (К -Me) + 1
Для определения режима максимальной производительности станка при данных условиях возьмем частную производную от производительности Q по х и приравняем ее к нулю:
Выполнив преобразования, получим
Ко («! - 1)	+ Ко (m2 - 1) C2xm2 Н-----1- Ко {тп - 1) Спхт» — 1=0
(VI-19)
или
Ко S (rn; — 1) C^i = 1 •	(VI-19а)
Решая уравнение (VI-19) относительно х, получим максимально допустимые скорости резания v и частоту вращения шпинделя
v ~ ^ог^шах и (шах) = .Хшах.
Однако уравнение (VI-19) в общем случае является уравнением высших степеней, так как для инструментов, применяемых на автоматах и полуавтоматах, т колеблется от 2 до 15.
Известны многочисленные способы приближенного решения уравнении высших степеней, позволяющие достаточно быстро и легко определить неизвестные с требуемой точностью. Для данной задачи определение х облегчается еще тем, что заранее известен порядок искомой величины; практически х находится в пределах 0,5—2. Например, подставляя в левую часть уравнения (VI- 19а) значение х = 1, подсчитываем значение 7? = =	(mi—!)• Если окажется, что R = 1, то х = 1 является реше-
нием уравнения (VI-19). Если R >> 1, то х << 1, и если R <j 1, то х >> 1. В последних случаях х определяется методом последовательных приближений.
Значение хтах можно получить и графо-аналитическим методом, последовательно вычисляя значения Q при различной величине х и построив плавную кривую до тех пор, пока она не пойдет на убыль. Из полученной кривой легко определяются значения хтах и Qmax. Ниже предлагается метод аналитического определения приближенного значения искомых величин хтах и Qmax для условий зависимого регулирования введением среднего показателя тср. Для этого найдем значение показателя степени тср, которое удовлетворяет уравнению (VI-19a), т. е.
/С0(/Пср-1)хтеР£ Сг = 1. г=1
Следовательно, тср можно найти из условия
(«! — 1)	+	— 1)C^ н-------[- (тп — 1)0^ = (mcp — 1) хт^ £ Ct.
Так как значения х обычно колеблются около значения, равного единице, то принимая в первом приближении х = 1, получим
п	п
2 (^-1)сг = (тср-1)2 ct
ИЛИ п	п	п	п
S mfli	S	“ mcp S	S	СI*
i=l	Z=1
Отсюда приближенно
(VI-20)
Например, в станке три инструмента с показателями: т1 = 3, т2 = 5, т3 ~ 8;
Ci = 0,05; С2 = 0,08; С3 = 0,01.
Тогда
т1С1 = 0,15;
т2С2 = 0,4;
т3С3 = 0,08;
= 0,63; SCz = 0,14.
Подставляя все значения в формулу (VI-20), получим
Зная mcp, можно любой станок (или автоматическую линию) с инструментами, имеющими различные показатели т2, . . ., тПУ рассматривать как многоинструментальный с одинаковыми показателями mCD. Максимальнее л
ное значение х их условия 0 для автоматов с постоянным временем холостых ходов
Хшах — -------г - '	~ •	(VI-21)
"ср /	п
Для рассмотренного выше примера при тср = 4,5 и = 3 получим
^шах 4 5 ___ 0,92.
’/3 (4,5—1)0,14
Производительность при режимах хшах в данном случае рассчитывается по формуле
Qraax (х) =-----------------. (VI -22)
Kq Vx + te) + j у Kq Ti Ci (.mcp ~ 1)
/ Zx \
Для автоматов с переменной величиной холостых ходов ux = —~1 коэффициент интенсификации режимов, соответствующий максимальной производительности,
(VI-23)
Максимальная производительность
'max (х) —
Ко
(VI-24)
~г (^Со^х~Ь1)
Рис. VI-7. Производительность в зависимости от К при переменной х
На рис. VI-7 штриховая линия соответствует уравнению (VI-22). Она показывает максимально возможное повышение производительности станка при заданных конкретных условиях.
Для определения хп1ах в цеховых условиях необходимо за определенный промежуток времени 0 (например, за смену) подсчитать количество выпущенных деталей г и суммарные потери по всем инструментам за период выпуска z деталей.
Тогда
г ~ То.
Уравнение (VI-21) примет вид
"V/ ztp°
|/ («ср — 1) 9х
(VI-25)
где 0Х = 2 0, —время простоя станка по инструменту;
:	t
Гро ~ /(о •
Для уточнения полученных значений хтах необходимо воспользоваться основным уравнением (VI-17). Подставляя в него полученные значения хшах, проверяем, насколько точно оно удовлетворяет максимуму кривой производительности. В случае отклонения хтах корректируем его значение методом последовательных приближений.
§ 3. ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ
При назначении режимов обработки необходимо исходить из условия достижения высокой производительности станка, высокого качества продукции и экономичности процесса обработки.
При установлении режимов резания необходимо учитывать характер изменения производительности в зависимости от режимов. Кривые производительности (рис. VI-8) показывают, что по мере приближения к скорости, обеспечивающей максимальную производительность (vmax или хтах), темп
/ дО \
роста производительности (	\ замедляется и при х = хшах падает до
нуля	Следовательно, затраты средств, связанные с увеличе-
нием скоростей резания (расход инструмента, электроэнергии и т. д.), дают различный прирост производительности. Если даже применять дешевый режущий инструмент, то все равно увеличение режимов резания свыше определенного их значения (хтах) при сохранении существующих в цехе потерь приведет не к увеличению, а к резкому падению производительности при одновременном непроизводительном расходе инструмента.
Высокая производительность в конечном счете предопределяет действительно экономические условия использования оборудования. При любых других режимах, больших или меньших по сравнению с режимом высокой производительности, имеет место падение производительности и недоиспользование основных средств производства.
Введем понятие оптимальных режимов резания уопт, которые должны обеспечить высокую производительность станка при наименьших трудовых затратах на выпуск данной продукции. Показателями, характеризующими наиболее благоприятные условия обработки, при определенных обстоятельствах могут служить режимы наибольшей стойкости инструмента, наименьшей себестоимости операции, наименьших хозрасчетных затрат, наибольшей производительности оборудования и др. Однако основным показателем оптимальности должны быть приняты режимы, при которых обеспечивается наряду с требуемым качеством изделия наивысшая си;су производительность труда. Определение on-тимальных режимов обработки необходимо базировать на расчетах, учитывающих наряду с ростом производительности обработки изменение всех технико-экономических показателей трудовых затрат на выпуск продукции. Следует оговорить, что часть трудовых затрат, таких как стоимость оборудования, ремонтные работы, производственная заработная плата с начислениями и др., при интенсификации обработки остается практи--чески неизменной. Переменными величинами в данном случае будут расходы на электроэнергию и инструмент..
1600
1200
800
<<00
Рис. VI-8. Изменение производительности машины Q, производительности труда Л, затрат на электроэнергию Сэ и инструмент Си
Известно, что в области практического использования скоростей обработки сила резания меняется крайне незначительно и мощность, затрачиваемую на резание, с достаточной степенью точности можно принять пропорциональной скорости резания. Затраты на электроэнергию Сэ необходимо определять с учетом роста выпуска продукции. Если, например, определенному режиму резания vo при коэффициенте производительности i]0 соответствуют расходы на электроэнергию СЭо, то с изменением скорости обработки в х раз расходы составят х-^-СЭо (где т]х —коэффициент производительности при новых режимах) или фСЭо- С интенсификацией режимов резания затраты на инструмент Си будут функционально зависеть от износа режущих кромок и составят хт-~Си, т. е. возрастание скорости обработки особенно сильно скажется на стоимости эксплуатации инструмента.
В качестве основной зависимости при определении наиболее эффективных режимов обработки может быть принята формула (П-13). В данном случае:
а)	коэффициент изменения производительности средств производства находится из выражения
Ф = Ж. = х.....(VI.26)
Qo 1 + KqX (£Xq + ^e0) + С0[Хт
где Ko, Ko,	—характеристики процесса при исходных режимах
резания уо;
б)	коэффициент возрастания текущих трудовых затрат с учетом роста выпуска продукции
бср = 1 — р (1 — ф) — сс (1 — срх"2"-1),	(VI-27)
где а и Р —соответственно доли затрат на инструмент и электроэнергию при и0;
в)	коэффициенты изменения затрат прошлого и живого труда равны единице (о* = 1, 8 = 1).
Максимум роста производительности труда будет соответствовать оптимальным режимам обработки, при которых = 0. Однако в результате дифференцирования получается уравнение высших степеней, для решения которого могут быть рекомендованы графо-аналитические методы. Весьма эффективно также применение счетно-решающих машин. На рис. VI-8 показано изменение производительности оборудования, производительности труда и затрат на электроэнергию и инструмент при интенсификации режимов обработки. Кривая производительности оборудования (ф) имеет максимум, отвечающий возможностям данного метода обработки и станка. Параметром наибольшей производительности труда (Хтах) является оптимальный режим, выше которого, несмотря на дальнейший рост производительности обработки, затраты общественного труда на выпуск единицы продукции начинают возрастать. Оптимальные режимы при этом всегда ниже режимов максимальной производительности оборудования. Превышение оптимальной скорости приводит к некоторому увеличению выпуска продукции вплоть до режимов хтах, однако трудовые затраты на изготовление каждой заготовки будут резко возрастать в результате большого расхода режущего инструмента. Величина сдвига максимума производительности труда является функцией всех технико-экономических показателей, но наиболее заметное влияние на нее оказывают затраты на инструмент, которые характеризуются прежде всего степенью совершенства инструментального хозяйства предприятия.
Оптимальные режимы резания находятся также в зависимости от срока службы и стоимости оборудования. Так, меньшему плановому сроку эксплуа-166
тации оборудования будут соответствовать более высокие скорости обработки, потому что доля затрат на инструмент в данном случае снижается и при интенсификации режимов сказывается в меньшей степени на росте трудовых затрат в целом по процессу. Аналогично, при работе на более дорогих станках оптимальные режимы будут выше, чем при использовании того же инструмента на более дешевых станках.
Частное от деления максимальной производительности на оптимальную определяет коэффициент резерва производительности
Рис. VI-9. Номограмма для определения Фхопт
__Qmax QonT
по режимам резания: фх
Зна-
чение фх будет характеризоваться, в основном, той долей расхода, которую занимает инструмент в общей стоимости выпускаемой продукции. По-
этому чем выше культура производства инструмента на данном предприятии, т. е. чем дешевле будет инструмент, тем значение фх ближе к единице.
Необходимо, чтобы доля расходов по инструменту не выходила за определенные пределы, основанные на полном использовании инструментального цеха, хотя по отдельным операциям могут быть резкие отклонения как в ту, так и в другую сторону. Поэтому всегда следует стремиться к увеличению выпуска продукции данным предприятием, несмотря на увеличение расходов по инструменту на некоторых операциях. В том случае, если при высокопроизводительной работе (перевыполнении предприятием программы) расходы по инструменту будут выходить за пределы возможностей инструментального цеха, необходимо не снижать выпуск продукции предприятием, а наоборот, продолжая увеличивать выпуск продукции, вести борьбу за удешевление производства инструмента и его заточки (считая это узким местом данного предприятия) путем внедрения скоростных прогрессивных методов работы в инструментальных цехах, повышая производительность труда рабочих инструментального цеха до уровня производительности труда рабочих основного производства. Опыт работы передовых предприятий страны (ЗИЛ, ГАЗ, 1ГПЗ и др.) показывает, что инструментальные цехи этих заводов за последние годы значительно увеличивают выпуск режущего инструмента за счет высокопроизводительных методов работы в инструментальных цехах. Это позволило снизить себестоимость изготовления и заточки инструмента. Несмотря на чрезвычайную сложность инструмента на этих предприятиях и его большую номенклатуру, после внедрения прогрессивных методов работы в основных и в инструментальных цехах доля расхода по инструменту и заточке составляет в продукции предприятия всего лишь а = 1,5 4-2,5%.
В связи с этим задача выбора оптимальных режимов, обеспечивающих высокую производительность станка, может быть решена путем выбора оптимального значения коэффициента фхопт с учетом удельного веса расхода инструмента.
На рис. VI-9 показана зависимость значения коэффициента фХопт от удельного веса расхода инструмента а при различных значениях т и Ktx исходя из условия обеспечения максимальной производительности труда по предприятию. Кривые показывают, что при росте коэффициента а значение фХопт увеличивается. Это означает, что на тех предприятиях, где инструментальное хозяйство стоит на высоком техническом иорганизацион-
ном уровне, можно обеспечить более полное использование основных средств производства путем применения высокопроизводительных режимов.
В том случае, когда инструментальное хозяйство находится на низком уровне, т. е. когда при изготовлении и заточке режущего инструмента не применяются высокопроизводительные методы работы, что соответствует высоким значениям а, может иметь место недоиспользование основных средств производства. Так, например, если расходы по инструменту состав» ляют а = 10% (см. рис. VI-9), а Д7Х = 1 и т ~ 8, то получим фХопт £> 2. Это означает, что ориентируясь на узкие места инструментального цеха, мы вынуждены будем снизить производительность основных средств производства более чем в 2 раза, т. е. более чем на 50%. Кривые показывают, что не следует ориентироваться на эти узкие места — инструментальный цех; действительно, если удешевить производство инструмента и довести а до 5%, то получим фхопт <3 1,06, и основные средства будут недоиспользованы лишь на 5% вместо 50% при а = 10%. В этих новых условиях будут иметь место резкое повышение производительности труда, экономичность и высокие темпы производства, чем и определяется социалистическая рентабельность.
На основе всестороннего анализа зависимости Фхопт от а (см. рис. VI-9) и фактических значений а на машиностроительных предприятиях границы оптимального значения фХопт рекомендуются от 1,03 до 1,12. Внедряя данную методику, необходимо производить корректировку фХопт путем последовательной проверки фактических значений а. При этом необходимо стремиться к дальнейшему уменьшению а и фхопт> что означает более полное использование основных средств производства. Таким образом, введение коэффициента фх позволяет правильно организовать инструментальное хозяйство данного предприятия и применять высокопроизводительные режимы резания, обеспечивающие полное использование основных средств производства.
Зная фх> можно определить резервы производительности
А =	- Qonr. i00 _ ,Фх-1 1 оо%.	(VI-28)
Чтах	фх
Для ф = 1,03 будем иметь А 3%, для ф = 1,06 значение А 5%, для ф ~ 1,12 значение А 10%.
При установлении высокопроизводительных режимов в производственных условиях на основе анализа данного производства определяются фактические значения расхода инструмента (в %) и коэффициента фх, после чего путем изменения режимов х добиваются рекомендуемых соотношений ф и расхода инструмента. При этом стремятся к непрерывному уменьшению значений ф и расходов по инструменту а, добиваясь полного использования основных средств производства. Зная допустимые значения фопт для данного производства, можно определить хопт и QonT.
При произвольно заданных исходных режимах vo оптимальный коэффициент интенсификации режимов может быть определен приближенно по формуле
Х°пт = (фх - 1) [tfo tfx +Х)	+ 3] + 1 •	(VI -29)
При графическом решении рекомендуется строить лишь часть кривой производительности (рис. VI-10) и по ней определить хопт.
Согласно рис. VI-10 имеем
AQ = Qmax •
Задавшись фх и зная Qraax. надо определить &Q и графически на оси абсцисс х найти хопт.	-	: -
Рис. VI-11. Зависимость оптимальной стойкости инструмента Гопт от времени холостых ходов станка tx при различных
/Г И фх
Практически нет необходимости определять оптимальную стойкость инструмента, так как знание хопт непосредственно дает ответ, насколько увеличить (или уменьшить) установленный на станке или произвольно принятый в начале расчета режим vQ: vonT = vQxom. При необходимости определения оптимальной стойкости при одноинструментной работе можно рекомендовать следующую формулу:
Топт - (m - 1) t ЦФх - 1) [К (/х + /е) + 3] + 1Г (VI-30)
На рис. VI-11 показана зависимость оптимальной стойкости инструмента от времени вспомогательных холостых ходов станка.
В автоматических линиях в условиях независимого регулирования имеется возможность изменять режимы обработки для каждой позиции на различную величину. Таким образом, в сравнении с многоинструментными станками автоматические линии являются более мобильными (с точки зрения рационального использования инструмента).
При разработке технологического процесса на автоматических линиях необходимо стремиться по возможности уравнять продолжительность обработки по позициям. Однако это не всегда удается сделать ввиду наличия, с одной стороны, продолжительных операций (например, чистового растачивания), а с другой — весьма кратковременных (например, снятие фасок, нарезание коротких резьб и т. д.).
V	5)
Рис. VI'12. Варианты циклограмм автоматической линии из агрегатных станков, иллюстрирующие метод искусственного усреднения при выборе режимов обработки на автоматических линиях
На первой стадии режимы обработки могут быть установлены на основе обобщения опыта эксплуатации действующих автоматических линий с применением нормативных функциональных зависимостей теории резания. Оптимальные режимы устанавливаются по формулам (VI-21), (VI-28) и (VI-29) аналогично многоинструментным станкам при кратном изменении скорости обработки на регулируемых позициях. Необходимо учитывать, что режимы целого ряда кратковременных операций (например, зенкования, снятия фасок и т. п.) целесообразно оставить неизменными, а регулировать следует только те, которые допускают возможность варьирования в достаточно широких пределах.
При назначении режимов резания может быть рекомендован метод искусственного усреднения длительности операций на регулируемых позициях. Первоначально по нормативным данным строится циклограмма автоматической линии (рис. VI-12, а), в которой выделяются две группы операций: регулируемые (например, для головок /, III, IV, VI, VII, VIII) и нерегулируемые (например, для головок II, V, IX). Далее выбирается время рабочих ходов таким образом, чтобы его величина не выходила за предельные значения длительности обработки регулируемых операций (например, по линии А—А рис. VI-12, б), после чего к выбранной величине условно приравниваются времена обработки во всех регулируемых операциях. В приведенном виде потери по инструменту для каждой позиции составят G = xm-lcoi.
Здесь
где fpcp — условно принятое время рабочих ходов на регулируемых позициях;
/р0; CQi — время рабочих ходов и простоев по инструменту на i позиции при исходных режимах резания.
Принимая полученные данные (^рср, tx, Q) соответствующими режимному фактору (х = 1), по приведенной выше методике для многоинструментных станков можно найти оптимальные режимы обработки (/Р ), что определяет длительность рабочих ходов на регулируемых позициях (рис. VI-12, в). Окончательно режимы назначаются исходя из конкретного ряда скоростей каждой головки при максимально возможном приближении их к расчетным данным.
§ 4.	ВЫБОР РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ
Рассмотрим несколько примеров установления режимов резания для случаев: проектирования нового технологического процесса; оптимизации работы действующего оборудования.
Пример 1. Определение оптимальной скорости резания при многорезцовом обтачивании в случае проектирования нового технологического процесса.
Предположим, что обработка наружных колец роликового подшипника ведется на многорезцовом полуавтомате МР-5 (зависимое регулирование) по схеме, представленной на рис. VI-13. Обработка осуществляется четырьмя резцами: 1 — проходным для обтачивания наружной поверхности кольца (резец, оснащенный пластинкой твердого сплава); 2— фасочным для снятия наружной фаски (резец из быстрорежущей стали); 3 — фасонным для снятия внутренней фаски (резец, оснащенный пластинкой твердого сплава); 4 — подрезным для окончательной подрезки торца (резец, оснащенныйпластинкойтвердого сплава).
Материал обрабатываемых колец — сталь ШХ15 (ов = 654-75 кгс/мм2 = 6504-750 Н/мм2; НВ 174—207). Для определения высокопроизводительных режимов воспользуемся приведенной ниже методикой.
1.	Определим режимы, рекомендованные справочниками. Подачи выбираются исходя из необходимого класса чистоты поверхности и возможностей станка. Для нашего случая берем для продольного суппорта $ = 0,4 мм/об. С такой подачей будут работать резцы 1, 2 и 3, закрепленные на этом суппорте. Для поперечного суппорта s4 = 0,2 мм/об.
1,6^5
4
, 39+0’S
Рис. VI-13. Схема обработки кольца подшипника
 Скорости резания для каждого резца предварительно берем по справочнику с учетом материала обрабатываемой детали, глубины резания и выбранной подачи. Для проходного резца 1 при t — 1,2 мм и s = 0,4 мм/об скорость v — 180 м/мин; для быстрорежущего фасочного резца 2 скорость v = 44 м/мин; для фасочного резца 3 скорость v— 105 м/мин; для подрезного резца 4 скорость v = 215 м/мин. Найденные скорости по тем же справочникам необходимо изменить в соответствии с коэффициентами, характеризующими состояние металла, поверхность заготовки, марку твердого сплава, сечение резцов, геометрические параметры режущей части резца, износ резцов, вид обработки и пр. Тогда, согласно справочнику, для каждого резца имеем свою рекомендованную скорость резания при стойкостях для твердосплавных резцов 90 мин и для резцов из быстрорежущей стали 60 мин: = 79 м/мин, v2 = 40 м/мин, v3 — = 61,5 м/мин и и4 = 66,2 м/мин2.
Так как кольцо обрабатывается несколькими резцами одновременно, при одной постоянной частоте вращения шпинделя, то сохранить рекомендованные скорости невозможно. Так, если предпочтение отдать какому-либо одному резцу и по нему настроить станок, то для работы остальных резцов получим либо тяжелые условия, либо недогрузку. В том и в другом случаях станок и резцы будут работать непроизводительно.
2.	Определим начальные значения скоростей voi для всех резцов исходя из схемы обработки. При этом в основу расчета
можем взять любую из скоростей, например, скорость резца 3—= 61,5 м/мин. Скорость для резцов 1, 2 и 4, работающих на одном диаметре, будет
»ОХ = Оо2 = »О4 =	% = 125 5 ’61,5 = 68,7 м'/мин’
где d3 и — соответствующие диаметры обработки.
3.	Соответствующие стойкости для резцов будут:
— 7"СПр
= 90 %. /
— 181,5 мин;
Л = 60
= 0,785 мин;
Т4 = 90
= 75,2 мин.
Для резца 3 Т3 — 90 мин, так как его скорость не меняется. При работе со скоростью 68,7 м/мин стойкость для резца 2 падает, достигая всего лишь 0,785 мин.
4.	Определим коэффициент С потерь второго вида для каждого резца. При этом время участия каждого обработки уОз =
резца щ в обработке одного кольца определим исходя из той же скорости 61,5 м/мин:
ЮОООод 1000-61,5
Пш° =	= 3,14-125,5 = 156’5 °б/МИН;
45
ах =	, ,СЦ n . =0,717 мин.
1 Po яш«0 156,5-0,4
Аналогично
а2 = 0,032 мин; а3 = 0,096 мин; — 0,232 мин.
Пользуясь справочником, принимаем время для смены и регулирования каждого резца: ” ^3 = ^4=3 мин и t2 — 4 мин.
Определяем
^ = ^ = ^ = 0,012. 1	1 01 lol,0
Соответственно С02 ~ 0,163, СОз — 0,003 и С04 — 0,009. Все данные сведем в табл. VI-1
Таблица исходных данных
Таблица Vhl
Резцы	Расчетные данные				
	m	t	а	Го	C0i
Проходной 1 . . . . Фасочный	(бы-	5	3	0,717	181,5	0,012
строрезный) 2 . ,	8	4	0,032	0,785	0,163
Фасочный 3 ... .	5	3	0,096	90	0,003
Подрезной 4	...	5	3	0,232	75,2	0,009
5. Найдем тср:
Ci = 0,187; cimi = }’421’

mcp =
1,421
0,178
= 7,6.
6.	Подсчитаем xniax> vmax и Qfflax:
K 1 1
Ло“ /Ро ~ a± - 0,717
1 , = 1,4 шт./мин;
'vmax — -..._______________zz = “TTrrr'rzzzrz'rzzr — 0,93.
C^o(«cp-l)LCi V 1.4-6,6.0,187
Для проверки подставляе^м полученные значения в формулу (VI» 19а). Получаем
1,4 [(5— 1) 0,012*0,935 + (8— 1) 0,163*0,938 + (5 — 1) 0,003*0,935 + (5 — 1) 0,0935] = 0,987;
^шах ~~ ^о-^шах == 61,5*0,93 — 57,2 м/мин, что допустимо;
п ______
<?„„---------------------— '-----------------------
1,4
= — -------------------------------------- = 0,69 шт ./мин,
1,4-0,55 + =-=-г-К1,4 0,187 (7,6—1)
/,и — 1
где время tx 4- /е на основе производственных данных принято равным 0,55 мин.
7.	Определим Xqht* ^опт ® Qoht*
Принимая (рх = 1,03, получим по формуле (VI-29)
х-------------------Хтах_______________________________°’93______________л 83
ОПТ ' (фх- 1) [Ко (k + fe) Хтах + 3] + 1	(1,03 - 1) (1,4 • 0,55.0,93 + 3) + 1 ~
г»опт — ^о3^опт = 61,5*0,83 = 51,0 м/мин.
Согласно уопт находим ^шопт* я __________________ 1900^опт
Пш~ S3
и по паспорту выбираем ближайшее
_ 1000-51,0 _ _.о „ ,, 3,14-125,5	29,2 об/мин’
пш — 123 об/мин, которому будут соответствовать
__ ttdn _
Тбоо ^
3,14-125,5-123
1000
= 48,4 м/мин;
х — хот ' 3 —' ^опт — 0,83*	— 0,798;
иопт	^ШОПТ
п._	Кох	1,4-0,798
4	п т ~ 1 + 1,4-0,798-0,554- 1,4-0,187-0,798^6
1 + Л'о^х4-Ко S cix СР 1=1
— 0,672 шт./мин;
Ф =
У резцов /, 2 и 4 скорости
С’1» 2, 4
Qmax __ 0,69
Q “ 0,672
1,03.
х л * 140,5	.
= 48,4	— 54 м/мин.
120,0
Соответственно стойкости резцов для данной наладки
90
7\ = -7~ЕТЪ-^ = 596 мин;
( 54,2 \ь \~79~ )
“Г % ~ /54,2 \8 — 5,3 мин,
\~40~ /
90
т3 ==	=300 мин;
3	/ 48,4 \5
\ 6Ь5 )
„	90
Т / 54,2 \5 - "4S мин-k W )
Таким образом, только при этих скоростях и стойкостях получаем высокопроизводительную работу. Если, как обычно рекомендуют, ориентироваться на лимитирующий резец и стойкость Т2 принимать равной 60 мин вместо полученной 5,3 мин, производительность станка резко упадет. Правильным решением вопроса будет перевод резца 2 также на твердый сплав. В случае замены резца 2 на резец с твердосплавной пластинкой получим по справочнику v2 — = 159 м/мин, а после корректировки по справочнику и2 — 93 м/мин, т — 5 и t = 3 мин для всех резцов. Принимая для расчетов ц0 — ~ 79 м/мин, получаем Ко = 1,59 шт./мин; хгаах — 1,23; Qmax — 0,843 шт./мин; отах = 97,2 м/мин; хопт — 1,09; уопт == 57,1 м/мин; пш — 197,5 об/мин. Ближайшее по паспорту пт — 188 об/мин, для которого vlt 2,4 “ ~ 82Т,9 м/мин; х — 1,05; Q — 0,82 шт./мин и ср ~ 1,028.
Скорость резца 3 равна 73,8 м/мин. Стойкости будут равны 7\ — 70 мин; Т2 — 160 мин; Т3 ~ 36 мин; Т4 ~ 28 мин.
Пример 2. Определение режимов максимальной производительности при однорезцовой обработке ступенчатого вала с постоянной частотой вращения шпинделя.
Рассмотрим случай обработки вала на токарном гидрокопировальном полуавтомате 1722 (рис. VI-14). Материал обрабатываемой детали — сталь 25ХГМ (о'в = 100-г-105 кгс/мм3 = “ 1 -ь 1,5 кН/мм3, НВ 156—207). Ввиду того, что в обработке ступенчатого вала участвует один резец, скорости резания и стойкости инструмента, соответствующие каждому диаметру обработки, будут разными. Задача в таком случае сводится к установлению скорости резания, которая бы удовлетворяла условию высокой производительности обработки не только отдельных ступеней, а детали в целом.
1. Выбираем режимы обработки по нормативам. Принимаем продольную подачу $пр = = 0,48 мм/об, глубину резания 0,5 мм. Обработку ведем резцом, оснащенным пластинкой твердого сплава Т15К6 при <р = 90°. Рекомендуемая скорость резания при стойкости То == = 60 мин составляет vo — 105 м/мин.
2. Определяем стойкости инструмента при обработке каждой ступени вала. Если принять за основу расчета обтачивание поверхности наибольшего диаметра вала (70_0,2 мм), то исходная частота вращения шпинделя и технологическая производительность составят:
1000уо	1000-105
= “ST" = ЗЛ4-71 ' = 470 об/мин;
к 8о»ш0	0,48-470	, .
До = —£— =-------jgg— = 1.2 шт./мин,
где L — суммарная длина обработки в мм.
f88
Рис. VI-14. Схема обработки ступенчатого вала
С учетом того, что стойкость инструмента при обработке наибольшего диаметра составляет То ~ 60 мин, стойкости на остальных ступенях будут равны:
а)	для диаметра 50,5_0j18 мм (51,5 мм)
)'60= 298 ”я;
б)	для диаметра 46,55_Oi15 мм (47,5 мм)
= ( --Г- ) Ль = ( -7---7Г 60 = 440 мин;
*	\ U3 /	1	\ 47,6 /
в)	для диаметра 42,55_0111 мм (43,5 мм) / d-,	/ 71 \5
=	) ГО1 = ( ТТТ) 60 = 685 мин;
г)	для диаметра 32,95_0)2 (34 мм);
/ d-, \m ( 71 \5 Л = (/ 60 = 2340 мин, где tn — 5 для твердосплавных материалов.
3. Определим потери по инструменту Q.
В связи с тем, что а ~-------------------------------------1— 9
sonuiQ где li — длина образующей г-ой ступени вала, потери по инструменту
3	/ 42,5 , 24,5 . 25,5 . 60 , 25,5 \	п П1О_
0,48-470 \ 60 + 298 + 440 + 685 + 2340 )	0,0127 мин/шт’’
где /см = 3 мин — нормативное время на смену и регулировку резца при работе на токарных гидрокопировальных станках.
4. Определяем режимы резания, обеспечивающие максимальную производительность:
1	1	1 «я
Xmax — m >—......-  —   —	— 1,64.
|//Co(m-1)	/1,2 (5 - 1)0,0127
5. Определяем оптимальные режимы, принимая фх = 1,09:
у ___________________Хшах______________________________1,64_____________ _
опт (Фх - 1) [Ко (/х + W Xmax + 3] + 1	(1,09 - 1)( 1,2• 0,50-1, 64-3) + 1	’ ’
где tx te = 0,50 мин.
Таким образом, режимы обработки по сравнению с принятыми (v — 105 м/мин для диаметра 70_с>2 мм) необходимо повысить в 1,32 раза, или уопт = уоХопт ~ Ю5* 1,32 = 139 м/мин.
Частота вращения шпинделя должна составлять
ЮОО^опт ЮОО-139
= -ЗД4Т7Г = 623 °б/МИН-
По паспорту станка принимаем ближайшее значение пш = 703, при этом скорость резания на максимальном диаметре
3,14-71-703	1
W-—1000— = 157 м/мин-
»х =
v	157
— — —— — 1,495, что меньше хтах- На остальных ступе-€>0	105
Коэффициент интенсификации нях скорости обработки составят: для диаметра 50,5_0;18 мм (51,5 мм) 3,14-51,5-703	11Л .
Ъ --------1000-----= 114 м/ ;
для диаметра 46,55_ол5 мм (47,5 мм) 3,14-47.6-703	1Л- ,
V* =------1000------= 105 м/миН;
для диаметра 42,55_0?11 мм (43,55 мм) 3,14-43,5-703	_ с ,
Щ =-------1000------= 96,5 м/мин;
для диаметра 32s95„0;2 мм (34 мм) 3,14-34-703	,
V5 =------1000--75 м/мин*
Пример Зо Проверка на оптимальность режимов обработки на действующем оборудовании.
Произведем расчет оптимальных режимов для шестишпиндельных токарных автоматов КА-76, работающих в автоматическом цехе карданных подшипников 1ГПЗ. Эти автоматы имеют двойную индексацию; обработка проводится двумя параллельными потоками, и за каждый поворот шпиндельного блока изготовляются две детали. Наладка автомата на обработку показана на рис. VI-15.
С целью определения эксплуатационных характеристик автомата в течение 15 смен были проведены хронометражные наблюдения. Данные наблюдений заносились в специальные протоколы, где отмечались продолжительность каждого простоя и его причина, а также время
Рис. VI-15. Схема наладки авто
мата КА-76 на обработку кольца карданного подшипника типа 80704; /, VIII — загрузка и выгрузка колец; II, III — черновое зенкерование, прорезка канавки, снятие наружной фаски; IV, V — снятие галтели; V/, VII — чистовое зенкерование, снятие внутренней фаски, подрезка
VI, VII
IV, V
Элементы затрат времени при работе автомата КА~76
Элементы затрат времени	Время в мин	Элементы затрат времени	Время в мин
Рабочие ходы 7р 		0,04	ожидание наладчика ....	0,0032
Холостые ходы /Xj 		0,0265	прочие 			0,0001
Потери по инструменту: /Хп		S ^хш *		0,0214
смена инструмента ....	0,0104	Потери по организационным при-	
регулирование инструмента	0,0067	чинам /XjV	
прочие 		0,0002	несвоевременный приход и	
4^			0,0173	уход оператора 		0,0011
Потери по оборудованию ^хш-‘		уборка станка		0,0027
механическое оборудование	0,0174	подготовка станка к работе	0,0024
электрическое оборудование	0,0007	Ъ <XIV 		0,0077
работы каждого автомата и его производительность. По данным всех протоколов составлялась сводная таблица. Расчет средних потерь каждого вида по отношению к каждому рабочему циклу проводился на основе статистической обработки полученных данных.
Все полученные результаты были сведены в табл. VI-2, в которой приведены данные по длительности всех элементов рабочего цикла и непроизводительным затратам времени — потерям видов II—V.
1.	Рассчитываем производительность станка при исходных режимах. С учетом двойной индексации автомата
О	=	2-25	_
1 + Ко S С0 1 + 25(0’0265 + °»0173 + °’0214 + °’°77)
= 17,6 шт/мин.
Здесь
^х“Ме +	“ ^Х1 ^ХП ^ХШ + ^X!V>
Ко = ~г~ —	~ 25 шт./мин.
?Р	VjUt:
2.	Определим режимы максимальной производительности оборудования, для чего воспользуемся формулой (VI-21) и данными табл. VI-2;
хтах ~	-----—------7-7-.................. -	— 0,912;
-/К0(т — 1)	/25(5 — 1)0,0173
3.	Максимальная производительность
п . о ____________________KpXfflax
1 + Ко (*х + ^е) хгаах 4“ Ко 2 СГ*йах 2-25-0,912	-17 о
= 1 4-25-0,0556-0,912-1-25-0,0173-0,9125 “ 1'>9 шт./мин.
Здесь
К -Me =	4- *xIV = °>0265 4- 0,0214 4- 0,0077 = 0,0556 мин.
4.	Определим оптимальные режимы обработки и соответствующую им производительность по формуле (VI-29):
г —	Хшах	—	0,912	—. П
опт (фх — 1) [Ко (/х + /е) Алах 4- 3] 4- 1	”(1,03 — 1) (25 -0,0566 - 0,912 4- 3) 4- 1 ,о ’
где для данного предприятия срх == 1,03;
О —	КрХопт	_
ОПТ 1 +	+ У *опт +	2 «т ~
1 4-25-0,0566-б, 8 Г+25-0,173-0,8~ПГ = 17,8 ШТ‘/МИН'
Полученные результаты говорят о том, что при снижении скорости резания почти на 20% будет обеспечено определенное повышение производительности оборудования. При этом заметно
Qo	17,6
повысится стойкость резцов, а затраты по инструменту снизятся в ~“ ТГ8~0"8Й~ ~ 5= 2,28 раза, т. е. более чем на 55%.
§ 5. ПРОБЛЕМЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ
Объективной закономерностью развития любых способов обработки, в том числе обработки резанием, является интенсификация режимов обработки как один из важнейших факторов повышения производительности рабочих машин.
Как показывает формула (VI-21), основным параметром, определяющим максимальные и оптимальные режимы обработки, являются внецикловые потери, которые зависят в равной степени как от стойкости инструмента 7\-, так и от длительности его смены и регулирования tt. Поэтому залогом интенсификации режимов обработки является постоянная борьба за сокращение потерь по инструменту.
Важным резервом интенсификации обработки является использование систем автоматического регулирования для поддержания оптимальных режимов резания. Этот процесс, получивший название адаптации, характеризует автоматическую самонастраиваемость системы СПИД по одному или нескольким параметрам процесса механической обработки. Регулируется либо подача инструмента, либо скорость вращения детали (инструмента), либо несколько параметров одновременно. Наибольшее распространение получило регулирование подачи по тангенциальной силе резания при токарной обработке и скорости вращения при сверлении и фрезеровании [27].
На рис. VI-16 приведены некоторые примеры фрезерной обработки, где применение адаптивного управления позволяет интенсифицировать режимы и тем самым сократить общую длительность обработки. При обработке деталей с переменной шириной или глубиной фрезерования (рис. VI-16, а, б, г) подача s устанавливается обычно применительно к наиболее нагруженному участку (на рис. VI-16 постоянная величина подачи показана штриховой линией).
Адаптивное управление позволяет изменять подачу в процессе перемещения фрезы на длину /, обеспечивая оптимальные условия обработки на всех участках. Аналогично адаптивное управление позволяет реагировать изменением режимов на появление твердых включений (рис. VI-16, в), износ инструмента (рис. VI-16, б), наличие ступенек или пазов на обрабаты-
Рис. VI-17. Блок инструментов с заменой резцов без остановки станка
ваемой поверхности (рис. VI-16. е)„ Одновременно повышается стойкость инструмента, так как устраняются «пиковые» нагрузки на режущие кромки. Таким образом, адаптивные системы являются перспективным средством интенсификации режимов обработки даже при обычных инструментах и технологических методах, позволяя не только сократить общую длительность обработки, но и повысить стойкость инструмента.
Одним из основных факторов интенсификации режимов обработки является быстросменность инструмента. До недавнего времени единственной формой за
мены инструмента была ручная замена с регулировкой инструмента на размер непосредственно на станке. Но если в универсальных металлорежущих станках, где вследствие больших холостых ходов потери по инструменту мало влияют на фактическую производительность, такая система сохраняется до сих пор, то при эксплуатации автоматов и автоматических линий типовыми стали быстросменные инструментальные наладки с настройкой на размер вне станка, все шире внедряется автоматическая смена инструмента, позволяющая свести потери по инструменту к минимуму. Так, на многошпиндельных токарных автоматах резцы имеют шлифованные базовые поверхности и регулировочные винты для предварительной настройки на размер. Инструмент фиксируется в гнезде резцедержателя с помощью подпружиненной защелки. В многорезцовых полуавтоматах применяется блочная наладка с применением пакетных резцедержателей.
Сочетание блочной наладки с непрерывной заменой отдельных резцов без останова станка использовано в предложенной автором конструкции инструмента (рис. VI-17) для вертикального многошпиндельного автомата, работающего методом попутного точения. Резцы 1—8, предназначенные для обработки цилиндрической поверхности подшипникового кольца, установлены в сегментном блоке Р, закрепляемом неподвижно на станине станка. Резцы однотипны, настроены на один размер вне станка и фиксируются в пазах блока эксцентриковым зажимом 10. При одинаковом размере резцов их различный вылет в радиальном направлении к детали определяется настроечным барабаном И, связанным с ручным маховиком 12.
Резцы выбирают элементы припуска, чередующиеся по высоте с разницей в 0,1—0,2 мм. Резец 2 установлен ниже резца 3, резец 4—ниже резца 5, резец 6 — ниже резца 7. Такая схема резания имеет самоблокировку, заключающуюся в возможности съема возросшего припуска в случае выхода из строя предыдущего резца. Это же свойство позволяет заменять износившиеся резцы без останова станка. Резец заменяется следующим образом. Износившийся резец, например 3, освобождается эксцентриковым зажимом 10 и при повернутом барабане 11 отводится назад до впадин его кулачка, затем извлекается из гнезда-державки. Новый резец вставляется в гнездо до контакта регулировочным винтом с барабаном И и при слегка затянутом эксцентрике вводится в зону резания и зажимается окончательно. Барабан имеет участки грубой и тонкой подачи, позволяющие точно установить резец в рабочем положении. Во время замены резца 3 его припуск снимается резцом 4. Аналогичным образом осуществляется замена и подрегулировка других резцов.
Рис. VI-18. Схема съема припуска при точении резцовыми головками
Возможна и другая комбинация резцов, в особенности чистовых, когда один резец, отстоящий на 0,05—0,1 мм ниже другого, не работает и является дублером, чтобы в случае износа или поломки основного снимать припуск до замены новым. Сигналом к замене основного резца служит появление стружки на дублере. Использование дублеров и блокировочных резцов по-новому решает задачу смены инструмента и позволяет фактически устранить влияние потерь по инструменту на производительность машины. Эта задача становится особенно актуальной в условиях новых высокопроизводительных станков, работающих по новым прогрессивным технологическим процессам.
В последнее время в связи с концентрацией самых разнообразных операций на одном станке (сверление, зенкерование, растачивание, подрезка, фрезерование) все шире внедряется групповая замена. Дальнейшим этапом развития является автоматическая смена инструментов, получившая наибольшее распространение в многоцелевых станках с программным управлением.
Важнейшим средством интенсификации режимов обработки является разработка новых, прогрессивных процессов и методов обработки. Их сочетание с быстросменными инструментальными наладками и системами для автоматической замены инструмента позволяет получить невиданную производительность машин. Так, вертикальный многошпиндельный токарный автомат непрерывного действия, работающий по методу попутного точения с инструментальными блоками (см. рис. VI-17), заменяет по производительности 5 обычных многошпиндельных автоматов, 50 токарно-револьверных станков или 100 универсальных токарных станков (см. рис. 1-1).
Новым прогрессивным процессом, позволяющим автоматизировать смену режущих кромок, является точение резцовыми головками, при котором припуск снимается поэлементно в виде наклонных на угол <р (рис. VI-18) слоев при вращении детали со скоростью резания и поступательном перемещении резцовой головки, вращающейся со скоростью подачи. За каждый оборот детали головка перемещается вдоль оси на величину подачи s0, а ее зуб 1 занимает соответственно положения ах—пока не достигнет настроенного размера обрабатываемой поверхности. Следующий зуб 2 начинает врезание в точке по наклонной поверхности, оставшейся после обработки предыдущим резцом. По окончании работы зуба 2 входит в контакт с деталью зуб 3 головки и т. д. В процессе точения резцовыми головками смена режущих зубьев совмещается с работой без холостых промежутков, что соответствует идеальному процессу резания без потерь на смену инструмента.
Сочетание методов попутного точения и точения резцовыми головками позволило решить задачу высокоточной и высокопроизводительной обра-
Рис. VI-19. Обрабатываемая деталь и инструмент при обработке крышек электродвигателей методами попутного точения и точения резцовыми головками
ботки крышек электродвигателей, которая реализована на специальном станке, созданном под руководством автора (рис. VI-19).
Резцовая головка 1 для растачивания отверстия устанавливается в корпусе 2 совместно с фасочными резцами 3. Головка / крепится винтом 4, а крутящий момент от корпуса 2 передается торцовыми кулачками. На корпусе 2 установлены диаметрально противоположно колодки 5 с резцами 6 для обработки посадочного пояска и торца щита. Регулировка резцов 6 по высоте осуществляется клином 7, смещающим в радиальном направлении колодку 5. Возможна индивидуальная* регулировка резцов 6 путем разворота их круглых державок вокруг оси. При работе инструмент получает медленное вращение $кр в направлении, попутном к вращению детали 8. При продольной подаче происходит последовательный съем припуска резцами по всей длине детали.
На рис. VI-20 приведены зависимости производительности машин Q и производительности труда А от режимов обработки для обычного точения (а} и при точении резцовыми головками (б) при обработке деталей типа валов, построенные по результатам сравнительных экспериментальных исследований. Если при обычном продольном точении максимальная производительность обеспечивается при скорости v = 123 м/мин, то резцовыми головками при v = 230 м/мин, т. е. новый метод позволил интенсифицировать режимы обработки в х ~ 1,9 раза и обеспечить повышение производительности в ср = 1,5 раза.
Диаграмма, приведенная на'рис. VI-21, иллюстрирует прогресс в интенсификации режимов обработки на автоматах благодаря применению новых инструментальных материалов и новых прогрессивных методов обработки. Так, если при использовании быстрорежущего инструмента режимы максимальной обработки составляют 40 м/мин (верхняя граница соответствует инструментам с предварительной настройкой на размер), то приме-180	'
Рис. VI-20. Производительность машин О и производительность труда /7тр при продольном точении и фрезоточении
мых режимов токарной обработки при использовании различных инструментальных материалов и методов обработки:
1 — инструментальные стали; 2 — быстрорежущие стали; 3 — твердые сплавы (За продольное точение, 36, — попутное точение резцами, Зв — точение резцовыми головками)
нение твердосплавного инструмента позволяет применять скорости до 180 м/мин. Тот же твердосплавный инструмент, работающий по методу попутного точения, позволяет повысить режимы до 250 м/мин, а при точении резцовыми головками до в интенсификации режимов достигается
280 м/мин. Дальнейший прогресс применением металлокерамиче-
ского и алмазного инструментов, эффективность применения которых
опять-таки многократно увеличится при одновременном использовании и новых методов обработки.
В связи с интенсификацией режимов обработки возрастают требования к металлорежущему оборудованию, возникают новые проблемы его расчета и конструирования. Для нормальной работы необходимо иметь быстроходные шпиндели, высокоточные и виброустойчивые. Подшипники шпинделей должны быть точными и жесткими, шпиндель в сборе отбалансирован во избежание прецессии его от гироскопического момента на высоких оборотах. Привод подач станков должен обладать повышенной жесткостью, а в станках попутного точения — и безлюфтовостью. Повышение жесткости кинематической цепи достигается сокращением числа ее звеньев путем введения высокоредуцирующих передач: червячных и зубчатых волновых.
В связи со склонностью системы СПИД к самовозбуждению при работе на высоких частотах вращения необходимо использовать в суппортных группах виброгасители или прерыватели процесса возбуждения колебаний. При многоинструментной наладке попутного точения сами инструменты с кратковременным характером работы препятствуют самовозбуждению колебаний.
Вопросы расчета и конструирования шпиндельной и суппортной групп, кинематических цепей между ними необходимо решать в комплексе. Значи-
тельно упрощает кинематику станка и повышает ее жесткость применение раздельных электродвигателей.
Глава VII
СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
§ 1.	КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Системы автоматического управления обеспечивают работу станков по заранее заданной программе. Главное отличие автомата от обычного универсального станка в том, что он по точной, заранее составленной программе выполняет определенный повторяющийся цикл работы.
Освободить человека от выполнения функции ручного управления и от большого количества вспомогательных работ можно только путем создания механизмов и систем управления. Для этих целей на практике технологическое оборудование часто оснащается простыми средствами автоматизации, которые обеспечивают выполнение станком несложных программ обработки. Одним из таких примеров является управление движениями станка с помощью упоров. Применение в качестве упоров путевых переключателей позволяет осуществлять также перемещение суппортов, менять направление их движения и останавливать станок при окончании обработки. Стремление механизировать управление технологическим оборудованием при изготовлении сложного профиля детали привело к появлению систем управления, в которых программоносителем является копир или шаблон. Для изготовления деталей массового производства широкое применение получило оборудование, оснащенное системой управления с распределительным валом. В качестве программоносителя в таких системах управления служит распределительный вал с профильными кулачками.
Быстрое развитие техники потребовало применения качественно новых методов автоматизации производства, выдвинув основной задачей — достижение высокой технологической гибкости производства. Такая задача не могла быть решена традиционными средствами автоматизации, поэтому за последнее время автоматизация получила принципиальное новое направление в виде создания широкоуниверсальных систем цифрового управления. Современные станки с цифровым программным управлением, как и другие виды автоматического оборудования, работают по заранее составленной программе, но сама программа составляется и передается станку принципиально другим методом. При традиционных методах автоматизации весь объем информации, необходимый для изготовления деталей, реализуется в кулачках, копирах, шаблонах, упорах и т. п., с помощью которых эта информация затем передается технологическому оборудованию как программа обработки данной детали. Подобный способ подготовки и задания станку программы обработки связан с изготовлением всех этих средств автоматизации в натуре, что, естественно, усложняет их применение.
В станках с цифровым программным управлением на всех этапах подготовки программы обработки вплоть до ее задания станку технолог имеет дело только с информацией в цифровой (дискретной) форме, полученной непосредственно из рабочего чертежа детали, что позволило применить математические методы для подготовки программ и автоматизировать весь процесс их изготовления с помощью электронных вычислительных машин.
Появление цифрового программного управления позволило создать и внедрить в производство самонастраивающиеся системы управления оборудованием, способные автоматически выбирать оптимальные режимы обработки в ходе технологического процесса. Подобные системы управления характеризуются нежестким циклом обработки детали в отличие от систем управления с распределительным валом, систем управления упорами, копировальных систем управления и т. п., которые осуществляют управление жестким циклом обработки.
Выбор системы управления во многом зависит от специфики технологического процесса, от конкретных производственных условий, в которых будет эксплуатироваться рабочая машина, и от требований экономии.
Кроме того, система управления накладывает свои особенности на кинематику и конструкцию станков, агрегатов линии, так как кинематика и конструкция станков, транспортных и вспомогательных устройств неотделимы от системы управления. Однако любая система управления независимо от характера технологического процесса, для которого она предназначена, должна максимально отвечать следующему ряду основных требований: высокоточное исполнение команд на перемещение; синхронизация перемещений в различных циклах; высокая надежность работы; мобильность при смене объекта производства; простота конструкции и низкая стоимость; оптимальное регулирование процесса обработки; многокоординатность и много-инструментность обработки; короткий цикл подготовки программы работы; выполнение большого количества технологических команд (переключение подач и частот вращения шпинделя, поворот резцовой головки, включение и выключение охлаждения, смена инструмента); управления продолжительными циклами обработки без смены программоносителя.
Системы управления автоматов и автоматических линий могут различаться по многим признакам, а именно, по принципу синхронизации, по степени централизации управления, по методу воздействия, по числу управляемых координат, по виду программоносителя, по наличию или отсутствию обратной связи и т. д. Централизованные системы управления характеризуются тем, что управление всем технологическим циклом осуществляется с центрального командного устройства (командоаппарата, пульта, распределительного вала, лентопротяжного устройства) независимо от действия и положения исполнительных органов. У таких систем управления продолжительность рабочего цикла для каждого исполнительного органа является, как правило, величиной постоянной. Благодаря простоте схемы управления, надежности в работе, удобству обслуживания и наладки централизованные системы управления получили наибольшее применение в автоматах. К числу недостатков подобных систем можно отнести необходимость иметь дополнительные предохранительные устройства, так как команды с центрального командного пункта подаются вне зависимости от действия и положения исполнительных рабочих органов.
Децентрализованные системы управления, называемые иногда путевыми, осуществляют управление при помощи датчиков (чаще всего путевых переключателей и конечных выключателей), включаемых движущимися исполнительными рабочими органами. Эти системы основаны на управлении упорами. Все исполнительные органы связаны между собой так, что каждое последующее движение одного может происходить после окончания движений предыдущим. Преимуществом этой системы управления является отсутствие сложной блокировки, так как команды подаются только после окончания предыдущей операции. Однако датчики расположены в рабочей зоне станков и нередко выходят из строя из-за попадания стружки, пыли, масла и выдают неправильные команды вследствие закорачивания электрических цепей. Кроме того, многочисленные датчики, элементы промежуточных цепей в целом являются еще недостаточно надежными в работе.
Смешанные системы управления являются комбинацией первых двух систем. Здесь управление некоторыми элементами цикла осуществляется, как в децентрализованной системе, а остальными — от центрального командного устройства. Например, центральный командоаппарат управляет всем циклом автоматической линии, а параллельно с этим осуществляется контроль выполнения очередных команд при помощи путевых датчиков. Вал командоаппарата при нормальной работе линии вращается непрерывно, а при невыполнении очередной команды командоаппарат отключается. Несмотря на то, что смешанные системы обладают некоторыми недостатками первых двух систем, они имеют большие перспективы применения как более гибкие и универсальные.
Наиболее важным и характерным признаком любой системы программного управления является способ задания программы обработки, выбор которого во многом зависит от назначения системы управления, от структурной особенности и экономической целесообразности. Способ задания программы, как правило, определяет основные особенности системы управления, структуру управления, степень постоянства действия сигналов управления, степень централизации и т. д.
Любая автоматическая система управления выполняет строго определенный, заранее намеченный (запрограммированный) комплекс операций по обработке детали, составленный в виде программы работы автомата или автоматической линии в соответствии с принятым технологическим процессом. Поэтому система программного управления имеет элемент или устройство, называемое в дальнейшем программоносителем, который в той или иной форме содержит программу работы управляемого исполнительного органа.
По способу задания программы и виду программоносителя имеются:
1)	системы управления упорами;
2)	системы управления копирами;
3)	системы управления распределительным валом;
4)	системы циклового програхммного управления (упоры, коммутаторы, штеккерное табло);
5)	системы цифрового программного управления (ЦПУ) (перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и барабаны).
Классификация систем управления автоматов, автоматических линий, станков с ЦПУ, проведенная на основе командной информации, позволяет объединить все пять групп систем автоматического управления технологическим процессом в одну общую взаимосвязанную структуру.
Наиболее высокой надежностью обладает система управления распределительным валом. Она представляет собой характерный пример централизованной, разомкнутой системы управления без обратной связи, обеспечивающей надежную и точную синхронизацию всех движений рабочего цикла любой сложности. Системы с распределительным валом позволяют заранее спроектировать и рассчитать рабочий цикл любой сложности, обеспечив строгое выполнение заданного технологического процесса обработки за определенный промежуток времени. Эта система управления получила широкое распространение в автоматах самого различного назначения.
Первые системы цифрового программного управления станками были недостаточно надежными, так как строились преимущественно на электронных лампах. В настоящее время эти системы строятся исключительно на полупроводниковых приборах, что позволило значительно повысить надежность работы, уменьшить размеры электронных блоков и снизить потребляемую мощность. Современные системы цифрового программного управления рабочими машинами характеризуются тысячами часов непрерывной работы без сбоев. Огромный интерес к цифровому программному управлению вызвало появление систем управления, построенных на твердых или интегральных схемах. Помимо уменьшения размеров применение этих схем еще более 184
(в 10 раз и более) увеличивает надежность электронных устройств. Ни одна из традиционных систем управления не могла обеспечить высокую гибкость и переналаживаемость оборудования на изготовление новой детали, только появление станков с цифровым программным управлением позволило коренным образом решить эту технически сложную задачу. Однако цифровые системы управления имеют пока высокую стоимость и сложны в эксплуатации.
Системы управления упорами при всех своих преимуществах (конструктивная простота, малая стоимость, дистанционность управления и т. п.) имеют существенный недостаток, заключающийся в отсутствии управления положением исполнительного органа станка в процессе его перемещения, что затрудняет синхронизацию управления несколькими исполнительными органами. Эти системы нашли широкое распространение в современных агрегатных станках и автоматических линиях.
Системы управления копирами, обладая целым рядом преимуществ (возможность обработки детали со сложными поверхностями, универсальность и мобильность при наладке, широкая возможность автоматизации станков и т. п.), также имеют недостатки: невозможность автоматизации работы несколькими инструментами, автоматизация только рабочих ходов и сравнительно высокая трудоемкость изготовления копиров и т. д.
Цикловые системы программного управления отличаются от цифровых сравнительной простотой структуры построения, конструкций и схем их узлов. Они имеют меньшую стоимость в сравнении с цифровыми системами, меньшую сложность освоения, достаточную надежность работы, простоту устранения возникающих неисправностей, однако технические возможности их менее широки.
Выбор той или иной системы управления оказывает существенное влияние на все технико-экономические показатели автоматов и автоматических линий: их производительность, надежность в работе, экономическую эффективность. Производительность рабочих машин по определению есть величина, обратная длительности рабочего цикла и суммарных внецикловых потерь:
Учитывая при сравнительном анализе различных вариантов построения машин только собственные внецикловые потери, получим
Q =,	(VII -1)
ip + ^х -f" Ci -fr--f- £nep
где /р — время рабочих ходов цикла;
tx — время холостых ходов;
У, С£ — потери по инструменту;
4 — потери по оборудованию;
4еР — потери по переналадке.
При этом
U=~(VII-2)
где ®пер “ время, затрачиваемое на переналадку станка при переходе на обработку другой детали;
а—размер партии обрабатываемых деталей (1 <| а оо).
Применение различных систем управления и их вариантов связано с различной величиной прежде всего холостых ходов рабочего цикла и длительности переналадки 0пер.
По принципу осуществления холостых ходов все рабочие машины с системами автоматического управления можно разделить на три группы.
В автоматах группы I система управления построена таким образом, что изменение величины рабочих ходов вызывает пропорциональное изменение и холостых ходов, при этом величина коэффициента производительности не меняется;
t|j = const.	(VII-3)
По этому принципу построены системы управления почти всех неметаллорежущих автоматов с распределительным валом — текстильных, пищевых, электровакуумных и т. д., а также металлорежущих для малотрудоемких работ. При изменении скорости вращения распределительного вала время совершения рабочих и холостых ходов меняется пропорционально. К группе I принадлежат и станки с программным управлением, управляемые, например, от магнитной ленты с постоянной скоростью протягивания. Изменение скорости лентопротяжного механизма также приводит к изменению скоростей и рабочих, и холостых перемещений:
Отсюда формула цикловой производительности для автоматов группы I
Qi - КПр	(VII-4)
Это означает, что цикловая производительность растет пропорционально технологической.
В автоматах группы II система управления построена таким образом, что изменение величины рабочих ходов и технологической производительности не влияет на длительность холостых ходов, которые остаются постоянными. К автоматам группы II относятся, например, гидрокопировальные станки, где длительность зажима деталей быстрого подвода и отвода суппортов и других холостых ходов не зависит от варьирования режимов и длительности обработки. По группе II строятся токарные многошпиндельные автоматы, автоматические линии из агрегатных станков с системой управления упорами и т. д. Их общим признаком является условие
/Хп = const.	(VII-5)
Цикловая производительность автоматов группы II выражается формулой
Автоматы группы III (промежуточной) сочетают характерные признаки автоматов групп I и II. Их системы управления строятся таким образом, что при варьировании длительности рабочих ходов одна часть холостых ходов меняется пропорционально, вторая остается неизменной. Следовательно, для автоматов данной группы характерны оба признака:
rij = const; ZXjl = const.	(VII-7)
По этому принципу построены, например, многие автоматы в электровакуумном машиностроении, которые кроме основного распределительного вала с постоянной скоростью вращения имеют периодически включаемый быстровращающийся вал, от кулачка которого происходит поворот карусели. В автоматах группы III длительность рабочего цикла
Т = /р + tXl + /Хп,	(VII-8)
где ZXl — холостые ходы, совершаемые по группе I (зависимые от изменения ^р);
/хп — холостые ходы, совершаемые по группе II (независимые от изменения
ТО
Так как
т — tXl по — __В_ — ____________Х1 ___ 1
41 'р ~~ р — i
т
^Xj — Т (1 — T]j).
(VI1-9)
Подставляя значение £Xj в формулу (VI1-8) и преобразуя ее, получим т = tp + т (1 - тц) + /Хц;
yi _ + ^ХП
~ ш
Отсюда
О = 1 = _Ш— =	.
ш Г 4" ^xjj	4~ 1 *
(VII-10)
Qin —• ^СЛтЛи» где гп — коэффициент производительности без учета холостых ходов группы II;
Л	< <
hn дТ -[ГТ — коэффициент производительности без учета холостых ходов группы I.
Формулы производительности (VII-4), (VI1-6), (VII-10) автоматов всех трех групп выражают величину цикловой производительности в зависимости от Л, которая является переменной величиной, и того параметра, который для данной группы автоматов служит константой (hi» ^хп)« Это дает возможность сравнивать величину цикловой производительности при различных вариантах построения систем управления, выбирать для каждого конкретного случая самые оптимальные варианты.
На рис. VII-1 показаны кривые производительности всех трех групп автоматов, причем кривая III соответствует автомату промежуточной группы. Как видно, эта кривая такая же, что и кривая для автоматов группы II. График показывает, что рассматриваемая группа автоматов занимает промежуточное место между автоматами групп I и II, ибо в определенных диапазонах изменения технологической производительности от Ki до К2 автоматы промежуточной группы обеспечивают большую производительность, чем автоматы групп I и II. Вне указанных пределов автомат промежуточной группы менее производителен, чем автоматы группы II (К <5 Xi) и группы I (при К > Л2)* Из этого же графика виден диапазон использования автоматов групп I и II. Точка пересечения М кривых I и II показывает, что результаты работы на двух различных автоматах, с точки зрения производительности, одинаковы. Вправо или влево от этой точки производительность для станков групп I и II совершенно различная. Очевидно, что если одна и та же работа технологически осуществима на автоматах обеих этих групп, то выбор автомата надо сделать исходя из приведенного графика.
На основе анализа конструкций и динамического исследования большого количества целевых механизмов металлорежущих автоматов и полуавтоматов, а также "построения кривых использования автоматного парка можно сделать следующие ориентировочные выводы:
Рис. VI1-1. Зависимость производительности автоматов от технологической производительности
а) если К В> 10 шт./мин, автоматы должны строиться по схеме группы I; б) если К < 1 шт./мин, автоматы должны строиться по схеме группы II; в) если К находится в пределах 0,5—10 шт./мин, автомат может иметь принципиальную схему группы IIL
Иными словами, для мелких и легких работ следует создавать автоматы группы I; для мелких и средних работ, требующих сложной последовательной обработки, — автоматы группы III; для средних и тяжелых работ — автоматы и полуавтоматы группы II.
Для более точного выбора принципиальной и структурной схемы автомата необходимо провести подробный анализ применяемых целевых механизмов и определить технологическую производительность и ориентировочное значение коэффициента производительности для смежных групп автоматов. Тогда можно окончательно выбрать схему, отдавая предпочтение той, при которой при всех прочих равных условиях получится наибольшее произведение двух величин К и ф, т. е. наибольшая производительность автомата.
В качестве примера рассмотрим, в каких случаях какую группу выгоднее применять, если имеется три автомата со следующими характеристиками их холостых ходов: автомат группы I, = 0,8; автомат группы II, txu — = 10 с; автоматы группы III, тр = 0,96 и /XjI = 5 с. По вышеприведенным формулам подсчитаем, какую производительность будет иметь каждый автомат при обработке деталей различной трудоемкости с технологическим фактором /( от 0,5 до 4 шт./мин. Результаты подсчета приведены ь табл. VI1-1.
Результаты вполне соответствуют характеру кривых, показанных на рис. VII-1. Для трудоемких деталей (К = 0,5) выгоднее применять автоматы группы II и наименее выгодно применять автоматы группы I; для деталей средней трудоемкости (Л = 1 и К = 2) выгоднее применять автоматы группы III и наименее выгодно применять автоматы группы I (при К ~ 1), а при К = 2 —автоматы группы II. Для легких работ (К ~ 4) наиболее выгодно применение автоматов группы I.
Вторым параметром, определяющим выбор той или иной системы управления при создании автомата, является длительность переналадки на обработку других деталей, которая в основном определяется длительностью смены программы обработки. При массовом и крупносерийном производстве (а —> со) потери на переналадку равны или близки к нулю (/пор —* 0), поэтому выбор системы управления определяется максимальной величиной цикловой производительности (см. рис. VI1-1). Однако в условиях серийного и мелкосерийного производства (а —> 1) важнейшим определяющим фактором становится мобильность систем управления, быстрота их переналадки. На рис. VI1-2 показана зависимость производительности автоматов Q от размера обрабатываемых партий между переналадками а при различной длительности переналадки 0пер. Как видно, при плохой мобильности фактическая производительность автоматов в условиях серийного производства оказывается во много раз ниже производительности при массовом производстве QM. Именно малая длительность переналадки обусловила широкое применение систем программного управления как наиболее мобильных, в то время как для массового стабильного производства основой автоматизации по-прежнему остаются системы управления с распределительным валом и кулачками.
Разнообразные методы осуществления команд, которые широко применяются в современном автоматостроении (механические, гидравлические 188
Таблица VII-1
Сравнение производительности автоматов
Группа автомата	X олостые ходы		Производительность Q в шт./мин при			
		^*7	о" II *£	II к	сч 11	II
I II III	0,8 0,96	10 5	0,4 0,46 0,435	0,80 0,86 0,88	1,6 1,5 1,7	3,2 2,4 2,67
Рис. VI1-2, Зависимость производительности автоматов от длительности переналадки и размера партии деталей
Рис. VI1-3. Примеры структурных схем автоматов
пневматические, комбинированные и т. д.), приводят к появлению автоматов со сложной структурой. Поэтому для наглядной иллюстрации способов управления сложными циклами используются структурные схемы управления.
На рис. VII-3 приведены примеры структурных схем двух автоматов со сложным циклом управления.
Автомат, показанный на рис. VI1-3, а, имеет непрерывно вращающийся распределительный вал с медленным ходом, за время которого работает периодически действующий вспомогательный вал. Распределительный вал дает команду 1 на медленный (мертвый) ход и включает вспомогательный вал (команда 2), который, совершив работу, сам выключается (команда 3). Распределительный вал после медленного хода имеет рабочий ход (сектор а), а затем дает себе команду 4 на быстрый ход (сектор &), после чего вновь имеет рабочий ход (сектор а')> опять дает себе команду 5 на быстрый ход (сектор Ь'). Затем следует команда 1 на медленный ход, и цикл повторяется.
На рис. VI1-3, б показан автомат с одним распределительным реверсивным механизмом (РРВ). В конце обратного хода кулачок дает команду 1 и РРВ получает прямой быстрый ход. Когда кулачок дает команду 2, РРВ получает рабочую скорость. В конце рабочего хода кулачок дает команду 3 и РРВ получает обратный быстрый ход. Команды при обратном ходе кулачок не дает.
§ 2. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ УПОРАМИ
Система управления упорами является децентрализованной системой, где управление осуществляется при помощи неподвижных упоров, воздействующих на датчики (чаще всего путевые переключатели или' конечные выключатели).
Упоры воздействуют на путевые переключатели, которые при помощи электрических, гидравлических и, реже, пневматических сигналов передают команды на соответствующий привод исполнительного механизма.
В автоматических линиях других типов система упоров используется для путевого управления работой смежных агрегатов, для подачи команд от одного агрегата к другому, для управления циклами силовых головок, рабочих столов, для системы блокировки и сигнализации. Смена и подготовка программы обработки не требует больших затрат времени, что создает известную мобильность и технологическую гибкость систем управления с упорами. Упоры могут выполнять две функции: ограничивать перемещение и управлять очередностью перемещений. В первом случае для этого используют
жесткие упоры, воздействующие на привод исполнительного органа в его конечном положении, во втором случае применяются путевые переключатели.
При использовании гидравлического привода в момент соприкосновения жесткого упора с исполнительным органом происходит повышение давления в цилиндре до максимальной величины, определяемой настройкой предохранительного клапана. Если предусмотреть конструкцию упора в сочетании с электрическим контактом и предохранительной муфтой, то происходит быстрое отключение подачи с высокоточной остановкой исполнительного органа. В результате силового контакта в кинематической цепи привода исключается влияние зазоров на точность перемещения, которая при соответствующей конструкции жестких упоров может достигать 0,01—0,02 мм.
При выполнении упорами функции управления последние применяются для переключения кинематических цепей, электрических переключателей и золотников гидравлических и пневматических приводов. На рис. VII-4, а показана силовая агрегатная головка, в которой управление работой осуществляется путем использования жестких и путевых упоров. Головка имеет корпус Л, внутри которого размещены привод главного движения, привод подачи и гидропанель Б. К направляющей крепится планка с упорами управления Дас противоположной стороны — планка, на которой размещены упоры, нажимающие на конечные выключатели блокировки. Работа головки происходит следующим образом. Как только командоаппарат дает команду «Головки вперед», в электросхемах всех головок (рис. VII-4, б) замыкаются контакты РАП (реле автоматическое «Пуск»), РГВ (реле головки «Вперед»), и электромагнит ЭМП (электромагнит подвода) получает питание. При включении электромагнита подвода ЭМП его сердечник перемещает золотник в нижнее положение, масло от насоса быстрых ходов под давлением 4— 8 кгс/см2 (40—80 н/см2), определяемым настройкой подпорного клапана, попадает в правую полость главного золотника и перемещает его в крайнее левое положение. Масло от обоих насосов идет через главный золотник и с маслом, вытесняемым из левой полости цилиндра, поступает в правую полость цилиндра — происходит быстрый подвод. Как только силовая головка прошла некоторое расстояние, упор блокировки размыкает контакт КВ, и электромагнит ЭМП обесточивается.
Быстрый подвод продолжается до тех пор, пока рычаг переключения В не нажмет на путевой упор «Первая рабочая подача» и тем самым поднимет фиксатор на одну ступеньку гребенки главного золотника. Под действием пружины главный золотник переместится, соединяя трубопровод насоса быстрых ходов с баком. Масло от насоса подач через предохранительный клапан, фильтр и дозирующий клапан поступает к дросселю первой рабочей подачи и далее — в правую полость цилиндра. Скорость подачи регулируется настройкой дросселя. Масло из левой полости цилиндра через клапан противодавления сливается в бак. Первая рабочая подача продолжается до тех пор, пока рычаг переключения не нажмет на путевой упор «Вторая рабочая подача».
Контакт конечного выключателя КВ является блокировочным — если по какой-либо причине во время рабочей подачи замкнутся контакты РАП, РГВ или будет нажата кнопка В («Вперед»), то электромагнит ЭМП питание не получит и скорость движения головки не изменится. В конце хода блокировочный упор нажимает на конечный выключатель, который дает сигнал в электросхему линии о том, что силовая головка находится в крайнем положении. Если бы одна головка в линии отошла раньше времени, то электросхема, не получив подтверждения, разомкнет контакт РКО в электросхемах управления всех головок, и последующая команда «Головки вперед», поданная командоаппаратом, не будет выполнена — все головки останутся в исходном положении.
Переключение с рабочей подачи на быстрый отвод может осуществляться двумя способами: по жесткому упору с использованием реле давления и по 190
Рис. VII-4. Самодействующая гидравлическая силовая головка МСКБ АЛ и АС:.
а _ общий вид; б — электрическая схема; в — гидравлическая схема; А — корпус; Б — гидропанель; В — рычаг переключения; Г — упоры управления; I — стоп; II — быстрый отвод; III — 2-я рабочая подача; IV — быстрый подвод; 1 — поршень отвода; 2 — фиксатор; 3 — главный золотник; 4 — рычаг переключения; 5 — сетчатый фильтр; 6 — датчик реле давления; 7 — реле давления; 8 — насос подачи; р — предохранительный клапан насоса подачи; 10 — предохранительный клапан насоса быстрых ходов; Ц~ насос быстрых ходов; 12 — клапан противодавления; 13 — обратный клапан; 14 — манометр с краном; 15 подпорный клапан; 16 = цилиндр подач; 17 == золотники управления
Рис. VI1-5. Автоматическая линия из агрегатных станков:
1 — вертикальная стойка; 2 — кантователь; 3 — направляющая; 4 — наклонная силовая головка; 5 — механизм зажима; 6 — транспортер стружки; 7 — горизонтальная силовая головка; 8 — аппаратура управления; 9 —• гидравлический бак; 10 — коробка управления; 11 —• горизонтальная силовая головка; 12 — станина; 13 — поворотный стол; 14 — направляющая транспортера; 15 — шаговый транспортер; 16 пульт управления; 17 — основание; 18 — приспособление; 19 — вертикальная головка
путевому упору. В первом случае головка доходит до жесткого упора, давление в системе поднимается и поршень датчика реле давления (рис. VI1-4, в) опускается вниз. Масло от насоса быстрых ходов поступает в реле давления, его поршень нажимает на конечный выключатель, который своим контактом РД замыкает цепь электромагнита отвода ЭМО. Иногда электрический сигнал от РД замыкает цепь питания ЭМО через реле времени, в этом случае головка выстаивает на жестком упоре. Электромагнит отвода ЭМО открывает доступ масла от насоса быстрых ходов под поршень отвода фиксатора, и он поднимается, позволяя пружине передвинуть главный золотник еще на одну ступеньку вправо, при этом масло от обоих насосов поступает в левую полость цилиндра, а из правой полости — в бак.
При переключении головки с рабочей подачи на быстрый отвод, при использовании путевого упора, рычаг переключения нажимает на упор «Быстрый отвод», поднимая фиксатор на одну ступеньку, как при переключении с быстрого подвода на первую рабочую подачу и с первой подачи на вторую. При подходе головки к исходному положению рычаг переключения нажимает на путевой упор «Исходное положение», который поднимает фиксатор в крайнее верхнее положение, в котором обе полости цилиндра соединены с баком — правая непосредственно, а левая — через клапан противодавления. Аналогичным образом построено управление циклом работы и других целевых механизмов: шаговых транспортеров, поворотных столов, механизмов зажима и фиксации.
На рис. VI1-5 показана типовая схема компоновки автоматической линии из агрегатных станков, работающей по упорам. Рабочий цикл обработки начинается с подачи команды от пульта управления 16 на движение транспортера 15 вперед с перемещением всех деталей на один шаг. В конце хода путевые упоры транспортера, воздействуя на конечные выключатели, выдают команды на останов транспортера, что служит также сигналом на выполнение следующих элементов рабочего цикла: включения механизма зажима 5 и фиксации деталей в специальных стационарных приспособлениях 18 на рабочих позициях. Все механизмы на позициях работают независимо друг от друга и только подают сигналы об окончании зажима детали (например, окончание зажима контролируется РД, а окончание фиксации — конечным выключателем).
После получения последнего сигнала дается общая команда на пуск всех агрегатных силовых головок (4, 7, 11, 19), причем каждая головка имеет свою автономную систему управления. В исходном положении головки самовыклю-192
чаются и подают сигнал об окончании своего цикла. Как только будет подан сигнал об окончании обработки на позиции с самым продолжительным циклом, вновь включаются механизмы зажима и фиксации, которые освобождают обрабатываемые детали в приспособлениях. Затем происходит новый ход транспортера, и цикл возобновляется. Возврат транспортера в исходное положение до упора происходит во время обработки, когда детали зажаты в приспособлениях.
Система управления контролирует только начальное и конечное положе-
Рис. V1I-6. Бесконтактный путевой переключатель
ния исполнительного органа, что ведет к недостаточной синхронизации управления несколькими исполнительными органами, работающими на одной позиции. Как правило, такие системы управления применяются при обработке деталей по так называемым прямоугольным циклам (ступенчатые валы, фрезерование плоских поверхностей, расположенных на разных уровнях, и и др.). Управление системой упоров осуществляется исполнительным органом только по одной координате, что делает невозможным применение их для обработки деталей со сложным криволинейным профилем.
Путевые переключатели и конечные выключатели рабочей зоны станков нередко выходят из строя из-за попадания стружки, пыли, масла, закорачивания электрических цепей. Кроме того, большинство элементов промежуточных цепей, да и сами датчики в целом, не являются еще достаточно надежными в работе. Стремление к повышению надежности срабатываний элементов в системах управления упорами привело к созданию бесконтактных путевых переключателей, где отсутствуют контакты и механически изнашивающиеся части. Переключатель представляет собой чувствительный элемент, которым является индуктивный датчик, контролирующий перемещение ферромагнитного упора, жестко связанного с рабочим органом (рис. VI1-6). При приближении ферромагнитного упора к индуктивному датчику в обмотках последнего происходит возрастание напряжения, что вызывает увеличение тока, воздействующего на схему управления. В настоящее время все большее число новых станков и автоматических линий строится на основе бесконтактных систем управления, например, все линии, выпускаемые Минским заводом автоматических линий.
Таким образом, системы управления упорами конструктивно просты, позволяют осуществлять дистанционное управление, а в сочетании с электромеханическими, электрогидравлическими и электромагнитными устройствами дают возможность автоматизировать одноинструментную обработку простых и сложных деталей. Широкая универсальность рассмотренных систем позволяет применять их для управления самыми различными технологическими процессами. Однако отсутствие высокой надежности и технологической гибкости ограничивает применение этих систем управления. Дальнейшее развитие рассмотренные системы с упорами получили с появлением цикловых систем программного управления (см. § 5 гл. VII).
§ 3. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОПИРАМИ
Системы управления копирами получили широкое применение главным образом для управления обработкой деталей с плоским и объемным криволинейным профилем по одной, двум или по трем координатам. Программа обработки представлена в виде физического аналога в металле или другом материале (копиры, шаблоны, модели). В простейшем случае копиром можно
7 Г. А. Шаумян	193
считать сам инструмент (фасонный резец, модульную дисковую фрезу, протяжку). Копировальные системы управления являются высокомобильными системами благодаря возможности быстрой смены программоносителя и поэтому широко применяются для автоматизации серийного производства.
Копировальные системы могут быть разделены на две основные группы.
1. Системы, в которых копир выполняет функцию управления перемещением инструмента и функцию механизма подачи инструмента — силовые
Рис. VII-7. Принципиальная схема силовой КОПИрОВЯЛЬНЫв СИСТСМЫ.
копировальной системы управления	2. СиСТбМЫ, В КОТОРЫХ КОПИр ВЫ‘
полняет только функции управления.
Копировальные системы первой группы конструктивно просты и выполняются с жесткой связью между копиром и инструментом.
На рис. VI1-7 дана принципиальная схема механического копирования при обработке детали с криволинейным профилем на фрезерном станке. Сило-
вое контактное замыкание копира с роликом щупа в этом случае производится с помощью пружины или груза. Главным недостатком копировальныхщистем первой группы является непосредственное восприятие рабочей нагрузки копиром, что приводит к интенсивному износу копира и снижению точности обработки. В связи с этим к программоносителю предъявляются особые требования по износостойкости, копир должен изготавливаться из высокопрочного материала с последующей термической обработкой.
Более широкое распространение в машиностроении получили копировальные системы управления второй группы, где необходимая рабочая сила передается инструменту соответствующим силовым приводом, управляемым следящей системой станка. Основным элементом таких систем управления является щуп, скользящий по копиру и выполняющий функцию управления'. Основное преимущество следящих копировальных систем (в отличие от копировальных систем первой группы) состоит в том, что копир здесь выполняет только функции управления и воспринимает очень незначительные нагрузки, что позволяет использовать более дешевые и простые копиры — шаблоны, обеспечивающие достаточно высокую точность изготовления детали сложной конфигурации. Другими словами, следящая копировальная система дает возможность управлять мощными приводами исполнительных органов станка с помощью маломощных элементов управления. В настоящее время применяются электрические, гидравлические, электрогидравлические, электромеханические, пневмогидравлические и другие следящие копировальные системы.
В следящих электрокопировальных системах механические перемещения копировального щупа преобразуются в электрические командные импульсы (сигналы), которые воздействуют на силовой привод рабочего инструмента. В гидрокопировальных следящих системах щуп воздействует непосредственно на золотники, управляющие гидравлическими механизмами подачи.
На рис. VI1-8 показана структурная схема следящей копировальной системы, которая состоит из командного (задающего) механизма в виде копировальной головки 3 с щупом 2. Щуп может перемещаться в вертикальном направлении относительно копировальной головки и исполнительного органа станка с рабочим инструментом 5. Копировальная головка, получающая от щупа сигналы рассогласования, преобразует их в командные импульсы силовому следящему двигателю 4,
Рис. VI1-8. Структурная схема следящей копировальной системы
Рис. VII-9. Схема копировального измерительного прибора станка 6441А
Задающая подача s3 имеет постоянное направление и осуществляется с постоянной скоростью, в то время как направление и скорость следящей подачи sCJ] зависят от профиля копира 1. Во время обработки щуп скользит по участку профиля копира, имеющего угол подъема а. Величина соотношения задающей s3 и следящей sCJJ подач обеспечивает величину и направление результирующей подачи spe3 рабочего инструмента относительно обрабатываемой детали также под углом а. При движении щупа по новому участку профиля копира (a =£= aj наблюдается рассогласование между относительным движением рабочего инструмента и профилем копира, которое устраняется путем соответствующего измерения скоростей подачи. Вертикальное перемещение исполнительного органа с рабочим инструментом, совершаемое от командного импульса, выдаваемого копировальной головкой, немедленно передается ей же посредством обратной связи 6, осуществленной, например, жестким закреплением копировальной головки с исполнительным органом. В электрокопировальных системах относительные перемещения щупа вызывают электрические импульсы, которые затем усиливаются и преобразуются в рабочие команды управления исполнительными органами.
На рис. VI1-9 показана схема устройства копировально-измерительного прибора станка 6441А. Якорь трансформатора связан с качающимся рычагом копировального прибора. Магнитная система трансформатора образована двумя Ш-образными сердечниками, на средних стержнях которых уложены первичные обмотки и W2 и вторичные W3 и W4. Первичные обмотки включены последовательно, и на них подается переменное напряжение от источника питания. При среднем положении якоря напряжение на концах вторичных обмоток равно нулю; при отклонении якоря появляется напряжение, пропорциональное отклонению; фаза зависит от направления отклонения.
В гидрокопировальных системах относительные перемещения щупа вызывают перемещение управляющего золотника, который переключает направление потоков масла. Основным преимуществом этих систем является малая инерционность и отсутствие зазоров в передаточных звеньях к исполнительным органам, а также высокая износостойкость. Щуп, находящийся в контакте с копиром, может быть связан с управляющим золотником различными способами: механическим, гидравлическим или электрическим.
На рис. VII-10 показана принципиальная схема простейшего гидравлического следящего привода, применяемого на фрезерном станке. Приведенная схема работает следующим образом. Масло насосом 1 через пластинчатый фильтр 2 и трубопровод 3 подается в среднее окно корпуса 4 копировальной головки. Затем масло по трубопроводам 6 и 7 поступает в полости В и Г силового гидроцилиндра. 8. Последний закреплен на неподвижной стойке 9 станка. Шток поршня 10 силового гидроцилиндра жестко связан с вертикальными салазками 11, несущими корпус копировальной головки и режущий инструмент. Управление гидроцилиндром может осуществляться при помощи
*	195
Рис. VII-10. Принципиальная схема гидравлического следящего привода на фрезерном станке
рукоятки 12. Необходимое давление в гидросистеме устанавливается регулированием пружины переливного клапана 13 и контролируется манометром 14. Один конец золотника 5 связан со щупом и копировальным роликом 15, а на другой его конец действует пружина 16, перемещающая золотник в крайнее нижнее положение. При перемещении рабочего стола с задающей подачей копир 17 воздействует через ролик на щуп и на золотник, перемещая последний в вертикальном направлении. В результате этого изменяется величина щелей а±, а%, и а±, что, в свою очередь, приводит к падению давления соответственно в полостях Л, Г или Б, В. В результате происходит перемещение силового поршня со штоком, вертикальных салазок с режущим инструментом и копировальной головки. При перемещении корпуса копировальной головки, жестко связанной с салазками (обратная связь), происходит ослабление управляющего сигнала золотника до нуля, когда золотник и головка устанавливаются в нейтральное положение. Стремление упростить и сократить подготовку программы обработки, требующую затрат значительного количества времени и высококвалифицированного труда, привело к созданию бесконтактных копировальных следящих систем, среди которых и фотокопировальные системы.
Принципиальная схема управления фотоэлектрокопировальной системой представлена на рис. VII-11, а. Заданная программа обработки считывается с программоносителя, которым является чертеж детали, лучом света, проходящим через линию чертежа 1 и попадающим затем на фотоэлемент фотокопировальной головки 2. В зависимости от величины перекрытия светового луча линией чертежа (рис. VII-11, б) в фотоэлементе меняется величина тока, который затем поступает на усилитель 3. Усиленный сигнал воздействует на обмотки возбуждения двух электродвигателей 4 и 5 привода следящей подачи, которые через передаточные механизмы 6 перемещают исполнительные органы станка. Продольная подача осуществляется от электродвигателя 7 через коробку подач 3, дифференциал 9 и передается на ходовой винт продольной подачи 10.
G )
Схема управления построена так, что один из электродвигателей привода питается суммарным током, поступающим от усилителя и самостоятельного источника питания, а второй — разностью этих токов. При нормальной засветке фотоэлементов (рис. VII-11, б) оба электродвигателя вращаются с одинаковой скоростью в противоположных направлениях, в результате чего скорость следящей подачи равна нулю. При изменении контура чертежа изменяется соответственно засветка фотоэлемента, что вызывает изменение скорости вращения электродвигателей.
Фотокопировальные системы управления не получили широкого распространения из-за трудности изготовления прецизионных чертежей. Они применяются там, где не требуется высокой точности обработки (например, в сварочном производстве, при управлении контурной резкой листового материала и др.). Таким образом, системы управления копирами, обладая необходимой мобильностью универсальностью применения, возможностью осуществлять обработку деталей сложной геометрической формы, имеют ряд недостатков:' малая надежность, сложность изготовления программоносителя (копира), отсутствие автоматического регулирования процессом обработки и дистан-ционности управления. Рассмотренные системы позволяют автоматизировать и осуществлять управление одним конкретным циклом станка и не решают вопроса комплексного управления станком.
§ 4.	СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
С РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМ ВАЛОМ
Если представить обычный копир обернутым на цилиндр, а все цилиндры с копирами — посаженными на один общий вал, что при вращении вала получим надежную и максимальную синхронизацию всех движений цикла любой сложности. Так появляется система управления с помощью распределительного вала и кулачков. Она позволяет путем построения циклограмм заранее спроектировать и рассчитать рабочий цикл любой сложности, обеспечив строгое выполнение заданного технологического процесса обработки за определенный промежуток времени. Система получила широкое распространение в автоматах самого различного технологического назначения для крупносерийного и массового производства изделий.
Каждой программе должны соответствовать свои копиры или кулачки, изготовление и установка которых требует больших затрат времени и средств. Однако благодаря простоте осуществления синхронизации движений эти системы получили широкое распространение во всех областях производства. На базе систем управления с распределительным валом созданы современные высокопроизводительные специальные и универсальные автоматы и полуав-
6)
томаты: металлорежущие, кузнечно-штамповочные, сварочные, полиграфические, пищевые, легкой промышленности и др.
Для современных рабочих машин чрезвычайно важно, как быстро автоматически осуществляются те или иные холостые ходы самой машиной. Чем быстрее совершаются холостые ходы, тем выше коэффициент производительности автомата ц и его производительность (см. гл. III). Быстрота осуществления холостых ходов зависит от технологического процесса и конструкции целевых механизмов, осуществляющих холостые ходы. Она имеет свои пределы, определяемые динамической прочностью механизмов холостых ходов.
Принципиальные схемы трех групп автоматов с распределительным валом и кулачками, отличающихся по принципу осуществления холостых ходов (см. § 1), наиболее полно представлены на рис. VI-12.
Автоматы группы I. Распределительный вал в автоматах группы I ' служит для выполнения как всех рабочих, так и холостых ходов tx рабочего цикла. За один оборот этого вала производится одна или несколько готовых деталей. Как видно из принципиальной схемы (рис. VII-12, а), распределительный вал 1 приводится в движение через кинематическую цепь со звеном настройки у. Так как распределительный вал имеет только одну цепь для своего вращения, то очевидно, что частота вращения этого вала для данной настройки будет постоянной. Другая особенность автоматов этой группы заключается в том, что кулачки, обеспечивающие холостые ходы, для определенного круга работ являются постоянными, требующими определенного угла поворота распределительного вала, в то время как кулачки для производства рабочих ходов в зависимости от характера работы в каждом отдельном случае требуют различных углов поворота распределительного вала. Обозначая соответственно углы для рабочих и холостых ходов через а и {3, преобразуем формулу (VII-4):
— а . — Р — 1 _________Р1	fVTl-1 П
'	г " а + р ~ 2л 1	2л’
где Т —полное время обработки детали.
Отсюда производительность автоматов группы I для систем управления с распределительным валом
₽!= const.
При переменном К (или Т) будем иметь переменное tx. При очень длительных работах (т. е. больших значениях Т) время на холостые ходы будет чрезвычайно велико, хотя из условий работы механизмов на осуществление холостых ходов достаточно определенного минимума времени. С другой стороны, при малой продолжительности времени обработки детали время на холостые ходы может быть меньше того, которое допускается прочностью механизмов. Следовательно, раэота на автоматах группы I может производиться в определенных пределах продолжительности цикла. Нижний предел определяется из условий прочности механизмов холостых ходов станка. При времени обработки меньше Tmin должна быть предусмотрена возможность увеличения угла (на холостые ходы). Верхний предел Tmin при постоянном значении опасности для прочности механизмов автомата не представляет и может быть определен из условий рационального его использования. В указанных пределах производительность станка возрастает прямо пропорционально увеличению технологической производительности.
Автоматы группы II представляют собой основную часть автоматного парка металлорежущих станков. Принципиальная схема автоматов с распределительным валом группы II показана на рис. VII-12, б. К этой группе относятся часть одношпиндельных и почти все многошпиндельные автоматы и полуавтоматы. Распределительный вал в автоматах группы II также снабжен кулачками для производства рабочих и холостых ходов. Однако в отличие от автоматов группы I здесь распределительный вал имеет две скорости: рабочего (медленного) и холостого (быстрого) вращения.
Привод рабочего вращения распределительного вала имеет звено настройки у, обеспечивающее различную частоту вращения вала. Для осуществления холостых ходов предусмотрен самостоятельный привод (без звена настройки), через который распределительному валу сообщается вращение с постоянной скоростью, определяемой прочностью звена механизма холостых ходов автомата.
Следовательно, для автоматов группы II частота вращения распределительного вала на холостом ходу пх = const и
=^=“ns‘. <™-22>
где рп —угол холостого (быстрого) хода.
Следовательно, каково бы ни было время обработки детали, время на холостой ход остается постоянным, а коэффициент производительности автоматов группы II является величиной переменной, зависящей от технологической производительности, т. е. с сокращением времени на рабочие ходы коэффициент производительности падает. Поэтому и для автоматов группы II существуют пределы рациональной работы6—от Kmin до Ктах. Верхний предел определяется рациональностью работы с допустимым коэффициентом производительности, нижний же —конструкцией станка, допускающей определенный круг работ. Цикловая производительность автоматов группы II выражается ранее приведенной формулой (VII-6).
Автоматы группы III (промежуточной), как было сказано в § 1, представляют собой сочетание автоматов групп I и II. Распределительный вал автоматов промежуточной группы (рис. VII-12, в) так же, как и автоматов группы I, вращается с одной скоростью как при рабочих, так и при холостых ходах. На распределительном валу установлены кулачки для осуществления рабочих ходов и части холостых ходов. Кроме того, этот вал несет на себе командные кулачки для переключений тех или иных механизмов, осуществляющих остальные холостые ходы с помощью специального вспомогательного вала 2, а также муфты включения и выключения механизмов для холостых ходов (в станках-автоматах повороты револьверной головки, подача и зажим прутка и т. д.). Вспомогательный вал вращается с большой скоростью, постоянной для данной конструкции автомата. Следовательно, холостые
ходы, ' осуществляемые вспомогательным валом, отвечают условию /Хц = — const. С другой стороны, холостые ходы, осуществляемые распределительным валом, отвечают условию j3j = const. Отсюда производительность автоматов с распределительным валом группы III по принципу совершения холостых ходов
=й^(‘-М (VI,-10a>
Для автоматов группы III угол поворота распределительного вала 2 за время осуществления холостых движений с помощью вспомогательного вала 1 можно определить приближенным методом. Выразим значение угла через величину времени цикла Т:
₽п = -^-2л.	(VII-13)
Так как полное время обработки 7, как правило, неизвестно и для его определения необходимо, в свою очередь, знать время, соответствующее углу pj, на практике часто принято ограничиваться приближенным подсчетом. Предварительно задаваясь временем 7, по специальным таблицам определяют приближенное значение угла рп, на основе которого дается рас-чет настройки автоматов и определяется время Т. Это время должно быть примерно равным предварительно заданному. В противном случае приходится повторять расчет.
Для точного определения ри предлагается следующий метод. Определив величину Qin по формуле (Vll-lOa), можно, согласно формуле (VI1-13), найти значение
Рп = 2nQni^xn;
^Хтт
Из формулы (VII-14) следует, что технологическая производительность влияет на величину угла холостого хода рп. Следовательно, с изменением значения К (например, путем увеличения режимов обработки) изменится и и угол ри. Но чем сложнее цикл, тем больше вариантов его осуществления. Наиболее целесообразен тот вариант, который обеспечивает высокую производительность автомата и простоту схемы, что определяет точность, размеры и стоимость машины. Выбор варианта системы управления для автоматов с распределительным валом может быть произведен по формулам (VII-4), (VI1-6), (VI1-10) или графикам, показанным на рис. VI1-1.
Система управления автомата является тем элементом, который определяет структуру автомата в целом. Для автоматов группы 1^она весьма проста и представляет собой один равномерно вращающийся распределительный вал, от которого совершаются все необходимые перемещения механизмов. Никаких специальных функций управления (включение, выключение) вал не несет. У полуавтомата группы I вал несет одну функцию управления — выключение машины в конце цикла. Своей простотой отличаются также и и структурные (а следовательно, и кинематические) схемы автоматов этой группы.
Система управления автоматов группы II, как правило, также представляет собой один вал, который, однако, имеет две скорости (быструю и медленную) и поэтому несет функции переключения скорости своего вращения (например, автомат 1А240). Распределительный вал полуавтоматов группы II имеет также функции управления, связанные с выключе-200
Рис. VII-13. Передаточные механизмы с регулированием величины перемещений исполнительного органа изменением плеч рычагов:
а — принципиальная схема; б — конструктивная схема; 1 — исполнительный механизм; 2 — устройство регулировки места хода; 3 — передача рейка — зубчатое колесо — рейка; 4 — рычажная система с переменным передаточным отклонением; 5 — кулачок
нием станка (например, полуавтомат 1А730). Свою специфику в системы управления вносят также электрические и гидравлические приводы механизмов и устройств. У автоматов группы III наблюдается еще большее усложнение системы управления, так как в этих автоматах имеются специальные механизмы, предназначенные только для совершения холостых ходов (вспомогательные валы).
Основным недостатком систем управления с распределительным валом как сказано ранее (см. § 1 гл. VII), является длительное время переналадки, что обусловило их применение прежде всего в автоматах для массового и крупносерийного производства. Для уменьшения времени наладки автоматов, в плоских кулачках небольших размеров делают пазы для замены их без демонтажа распределительного вала. Другим средством повышения мобильности является бескулачковая наладка. Для получения заданной величины перемещения рабочего органа используются различные передаточные механизмы с переменным передаточным отношением.
На рис. VI1-13 показаны схемы механизма для быстрой переналадки на требуемую величину перемещения с помощью изменения плеч рычагов и суммирующего механизма. Более эффективным средством повышения мобильности систем управления с распределительным валом является смена всего комплекта (блока) кулачков, сидящих на оправке. Применение блока стало возможным с введением нового передаточного механизма, предложенного автором, —шарикового привода, представляющего собой систему двух поступательно движущихся толкателей, передающих движение от одного к другому через цепочку шариков и сферических шайб, заключенных в масляной среде калиброванного трубопровода. На кафедре «Станки и автоматы» МВТУ им. Баумана под руководством автора разработан универсальный программный командоаппарат с шариковыми передаточными механизмами (рис. VII-14), который может применяться как для передачи механических перемещений исполнительным механизмам, так и для подачи команд управления.
Командоаппарат состоит из электродвигателя /, безлюфтового червячного редуктора 2, распределительного вала 3 и шариковых передаточных механизмов 4. Редуктор 2 имеет гитару сменных колес 5, посредством которых
Рис. VII» 14. Программный командоаппарат с шариковым передаточным механизмом
можно получать частоту вращения распределительного вала в диапазоне 0,7—78 об/мин, и предохранительную муфту 6, которая при перегрузках на распределительном валу через рычажную систему действует на микропереключатель, выключающий электродвигатель. Распределительный вал 3 состоит из одного или нескольких быстросменяемых блоков. Каждый блок, состоящий из девяти кулачков, посаженных на общую оправку, помещается в корпусе и соединяется с выходным валом посредством стяжного болта и торцовых шпонок. Корпус распределительного вала выполнен таким образом, что его можно прикреплять с любой стороны выходного вала редуктора, и допускает присоединение к нему другого корпуса через промежуточный фланец, что позволяет увеличивать число кулачков на распределительном валу. Движение от кулачков программного командоаппарата к исполнительным органам станка передается через шариковые передаточные механизмы, длина и конфигурация которых определяются взаимным расположением распределительного и исполнительного механизмов.
Универсальный программный командоаппарат с шариковым приводом позволяет составлять программу из блоков кулачков вне станка, иметь «библиотеку» программ и обеспечивать быструю переналадку станка на обработку другой детали —до 10 мин вместо нескольких часов. Переналадка в этом случае заключается в основном в замене блок-программы, для чего необходимо открыть крышку корпуса, вывернуть стяжной болт, извлечь блок и установить новый.
Таким образом, системы управления с распределительным валом позволяют автоматизировать различные рабочие и холостые движения цикла с максимальной синхронизацией всех движений. Высокая надежность, минимальное время на осуществление холостых ходов, возможность управления многими рабочими органами делают эту систему наиболее удобной при автоматизации управления сложным технологическим циклом обработки автоматов и полуавтоматов в условиях массового и крупносерийного производств.
§ 5.	СИСТЕМЫ ЦИКЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Широкое распространение при управлении рабочими машинами получили системы циклового программного управления.
В отличие от цифровых систем программного управления, где величина требуемых перемещений инструмента или детали обеспечивается цифровым заданием в программе обработки, цикловые системы не обеспечивают автома-202
Рис. VII-15. Блок-схема системы циклового программного управления:
1 — устройство задания и ввода программы; 2 — коробка скоростей; 3 — коробка подач; 4 — исполнительные органы; 5$— системы контроля выполнения этапа программы и подачи сигналов
тического получения требуемых размеров "детали по числовым данным чертежа. Величина требуемых перемещений инструмента или детали обеспечивается при помощи соответствующей расстановки упоров, кулачков, копиров, а программоноситель содержит лишь цикловую информацию управления: переключение подач, включение и выключение необходимых движений, поворот и другие.
Цикловая система программного управления (рис. VI1-15) содержит следующие основные элементы: устройство задания и ввода программы; передаточно-преобразующие устройства; исполнительное устройство; устройство контроля окончания отработки этапа программы. Устройство задания и ввода программы обеспечивает систему управления цикловой информацией. Оно состоит из устройства задания программы и устройства поэтапного ввода программы. Устройство задания программы чаще всего выполняют в виде штекерной наборной или кнопочной панели, а устройство поэтапного ввода программы — в виде шагового искателя или счетно-релейной схемы.
Штекерные панели выполняют по типу перекрестных коммутаторов или функциональных программных полей. В первом случае штекерные панели представляют собой систему вертикальных и горизонтальных шин. Система горизонтальных шин определяет программируемые параметры, а система вертикальных шин — этапы программы обработки. Набор программы осуществляется соединением горизонтальных и вертикальных шин. При втором варианте построения штекерной панели все ее поле раз/еляется на функциональные участки и необходимая программа получается соединением различных гнезд различных участков.
В качестве программоносителей систем циклового программного управления используются чаще всего перфокарты, накладываемые на штекерные панели, на барабаны управления и т. д. (рис. VII-16). Широкое применение цикловые системы программного управления получили в станках токарной группы: токарно-револьверных, лоботокарных, карусельных и др. Оснащаются подобными системами управления станки фрезерной и сверлильнорасточной групп.
На рис. VI1-17 приведена схема циклового программного управления токарного станка типа DLZKH (ГДР), которая предусматривает программи-
рование режимов, элементов рабочего цикла и перемещений, величины которых определяются расстановкой упо--ров. Программа задается накладной перфокартой на штекерной панели, состоящей из 12 столбцов гнезд (число программируемых параметров) и 60 строк. Поэтапный ввод программы производится шаговым искателем. Устройство задания и контроля перемещений выполнено в виде двух панелей с упорами, которые воздействуют на микропереключатели при перемещениях суппортов. Команда на начало работы подается нажатием кнопки КУ1 (рис. VI1-17, б). При этом шаговый искатель ШИ устанавливается в положение, соответствующее первому этапу рабочего цикла. Через ламели искателя, гнезда штекерной панели и штекеры реле Pi—получают питание, тем самым подаются соответствующие команды рабочим органам (суппорты, шпиндели и др.). В конце перемещений упоры воздействуют на микропереключатели ПВг и ПВ2) которые через реле РИг и РИ2 подают сигналы на перемещение шагового искателя в положение, соответствующее очередной команде.
Дальнейшее развитие цикловых систем управления связано с созданием таких систем, которые конструктивно не связаны со станком. Такие системы могут быть универсальными, т. е. пригодными для управления -различными технологическими машинами (рис. VII-18).
Рис. VI1-16. Наладочный лист токарно-револьверного» автомата с цикловой системой управления
Рис. VII-17. Система циклового программного управления станка DLZKH (ГДР):
а — блок схемы: 1 — устройство ввода программы; 2 — исполнительная схема; 3 — пульт ручного управления; 4 — блок питания; б — упрощенная принципиальная электросхема
II
Рис. VII-1S. Универсальный пульт циклового программного управления {а) и управляемые им станки (б, в)
Большое распространение систем с цикловым управлением объясняется невысокой стоимостью систем (она составляет около 5% стоимости станка), простой организацией их выпуска, меньшими трудностями в изготовлении и отладке, а также отсутствием необходимости создания специальных служб программирования и меньшими эксплуатационными затратами.
§ 6.	СИСТЕМЫ ЦИФРОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Системы цифрового программного управления основаны на широком применении электроники и вычислительной техники и осуществляют автоматическое управление перемещениями исполнительных органов станка по программе, заданной в цифровом виде согласно чертежу изготовляемой детали. Программа записывается соответствующим кодом на таких программоносителях, как перфолента, перфокарта, магнитная лента и т. д., минуя изготовление физического аналога программы обработки в виде кулачков, копиров и т, д.
Применение станков с ЦПУ дает возможность не только непрерывно управлять скоростями рабочих перемещений исполнительных органов станка по каждой координате при обработке деталей со сложным криволинейным профилем, но и позволяет осуществлять обработку каждого участка профиля с оптимальными режимами резания. Применение ЦПУ позволяет повысить качество обработки, значительно сократить путь чертеж —готовая деталь, резко снизить потребное количество высококвалифицированного труда, Становится возможным автоматизировать подготовку самой программы с помощью быстродействующих электронных машин, организовать эту подготовку централизованно и быстро передавать готовые программы на предприятия.
В зависимости от решаемых технологических задач системы цифрового программного управления делятся на четыре основных вида: 1) позиционные системы управления положением; 2) прямоугольные системы управления
Рис. VII-19. Схема обработки на металлорежущих станках с цифровым программным управлением: а — обработка координатных отверстий; б — обработка ступенчатого вала; в — фрезерная обработка объемной детали с криволинейным профилем управления фрезерным станком
рабочими перемещениями; 3) непрерывные (контурные) системы управления; 4) комбинированные (контурно-позиционные) системы управления.
Первая группа систем позволяет осуществить перемещение исполнительных органов станка (стола, инструмента) от одной точки к другой с заданными координатами. Такие системы управления применяются в координатнорасточных, координатно-сверлильных и тому подобных станках, где каждая рабочая операция начинается лишь после того, как инструмент выйдет в исходную заданную точку (рис. VI1-19, а). Траектория движения из одной точки в другую значения не имеет.
Вторая группа систем осуществляет перемещение исполнительных органов станка от точки до точки в процессе обработки детали, соответствующие перемещения исполнительных органов происходят только по траекториям, параллельным направляющим станка, которые могут быть прямолинейными или круговыми. В этих системах, как и в позиционных, программой задаются только начальные и конечные точки перемещения. Подобное управление нашло применение в токарных и фрезерных станках при обработке ступенчатых (прямоугольных) поверхностей (рис. VI1-19, б).
Третья группа систем применяется в станках, производящих обработку деталей сложной криволинейной формы (рис. VII-19, в). Такими системами оснащаются фрезерные, токарные, шлифовальные и другие станки, изготовляющие плоские и объемные детали различного геометрического профиля. Для получения соотвествующей криволинейной поверхности системы управления рассматриваемой группы должны точно согласовать движение рабочих органов станка по нескольким координатам не только по скорости, но также и по взаимным перемещениям каждого из управляемых органов станка. Поэтому системы третьей группы получили название непрерывных (контурных) систем программного управления в отличие от первых двух систем, которые обеспечивают лишь точное позиционирование в заданной точке и в силу этого получили название позиционных систем программного управления. В настоящее время начинают применяться комбинированные системы программного управления, которые работают как позиционные, когда нужно установить заготовку или инструмент в заданное положение для обработки, и как непрерывные, когда требуется обработать наклонную линию или криволинейный контур на детали.
Основой систем цифрового программного управления является следящий привод, который состоит из устройства управления; преобразующего 206
устройства; исполнительного двигателя; усилителя, обеспечивающего двигатель энергией пропорционально сигналу ошибки; устройства сравнения, сравнивающего заданное положение управляемого объекта с фактическим и выдающего сигнал ошибки. Процесс автоматического слежения заключается в сведении к нулю ошибки рассогласования, что трудно осуществить без применения датчиков обратной связи. Их наличие в схеме управления является характерным элементом следящей системы.
На рис. VII-20 показана общая компоновка фрезерного станка с цифровой системой программного управления на основе следящего привода. Программа обработки, записанная на программоноситель 1 и установленная в вводном устройстве 2, считывается устройством 3. После этого командные сигналы, характеризующие требуемое перемещение и скорость исполнительного органа станка, преобразуются и усиливаются соответствующими частями (элементами) электронной схемы управления и поступают в сравнивающее устройство. Сюда же поступают сигналы от датчика обратной связи 4, которые характеризуют действительное положение исполнительного органа станка. Сравнивающее устройство выдает сигнал рассогласования, который воздействует на двигатель привода подачи 5, а тот через безлюфтовый зубчатый редуктор и шариковинтовую пару осуществляет требуемое перемещение исполнительного органа станка до устранения, данного рассогласования.
Системы позиционного управления. В настоящее время в промышленности работает большое количество самых различных систем позиционного цифрового программного управления, которые по методу представления информации делятся на три группы: счетно-импульсные, кодовые и аналоговые.
Позиционные системы счетно-импульсного типа строятся с использованием импульсных датчиков обратной связи. Цифровая командная информация на перемещение задается в виде определенного числа импульсов, пропорционально которому должен переместиться исполнительный орган станка относительно своего прежнего положения. Структурная схема позиционной системы счетно-импульсного типа представлена на рис. VII-21, а.
4
6)
С программоносителя (перфоленты) командная информация через задающее устройство 1 поступает в счетчик-регистр 2 и хранится в нем в кодированном виде. На другой вход счетчика-регистра от датчика обратной связи 3 поступают импульсы, которые считываются с хранящимися в регистре командными импульсами, и по мере уменьшения их числа устройство совпадения 3 выдает сигнал упреждения на работающий от источника питания 4 переключатель напряжения 5, который снижает скорость вращения двигателя 7. Когда число пришедших импульсов станет равно заданному числу, счетчик-регистр выдает сигнал на останов двигателя и при помощи пускателя 6 отключает его, что соответствует положению, которое должен занять исполнительный орган. Кроме величины приращения координат в систему управления необходимо вводить еще и знак перемещения, который определяет направление движения исполнительного органа станка.
Позиционные системы кодового типа относятся к системам с абсолютным отсчетом координат, где заданные перемещения обозначаются координатами, которые должен занять исполнительный орган относительно какой-то нулевой точки, выбранной за начало отсчета. Они работают на принципе подразрядного сравнения закодированного числа, выражающего требуемое перемещение, с кодом числа, выдаваемого датчиком обратной связи, которым является кодовый преобразователь. Он кинематически связан с управляемым органом станка и однозначно преобразует положение этого органа в соответствующий код числа. В функцию системы управления входит также выработка сигнала, определяющего направление перемещения рабочего органа.
Из структурной схемы рис. VI1-21, б видно, что исполнительный двигатель 7 подключается к источнику питания 4 через переключатель напряжения 5 и пускатель 6, выполняющий роль логического элемента. Выходной сигнал схемы совпадения 10 от задающего устройства и контроля перемещений 9 управляет переключателем напряжения, определяющим направление и скорость вращения двигателя при подходе к заданной точке. С другого входа схемы совпадения подается сигнал на пускатель, который останавливает двигатель при достижении рабочим органом заданного положения.
Позицион ные системы аналогового типа работают по принципу сравнения цифровой командной информации, преобразованной в аналоговый вид, с информацией, поступающей от обратной связи. Как и кодовая, позиционная аналоговая система является системой с абсолютным отсчетом координат.
На рис. VII-21, в показана структурная схема аналоговой позиционной системы, основным элементом которой является цифроаналоговый преобразователь 11, предназначенный для преобразования числа, поступающего из задающего устройства 1 в какую-либо физическую величину (напряжение, фаза, ток), пропорциональную этому числу с высокой степенью точности. С преобразователя сигнал поступает в следящий привод 12, использующий в качестве обратной связи потенциометрические или. фазовые датчики положения 13. Достоинством позиционной аналоговой системы с потенциометрической обратной связью является высокая надежность (помехоустойчивость), недостатком —ограниченная точность. В настоящее время находят применение системы позиционного программного управления серии «Размер-2М», изготовляемые предприятиями электротехнической промышленности для автоматизации сверлильно-расточных, токарно-карусельных и протяжных станков с длительным циклом обработки. Система предусматривает три вида управления: позиционное с автоматическим и ручным видами программы (прямоугольное формообразование); то же без программирования скоростей подачи и главных движений (позиционирование); позиционное управление только с ручным вводом программы (предварительный набор). Система построена по принципу абсолютного отсчета положения с использованием многоотсчетных сельсиновых фазовых датчиков.
Работа узлов ввода, хранения и переработки информаций контролируется системой автоматического контроля. Система буквенно-цифровой индексации, выполненная на телевизионной электроннолучевой трубке, позволяет выводить на экран до 160 знаков, что одновременно обеспечивает оценку положения всех подвижных органов всей введенной программы, а также вспомогательной контрольной информации.
Системы управления по прямоугольным координатам (второй группы) по своей структуре не отличаются от позиционных систем управления.
Системы контурного управления. При обработке на станках сложной геометрической формы требуется точно согласовывать движение исполнительных органов станка по двум или большему числу координат (см. рис. VII-19, в). Это вызывает необходимость постоянно (непрерывно) выдавать информацию в систему управления по каждой координате.
Как уже отмечалось, особенность цифровых систем программного управления состоит в том, что вся командная информация представляется в виде отдельных блоков команд или кадров, которые рассчитываются для конечного числа точек на поверхности детали по ее чертежу. Эти точки принято называть опорными, и количество их выбирается на поверхности таким образом, чтобы можно было обеспечить требуемую точность изготовления детали. Для упрощения программы участки траектории между опорными точками заменяются отрезками прямых или какой-либо известной кривой.
Непрерывное поступление информации в систему управления обеспечивают интерполяторы, которые в зависимости от способа аппроксимации обрабатываемого контура между опорными точками делиться на линейные, линейно-круговые, линейно-параболические. Наличие этих устройств является отличительной особенностью контурных (непрерывных) систем управления.
Отечественная промышленность выпускает интерполяторы типа Л КИ-ФМ, ИЛ и др. Интерполятор ИЛ построен на ферритранзисторных элементах по агрегатному (блочному) принципу. В зависимости от числа управляемых координат он комплектуется соответствующим количеством съемных блоков. В настоящее время выпускаются интерполяторы на две, три, четыре и пять координат (моделей ИЛ-2, ИЛ-ЗИЛ-4 и ИЛ-5). Агрегатный принцип построения интерполяторов позволяет быстро и легко встраивать в них различные дополнительные устройства, например, для коррекции программы по длине и диаметру инструмента. Интерполяторы могут быть встроенными в систему -управления станка или находиться отдельно и эксплуатироваться самостоятельно. Управляющий сигнал, выдаваемый интерполятором в системах непре-
6)
Рпс. VII-22. Структурные схемы контурных систем цифрового программного управления:
а — шагового типа; б — счетно-импульсного типа; в — фазового типа
рывного управления, представляет собой электрический импульс. Каждый отдельный сигнал несет информацию об элементарном перемещении управляемой координаты на величину равную цене импульса, т. е. степени дискретности системы.
Основной задачей системы непрерывного управления является суммирование этих перемещений, соответствующих приращению управляемой координаты. Такая система, по существу, работает как интегрирующее устройство, в функцию которого также входит преобразование информации из цифровой формы в аналоговую. В зависимости от способа суммирования управляющего сигнала в непрерывную величину перемещения системы непрерывного управления могут быть разделены на три группы: шаговые, счетно-импульсные и фазовые.
Шаговые системы непрерывного управления —это системы, в которых суммирование импульсов, поступающих от интерполятора, производится совместной работой шагового двигателя и схемы электронного коммутатора, осуществляющего переключение фазовых обмоток двигателя. Конечным звеном в таких системах управления является шаговый двигатель, у которого поворот выходного вала на фиксированный угол определяется количеством электрических импульсов, поданных в схему. Обычно между рабочим органом и шаговым двигателем встраиваются гидроусилители момента. В шаговых системах использован принцип разомкнутого управления без обратной связи. Это объясняется идентичностью входного и выходного сигнала системы (в виде углов поворота). Точность такой системы определяется точностью изготовления главного кинематического звена —ходового винта с шариковой гайкой.
Структурная схема шаговой системы управления представлена на рис. VI1-22, а. Основными элементами являются шаговый двигатель 6, кодовый преобразователь 5 и гидроусилитель момента 7, который состоит из гидродвигателя и вращающегося золотника. Из структурной схемы видно, что в шаговой системе программного управления магнитную ленту 2 можно включать в двух местах: либо сразу после интерполятора 1 перед усилителем 3 и делителем импульсов 4, либо после кодового преобразователя. Последний способ включения магнитной ленты в схему является предпочтительным, так как характеризуется повышенной надежностью передачи информации. Разомкнутая система управления шаговым двигателем разработана ЭНИМСом и широко применяется в отечественной промышленности. Ее основное преимущество —простота и высокая надежность.
Шаговые системы программного управления типа ПРС предназначены для автоматического управления перемещения рабочими органами станка по трем координатам от магнитной ленты шириной 35 мм.
Счетно-импульсные системы непрерывного управления относятся к замкнутым системам, работающим с обратной связью импульсного типа. Суммирование управляющих сигналов происходит непосредственно следящим приводом. Основным элементом счетно-импульсной системы программного управления является реверсивный счетчик импульсов, предназначенный для сравнения количества управляющих импульсов и импульсов обратной связи (рис. VI1-22, б). Через схему синхронизации 8 импульсы, поданные от интерполятора /, поступают на один из входов реверсивного счетчика 9, где происходит их суммирование. Одновременно на другой вход реверсивного счетчика поступают импульсы от датчика обратной связи 12. Происходит сравнение импульсов, а их разность в виде числа поступает на дешифратор 10, который вырабатывает сигнал рассогласования &, пропорциональный разности импульсов, имеющихся в каждый момент времени в реверсивном счетчике. Сигнал ошибки усиливается и поступает через усилитель 3 на приводной двигатель 11, который стремится свести к нулю рассогласование следящей системы. Поэтому движение исполнительного органа станка всегда происходит в полном соответствии с количеством и частотой импульсов, поступающих на вход реверсивного счетчика.
Из структурной схемы видно, что магнитная лента 2 может быть включена только в одно место —после интерполятора. При этом запись информации на магнитную ленту производится только методом частотно-импульсной модуляции. Система имеет возможность управлять одновременно тремя координатами. Обычно на каждую управляемую координату отводятся две дорожки магнитной ленты, оставшиеся дорожки используются для записи цикловых команд.
Фазовые системы непрерывного управления —это системы, у которых суммирование командных импульсов осуществляется в электроннофазовом преобразователе до измерителя рассогласования следящей системы. Преобразование цифровой (дискретной) информации в аналоговый сигнал в виде сдвига фазы переменного тока или напряжения происходит при наличии фазовой или импульсной обратной связи.
Структурная схема фазовой системы программного управления показана на рис. VI1-22, в. Электроннофазовый преобразователь 14 выдает сигнал в виде угла сдвига фазы переменного напряжения относительно опорного сигнала 13. Для сравнения поступающих сигналов используется фазовый измеритель рассогласования 15, выдающий сигнал постоянного тока пропорционально ошибке 8 системы. Сигнал через усилитель 3 поступает на электрический или гидравлический привод станка 11. Магнитную ленту 2 в фазовых системах управления включают либо перед электроннофазовым преобразователем, либо после него. Командная информация записывается на магнитной ленте обычно в виде импульсов фазомодулированного сигнала, что исключает влияние дефектов магнитной ленты. Количество дорожек, необходимых для записи программы на магнитной ленте, равно количеству управляемых координат, дорожка для опорного сигнала остается единой для всех координат.
Простота и надежность в работе фазовых систем управления явились причиной их распространения в отечественной промышленности. Широкое применение нашли фазовые системы программного управления типа СЦМ и СЦП. Они имеют единый унифицированный узел управления, который для систем типа СЦМ с вводом программ от магнитной ленты сочетается с устройством считывания программ, а для систем типа СЦП с вводом программы от перфолент —с линейным интерполятором типа ИЛ. В качестве регулируемых приводов применяются электродвигатели постоянного тока с управлением от ЭМУ или с тиристорным управлением. Устанавливая соответствующее число блоков, компонуют систему непрерывного управления для различного
Рис. VII-23.
цифрового программного типа ЦУС-1
Многоцелевой станок МСП-1 с комбинированной системой управления
числа одновременно управляемых координат. Главная особенность таких унифицированных комплексов состоит в возможности использования в них фазовых датчиков обратной связи 16 различной конструкции: вращающихся трансформаторов, датчиков с механической и фотоэлектрической разверткой, многофазных линейно-круговых датчиков и др. В настоящее время выпускаются системы для управления по двум, трем, четырем и пяти координатам девятью—десятью канальными головками для считывания программ с магнитной ленты.
Комбинированные системы управления характерны использованием в устройствах обратной связи датчиков, которые могут работать как в позиционных, так и в непре
рывных системах управления, выдавать информацию как по достижении исполнительным органом станка заданной точки так и на всем пути его перемещения. Примером может служить универсальная контурно-позиционная система управления ЦУС-1, построенная по агрегатноблочному принципу и обладающая широкими технологическими возможностями. Постоянство контурной скорости поддерживается автоматически в пределах ± 1 %. Автоматически производится также вычисление участков разгона —торможения по заданному ускорению и выбор оптимальной скорости позиционирования. Система имеет встроенный линейно-круговой интерполятор, цифровую индикацию перемещений по координатам и индикацию кадров. Перемещения задаются комбинированным (абсолютным и относительным) способом. Имеется возможность смещения нуля всех координат и осуществления аварийных и запрограммированных остановок без потери информации. Система может производить коррекцию по длине всех инструментов в пределах ± 100 мм и коррекцию по диаметру инструментов в пределах 5 мм с точностью 2,5 мкм. Ввод программы осуществляется с пятидорожечной перфоленты фотосчитывателем ФСП-ЗМ; кодирование программ— адресное в коде БЦК-5. Имеется специальная система контроля ввода и отработки программ.
Комбинированные системы нашли наибольшее применение для многоцелевых станков с программным управлением, где, как указывалось ранее, функции программного управления весьма широки (не только рабочие и холостые перемещения, но и выбор режимов, смена инструмента и т. д.). Так, описанная система управления типа ЦУС-1 применена для многоцелевого станка с программным управлением МСП-1 (рис. VII-23).
§ 7.	СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С САМОНАСТРОЙКОЙ
Все описанные в предыдущих разделах системы управления автоматов и автоматических линий относятся к системам, работающим по жестко заданной программе обработки, с регламентацией технологических режимов и маршрутов обработки (рис. VI1-24).
Комплексная автоматизация производственных процессов выдвигает задачу создания систем автоматического управления принципиально нового типа, работающих по нежестким программам, обладающих возможностями 212
оптимизации управляемых рабочих процессов. В зависимости от степени своего совершенства самонастраивающиеся системы автоматического управления должны обеспечивать решение следующих основных задач:
1.	Оптимизация режимов обработки на станках при изменяющихся условиях протекания технологических процессов.
2.	Оптимизация маршрутов обработки при многономенклатурной обработке путем управления системами рабочих машин, транспортирующими устройствами, межоперационными заделами.
3.	Оптимизация производственных процессов путем выбора режимов обработки, последовательности запуска изделий, маршрутов обработки и т. д.
Таким образом, принципы самонастройки, выработанные первоначально применительно к станкам, переносятся на группы станков, автоматические линии, цехи и заводы, что позволяет соединять в едином комплекте системы управления технологическими процессами (АСУТП) с системами управления производством (АСУП). В настоящее время принципы самонастройки получили наибольшее воплощение в станках с программным управлением. Научные основы создания адаптивных систем управления заложены в трудах советских ученых — прежде всего проф. Балакшина Б. С. и его учеников, чьи работы отмечены в 1972 г. Ленинской премией.
Известно, что систематические и случайные погрешности, обусловленные свойствами системы СПИД, существенно влияют на точность и производительность обработки. При ручном управлении станком рабочий может учесть влияние на точность обработки детали таких факторов как изменение припуска на отдельных участках, нестабильность припуска в партии, неоднородность материала, деформации приспособления для крепления детали и т. п. В станке с ЦПУ учет даже некоторых перечисленных факторов значительно усложняет процесс программирования. Во время обработки детали на станке с ЦПУ, даже при наличии на пульте соответствующих устройств ручной коррекции программы обработки (устройство для изменения эквидистанты в линейно-круговых интерполяторах, изменения результирующей подачи и др.), рабочий, как правило, не успевает внести необходимые изменения. Поэтому в последние годы все больше внимания уделяется специальным 213
устройствам автоматической адаптации режимов обработки. Как правило, адаптивная система управления включает в себя комплекс устройств для преобразования информации о выполнении программы в процессе обработки, а сама система управления может осуществлять контролируемое изменение программы движения или характеристик отдельных узлов (преимущественно приводов подач).
Адаптивные системы управления имеют постоянную структуру, в процессе их работы меняются лишь управляющие воздействия или параметры станка. Подобные системы программного управления станками уже разработаны и реализованы в производстве. Дальнейшим развитием самонастраивающихся систем являются самоорганизующие системы, способные в процессе работы обеспечивать изменение не только параметров, но и структуры системы управления.
Самообучающиеся системы являются наиболее совершенными и способны изменять во время работы алгоритм, на основании которого построена система управления. Две последние системы применительно к станкам с ЦПУ пока не реализованы, так как их создание вызывает значительные технические трудности. Однако необходимо отметить, что с созданием больших систем автоматизации, в которых управляются по прямым каналам связи от общей ЭЦВМ целые участки и цехи, появится возможность создания более сложных приспосабливающихся систем двух последних классов. Такие системы способны будут определять в зависимости от общей загрузки участка и потребности производства тип обрабатываемых деталей на каждом станке, а в соответствии с видом обработки и материалом детали будет приниматься алгоритм, по которому выполняется управление станком.
Адаптивные системы управления предназначаются для автоматического изменения в процессе обработки режимов работы и, оптимизируя их, создают возможность изготовления высокоточных изделий с предохранением станка, и инструмента от таких рабочих перегрузок, которые могут вызвать их поломки или ускоренный износ.
При построении адаптивной системы управления станком используется принцип зависимости подачи от силы резания. Эта зависимость задается до начала обработки по программе или вручную. При изменении режимов обработки (величина припуска, твердости обработки и т. д., см. рис. VI-16) схема регулирования подачи изменяет параметры зависимости так, чтобы приблизить результирующую подачу к ее оптимальному значению. На станке обычно устанавливают дополнительные датчики, дающие возможность измерить параметры резания (момент резания, температуру режущей кромки, вибрации). Привод станка выполняется со следящей системой, обеспечивающей регулирование скорости с высоким быстродействием. На рис. VII-25, а
а)
Рис. VII-25. Вертикально-фрезерный консольный станок с цифровым программным управлением: а — блок-схема адаптивного устройства; б — общий вид станка
приведена блок-схема устройства адаптивного управления вертикальнофрезерными станками АДФ (ЭНИМС) с цифровым программным управлением.
Устройство адаптивного управления состоит из трех основных блоков: блока измерения параметров силы резания Рх, Ру и их записи; блока коррекции координатных перемещений X и У; блока оптимизации режимов резания. Подобное устройство выполняет две функции: осуществляет измерения составляющих Рх и Ру силы резания по координатным осям и в соответствии с полученной информацией автоматически корректирует траекторию движения, осуществляет оптимальное регулирование скорости подачи при изменениях условий обработки. Сочетание двух контуров обработки (по режимам резания и по точности) позволяет снизить погрешности, обусловленные деформациями фрезы, и реализовать оптимальные режимы обработки при сохранении требуемой точности.
В блоке, коррекции сигналы, пропорциональные составляющим деформации фрезы по координатным осям ДХ и ДУ, преобразуются в соответствующее число импульсов ДХх или ANy и алгебраически суммируются с числом импульсов исходной программы. Результирующий сигнал поступает на отработку в схему управления приводом подач. Однопараметрическая адаптация по режимам резания осуществляется путем аналитического задания зависимости подачи $ от величины результирующей силы резания Ро. Подача корректируется посредством изменения частоты управляемого генератора в блоке оптимизации режимов резания. Коэффициенты настройки адаптивного устройства определяются программистом и устанавливаются вручную либо по программе. Блок оптимизации осуществляет работу в двух режимах: функциональном и предельном. Значение результирующей силы поддерживается постоянным, если оно предельно для данного случая обработки. При недопустимых режимах резания включается световая сигнализация, предупреждающая оператора.
В системе адаптивного управления предусматривается устройство записи параметров процесса резания. Это позволяет использовать систему для технологической отладки управляющих программ, а также для исследования режимов резания при контурной обработке деталей на станке.
Промышленностью освоен вертикально-фрезерный консольный станок 6Р13ФЗ (ЭНИМС) с адаптивной системой управления, предназначенный
Рис. VII-26. Схема коррекции с автоматической перезаписью программы на программоноситель:
1 — магнитная лента; 2 — узел усилителей считывания по координатам X, У, Z', 3 — схема управления приводом подач; 4,5 — привод подач по координатам X, Y, Z; 6 — двухкомпонентный датчик; 7 — усилители датчика; 8 — фазовые дискриминаторы; 9 — узлы алгебраического суммирования; 10 — узел записи; 11 — скорректированная программа
для контурной и объемной обработки деталей сложной формы из стали, чугуна и легких сплавов.
Фрезерный станок ЧФПЛ-Пр, предназначенный для обработки лопаток компрессора, оснащен самонастраивающейся системой управления, которая позволяет определить последующие состояния обработки в результате анализа всех или некоторых предыдущих состояний. Система управления способна компенсировать слагаемые систематических погрешностей станка. Лопатки обрабатываются потрем координатам; возникающие погрешности устраняются путем введения коррекции только по одной координате. Анализ возникающих погрешностей, измеренных после обработки первой и последующей деталей, позволяет установить интервалы корректирующих; поправок ив дальнейшем исключить возможность возникновения грубых ошибок в системе коррекции.
Введение коррекции в программу обработки может быть автоматизировано. На рис. VI1-26 дана схема устройства для контроля обработки детали с постоянной шириной фрезерования. Измерительный элемент представляет собой двухкомпонентный датчик 6, щуп которого имеет диаметр, равный диаметру фрезы. После обработки детали в шпиндель станка вместо фрезы устанавливают оправку с датчиком и снова включают станок, используя ту же программу обработки. Щуп датчика скользит по боковой поверхности обработанной детали, и всякое отклонение щупа от нулевого положения фиксирует отклонение обработанной поверхности детали от запрограммированной. Эти отклонения обусловлены погрешностями, возникающими в результате обработки и прежде всего от деформации в системе СПИД. Следящий щуп перемещается на пониженной скорости, что дает возможность частично корректировать динамические и статические ошибки привода подач.
Снижение подачи достигается уменьшением скорости протягивания исходной программы, записанной на магнитной ленте /. Командный сигнал одновременно поступает в схему управления приводом подач 3 и в блок алгебраического суммирования 9, Сюда же поступает сигнал коррекции, снимаемый с двухкомпонентного датчика. В результате в блок записи 10 подается откорректированный сигнал, который записывается на магнитной ленте. Вновь записанная программа используется для дальнейшей обработки на станке партии деталей. Если величина партии значительна, то для исключения случайной составляющей погрешности при коррекции необходимо провести перезапись программы.
Алгоритм обработки дополнительной информации выбирается при помощи метода имитации процесса самонастройки с использованием соответствующих алгоритмов. При имитации по этим алгоритмам оказалось возможным принять гипотезу о нормальном законе распределения имитированных погрешностей. Применение систем адаптивного управления позволяет повысить среднее значение режимов резания по сравнению с обычными системами жесткого управления, когда режимы устанавливаются стабильными для всего процесса по наиболее тяжелому участку обработки (см. рис. VI-16), и снизить время обработки в среднем на 25—30% при сохранении заданной точности.
Автоматическое регулирование процесса обработки находит применение не только в станках с цифровым программным управлением, оно успешно реализуется
Рис. VH-27. Блок-схема системы автоматического регулирования гидроко-пировального полуавтомата
в станках с другими системами управления. В качестве примера на рис. VII-27 приведена блок-схема системы автоматического регули-
Рис. VII-28. Структурная схема управления группой станков от единой ЭЦВМ (фирма «Икеда», Япония):
I — таблица с планом выпуска продукции; 2 — таблица заказов; 3 — печатающий аппарат с ручным’и автоматическим управлением; 4 — программа плана выпуска на перфоленте; 5 — управляющая программа; 6 — упрощенная ЦВМ; 7 — долговременная память на магнитных дисках; 8 — таблица с результатами расчета выпуска; 9 — склад деталей; 10 — информации о ходе выполнения плана; И — детали; 12 — токарные станки для патронных и центровых работ; 13 — устройство ПУ у станка (линейный интерполятор); 14 — пульт управления; 15 — пульт силового электрооборудования станка и релейных устройств; 16 — устройство управления всей системой в реальном масштабе времени; 17 — экран для передачи технологических и других указаний рабочему; 18 — пульт цифровой индикации размера;
19 *=* обработанные детали; 20 - склад готовых изделий
рования подачи на гидрокопировальном полуавтомате. Главный электродвигатель М, передающий движение шпинделю 1 станка, связан адаптивной
системой с гидроцилиндром 2 подачи гидрокопировального суппорта с резцом. Связь осуществляется через датчик 3, усилитель 4, сравнивающее
устройство 5, принимающее сигнал от задающего устройства 6, электрический следящий золотник 7 через панель распределения 8. Питание гидросистемы осуществляется от лопастного насоса 9. При снятии больших припусков в детали 10 возрастает сила резания, которая вызывает возрастание тока в обмотке статора главного электродвигателя станка. Сигнал по указанной выше цепи поступает в сравнивающее устройство 5, и величина рассогласо-
Рис. VII-29. Структурная схема управления автоматизированной системой Rota-200 (ГДР):
1 — заказы на”обработку; 2 — план работы; 2 — сбор заказов; 4 — ассортимент производства на 7 — 10 дней; 5 — подготовка материалов, предварительная обработка; 6 — баланс загрузки станочной системы; 7 — технологические данные ассортимента изделий по балансу загрузки; 8 — распределение деталей по станкам; 9, 10 — задание последовательности типа деталей; 11, 12 — задание последовательности обработки, загрузки станков, расходов; 13 — оценка состояния системы; 14 — расчет отчислений; 15 — вычислительная машина; 16 — многосторонняя связь; 17 — печатание протокола; 18 — подготовка заготовок и межоперационных накопителей; 19 — технологическая система; 20 разгрузка изделий
вания определяет команду в электрический следящий золотник, перекрывающий доступ масла в гидроцилиндр 2 подачи суппорта. Подача уменьшается до величины, соответствующей постоянной силе резания. При уменьшении припуска сила на резце падает, и величина рассогласования дает команду на увеличение подачи до величины, определяемой настроенной силой резания. Таким образом, в процессе обработки происходит непрерывное регулирование подачи, обеспечивающее постоянную силу резания.
Приведенные выше системы управления с самонастройкой решают задачу оптимизации режимов работы отдельных станков зачастую с помощьо простейших систем автоматического регулирования и стабилизации. Создание самонастраивающихся систем более высокого класса, способных самостоятельно решать логические задачи управления системами машин, возможно только на базе непосредственного управления от ЭЦВМ.
На рис. VII-28 приведен пример реализации такой задачи путем создания автоматической системы управления участком из семи станков (на рисунке показаны только три). Система, предложенная фирмой «Икеда» (Япония), позволяет кроме планирования выпуска и распределения деталей между станками:
а) централизовать технические службы и службы программирования (отсутствует необходимость вывода информации на перфоленту и передачи ее в цех); б) увеличить надежность передачи информации в системе чертеж— деталь; в) обойтись без программоносителей на специальной основе (синтетические перфоленты и т. п.), необходимых для цеховых условий работы; г) осуществлять возможность управления группой станков с автоматизацией текущего планирования производства.
Наиболее сложные и совершенные самонастраивающиеся системы управления позволяют решать в комплексе задачи оптимального управления производственными процессами, обеспечивая не только оптимальные режимы обработки, но и маршрутизацию изделий, накопление заделов, порядок запуска в условиях серийного производства.
На рис. VI1-29 приведена блок-схема управления автоматизированной станочной системой Rota-200 (ГДР). В вычислительную машину вводятся все необходимые технологические данные, включая классификацию ассортимента обрабатываемых деталей (зубчатых колес), а также данные о плановом выпуске и т. д. Отсюда вырабатывается программа распределения деталей на несколько дней, согласно которой производится обработка деталей и партий деталей в последовательности, выработанной по оптимальным критериям. При этом автоматическая система управляет станками; элементами транспортной системы для деталей, а также для подачи инструмента к станкам; магазинами-накопителями; системой удаления отходов; устройствами контроля качества деталей; одновременно выдается вся необходимая информация для оперативного анализа и контроля экономических показателей работы системы. Таким образом, создание самонастраивающихся систем управления автоматическими линиями, цехами и заводами позволяет решать как задачи управления машинами, так и управления производством, обеспечивая высокую эффективность комплексной автоматизации производственных процессов.
Глава VIII
ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПРОГРЕССИВНОСТИ
НОВОЙ ТЕХНИКИ
§ 1. ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СРАВНИТЕЛЬНОЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИКИ
Одна из объективных закономерностей развития техники заключается в том, что на различных этапах технического прогресса морально стареют не только отдельные конструкции машин, но и методы расчета и оценки новой техники. При этом одни и те же конкретные задачи приходится решать на различных этапах развития с позиций все более широких обобщений.
Раньше при создании новых конструкций машин решались конкретные технические задачи только с технических позиций и «конструктивных соображений». Например, проектируя шпиндель, основными характеристиками которого являются радиальное биение, жесткость и виброустойчивость, конструктор решал все конкретные задачи только с точки зрения обеспечения этих характеристик на более высоком уровне, чем это было в прежних конструкциях. Переходя затем к конструированию следующего узла машины, например суппорта, у которого основной характеристикой является износостойкость и долговечность направляющих, конструктор и здесь прежде всего имел в виду улучшение данных характеристик; и так далее по всем узлам и механизмам новой машины. Такой подход соответствовал тем ранним этапам развития техники, когда технические возможности совершенствования машин были невелики и каждое усовершенствование означало хотя бы маленький шаг вперед.
Теперь при решении задач создания новых машин конструктор оценивает целесообразность тех или иных технических решений уже с точки зрения экономической эффективности внедрения новой машины в целом, т. е. основным является не получение той или иной технической характеристики, а экономические факторы: снижение себестоимость обработки, эффективность капитальных вложений и т. д. Здесь достижение тех или иных технических характеристик, даже самых обобщенных, как, например, производительность машины, является уже не самоцелью, а лишь средством достижения определенного экономического эффекта. Такой подход соответствует современному этапу развития, когда технические возможности неизмеримо выросли благодаря развитию прогрессивной технологии, автоматике, электронике и т. д.
Если новая машина не будет технически более совершенной, то она не может быть и экономически эффективной, т. е. если при создании новой машины ее технические характеристики останутся на прежнем уровне или ухудшатся, то экономического эффекта такая машина не даст. Однако вместе с тем далеко не всякое техническое усовершенствование является экономически эффективным. Как уже отмечалось выше, учитывая огромные возможности сегодняшнего дня, отдельную техническую характеристику можно довести до высокой степени совершенства. Например, уже сегодня технически возможно создавать целые «безлюдные цеха», где количество машин, обслуживаемых одним рабочим-оператором, может быть доведено до десятков и сотен, однако такое решение может привести и к огромным убыткам
(см. § 3 гл. II). Таким образом, оценка новой техники по ее экономической эффективности является более обобщенной, чем оценка по отдельным техническим характеристикам.
Технический прогресс создания и внедрения новой техники ставит своей главной задачей экономию затрат общественного труда при производстве продукции, которая и представляет собой экономический эффект совершенствования техники. Получение экономического эффекта требует, как правило, капитальных вложений, поэтому понятие экономической эффективности новой техники зачастую отождествляется с понятием экономической эффективности капитальных вложений.
Экономическая эффективность капитальных вложений определяется сопоставлением экономического эффекта за определенный промежуток времени (например, за год) с величиной капитальных вложений, обеспечивших этот экономический эффект. При государственном планировании и проектировании народнохозяйственных объектов определяется общая (абсолютная) экономическая эффективность как отношение экономического эффекта ко всей сумме капитальных вложений.
Расчеты сравнительной экономической эффективности капитальных вложений применяются при сопоставлении различных возможных вариантов хозяйственных или технических решений, размещении предприятий и их комплексов, при решении задач по выбору взаимозаменяемой продукции, внедрению новых видов техники и т. д. Оценка сравнительной экономической эффективности капитальных вложений и новой техники позволяет выявлять наиболее перспективные направления новой техники, выбирать конкретные технологические процессы и конструкции машин и т. д. на основе сопоставления и анализа стоимостных и натуральных показателей различных вариантов производства.
Важнейшим критерием экономической эффективности капитальных вложений в социалистическом обществе (как показано в гл. II) является рост производительности общественного труда, достигаемый в результате внедрения новой техники. При оценке сравнительной экономической эффективности новой техники принимаем следующие исходные положения:
1.	Определение эффективности и прогрессивности техники основывается на сравнении вариантов. Следовательно, экономическая эффективность, прогрессивность — понятия сравнительные. При сравнении вариантов следует иметь в виду принципиальное различие между вариантом, который принимаем за базу, и вариантом, который оцениваем, сравнивая с базовым. Первый, базовый, вариант является мерой, «гирей» для оценки, «взвешивания», второго, сравниваемого варианта.
2.	Показатели прогрессивности и экономической эффективности техники — рост производительности общественного труда, экономическая эффективность, сроки окупаемости капитальных вложений зависят от сроков службы объекта' и определяются только для любого сравниваемого варианта при сопоставлении его с вариантом, принятым за базовый. При этом для базового варианта капитальные вложения приводятся к расчетному сроку службы объекта N сравниваемого варианта.
3.	При определении роста производительности общественного труда и суммарных затрат S за полный срок службы объекта N дифференцированно (раздельно) учитываются единовременные затраты Тр прошлого труда на технику, сооружения и т. п. или соответствующие им капитальные вложения К (руб.) и текущие годовые затраты живого и прошлого труда Th и Tv или соответствующие им годовые издержки производства U (руб.).
4.	При определении экономической эффективности капитальных вложений учитывается фактор времени, т. е. рост капитальных вложений при отвлечении их из производительных сил общества в зависимости от сроков службы объекта, сроков освоения (разновременные капитальные вложения 220
приводятся к единому моменту пуска объекта в нормальную эксплуатацию) и сроков амортизации:
К - f (N, Ц Na),
где N — планово-заданный (проектный) срок службы объекта, в соответствии с которым ведется весь расчет сравнения вариантов;
L — срок освоения, исчисляемый с момента первого капитального вложения до пуска объекта в нормальную эксплуатацию, в годах;
7Va — срок амортизации капитальных вложений в годах.
Расчетный срок службы объекта, соответствующий максимуму среднегодового прироста производительности общественного труда, показывает, насколько планово-заданные (проектные) сроки службы соответствуют суммарным затратам (Л^етах Л^пл) и наоборот.
5.	Прогрессивность и экономическая эффективность не являются идентичными показателями новой техники. Как показано в гл. II, прогрессивность новой техники является объективным показателем, не зависящим от конкретных условий использования оборудования, которые могут свести на ьнет экономический эффект от внедрения новой техники, например, при ее недостаточной загрузке.
6.	При определении сравнительной экономической эффективности новой техники исходим из экономии, достигаемой как в сфере производства, т. е. эксплуатации техники, так и в сфере реализации выпускаемой продукции в результате повышения ее качества. При этом за критерий оценки техники принимается среднегодовой прирост производительности общественного труда, представляющий собой обобщенный коэффициент эффективности суммарных затрат общественного труда. Этот коэффициент показывает, какую чистую экономию приносит каждый рубль суммарных затрат, а не только капитальных вложений.
Количественно сравнительная экономическая эффективность новой техники оценивается также величиной чистой экономии, коэффициентом общей экономической эффективности капитальных вложений 3, коэффициентом экономической эффективности капитальных вложений £, сроком окупаемости капитальных вложений п и другими показателями. Чистая экономия AS определяется как разность между суммарными затратами по обоим вариантам за полный срок службы объекта N:
AS = Зх —S2.	(VIII-1)
Коэффициент общей экономической эффективности капитальных вложений Э за полный срок службы объекта определяется как отношение чистой экономии к капитальным вложениям:
э =	.	(VII1-2)
Коэффициент экономической эффективности капитальных вложений Е характеризует среднегодовую чистую экономию, которую обеспечивает каждый рубль капитальных вложений, вложенных в объект, сравниваемый с базовым:
Расчетный коэффициент эффективности капитальных вложений Е сравнивается с нормативными коэффициентами экономической эффективности £н, утвержденными отраслевыми методиками на базе «Типовой методики определения экономической эффективности капитальных вложений» [30]. Так, если капитальные вложения по базовому и сравниваемому вариантам соответственно = 20 тыс. руб., и К2 = 25 тыс. руб., годовые из
держки U{ = 8 тыс. руб. и У2 = 5 тыс. руб., то при сроке службы N = = 10 лет чистая экономия согласно формуле (VIII-1) AS = S,—S2 =• = 20 + 8-10— (25 + 5-10) = 25 тыс. руб. Тогда коэффициент общей-' экономической эффективности капитальных вложений за полный срок службы объекта, согласно формуле (VIII-2),
„ AS 25	,
Э=+<Г="2+==1-
Это означает, что чистая экономия за срок службы составит одну единицу капитальных вложений второго варианта. Коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, согласно формуле (VII1-3),
Е — — 25 — -1— = 0 1
П N ~ 25-10 ~~ 10
т. е. каждый рубль капитальных вложений дает в год 10 к. чистой экономии. Если бы чистая экономия AS = 30 тыс. руб., то коэффициент экономической эффективности получился бы равным нормативному:
Срок окупаемости капитальных вложений п — это срок их возврата за счет экономии, полученной от внедрения варианта, по сравнению с базовым, т. е. срок, в течение которого вся сэкономленная сумма достигает величины капитальных вложений внедряемого варианта. Таким образом, за срок окупаемости чистая экономия и экономический эффект равны нулю (Э = 0; Е — 0), Следовательно, если срок службы объекта N = п, экономического эффекта внедрение новой техники не дает. Только тогда, когда срок службы объекта больше срока окупаемости (N обеспечивается чистая экономия (AS >0).
Обратная величина срока окупаемости представляет собой коэффициент интенсивности возврата капитальных вложений:
1 v == — п
(VIII-4)
Так, если срок окупаемости п — 5, то v = ~ = 0,2, т. е. ежегодный возврат составляет 0,2 единицы капитальных вложений. Коэффициент интенсивности возврата капитальных вложений нельзя смешивать с коэффициентом экономической эффективности капитальных вложений Е. Чистая экономия за срок службы, выраженная через коэффициент экономической эффективности капитальных вложений Е,
AS - EK2V,	(VIII-5)
а через коэффициент интенсивности возврата капитальных вложений будет
- vK2 (V —п).	(VIII-6)
AS
Например, при сроке окупаемости п = 8,33 коэффициент возврата v =	= 0,12. Это значит, что ежегодный возврат составит 0,12
единицы капитальных вложений. Если капитальные вложения /(2 = 25 тыс. руб., то ежегодный возврат составит 3 тыс. руб., что за срок службы объекта N — 10, согласно формуле (VIП-6), даст чистую экономию AS = = 0,12-25 (10 — 8,33) = 3-1,67 = 5 тыс. руб. Коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, согласно формуле (VII1-3),
Е — AL =; --5_1_ — 0 09
О7 25-10	50
Это означает, что каждый рубль капитальных вложений при десятилетнем сроке службы объекта даст всего 2 к. (а не 12 к.) чистой экономии в год.
§ 2. РОСТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБЩЕСТВЕННОГО ТРУДА И ЗАКОН МИНИМУМА ТРУДОВЫХ ЗАТРАТ
Технический прогресс и экономическая эффективность производства — две неразрывно связанные взаимообусловливающие проблемы, которые не могут быть решены обособленно. Успешное их решение является результатом поиска на стыке технических и экономических наук, на базе теории производительности машин и труда.
Как указывалось (в гл. II), важнейшим критерием оценки новой техники является рост производительности общественного труда, что позволяет определять и обосновывать ее показатели. Для оценки прогрессивности и эффективности новой техники необходимо сравнивать производительность общественного труда нескольких взаимозаменяемых вариантов согласно формуле (П-9). Прогрессивным и эффективным будет тот, который обеспечивает наибольший рост производительности общественного труда:
1 __ ^г2 . Tpi N + ^i)
Qri Tp2 + N (TV2 + 7\)
или, через сравнительные технико-экономические показатели обоих сравниваемых вариантов производства (см. гл. II),
Ко Д- N
При выполнении практических расчетов удобнее пользоваться показателями капитальных вложений и текущих затрат в денежной форме. При этом показатели сравниваемых вариантов необходимо приводить к одинаковому масштабу выпуска продукции (Qri = Qr2; Ф = 1)- Тогда коэффициент роста производительности общественного труда в соответствии с формулой (П-9) будет определяться по формуле
K2 + W2 S2 ’
(VI11-7)
где Ki и Д'2 — капитальные вложения обоих сравниваемых вариантов, скорректированные на одинаковый выпуск, качество продукции, срок службы с учетом отвлечения капиталовложений из народного хозяйства;
UL и U2 — текущие годовые затраты обоих вариантов без амортизационных отчислений, также скорректированные на одинаковый выпуск продукции.
Амортизационные отчисления учитываются при подсчете себестоимости продукции:

(VIII-8)
где Na — срок амортизации;
Ct — себестоимость годового выпуска продукции.
Текущие годовые издержки сравниваемых вариантов Ui подсчитываются с учетом всех затрат, связанных с эксплуатацией объекта, за исключением тех из них, которые по вариантам одинаковы (например, при равенстве затрат на основные материалы).
Из формулы (VIП-7) следует, что чем меньше суммарные трудовые затраты сравниваемого варианта S2 за весь срок службы N лет, тем выше-" рост производительности общественного труда в результате его внедрения, откуда следует закон минимума суммарных затрат, впервые сформулированный К. Марксом:
S, =	+ NU; = min.	(VI11 -9)
Так как капитальные вложения имеют характер долгосрочного кредита, коэффициент отвлечения подсчитывается с учетом фактора времени (сроков службы, сроков амортизации и сроков освоения).
Улучшение качества выпускаемой продукции учитывается как в сфере ее производства, так и в сфере реализации условным количественным коэффициентом качества ф:
где — суммарные затраты i варианта без учета коэффициента качества р.
Мимимум суммарных затрат является базой для сравнения вариантов и определения основных критериев их оценки.
Как было ранее сказано (см. гл. II) в социалистических условиях производства мерилом (масштабом) измерения любых трудовых затрат должен быть принят живой труд, и, следовательно, прибавочный (чистый) продукт— прибыль (77) создается суммарными трудовыми затратами (7\ и 7\). Согласно схеме сравнения вариантов техники при реализации одного и того же количества продукции будем иметь дополнительную прибыль для того варианта техники, который требует маныпих суммарных трудовых затрат (Т2). Зная норму прибыли (рн), определим дополнительную прибыль за счет экономии трудовых затрат во втором варианте техники из условия выпуска одного и того же количества продукта труда. Так как цена продукта труда одинакова для обоих вариантов (Z(i«=- Т(2), можем составить уравнение
Т1 + Т1Ри = Т2 + Т2рп + Д/7, откуда
дЛ = (Т\-Т2) (1+рй).
Трудовые затраты с учетом прибавочного труда для первого варианта
Л-Т1 + Т1рй-Т1(1+рн).
Для второго варианта техники трудовые затраты с учетом прибавочного труда будут меньше на величину А/7 = (7\— Т2) (1 + рн), т. е.
Т2 - 7\ (1 + рн) - (Л - Т2) (1 + рн).
Тогда коэффициент роста производительности общественного труда будет определяться отношением трудовых затрат сравниваемых вариантов с учетом прибавочного труда:
а __ Л (1 4~ рн) __ 7\ Г' Л С + Рн) -	- Т,) (1 4 Рн) Т2 ’
откуда видно, что коэффициент роста производительности общественного труда не зависит от коэффициента нормы прибыли, а выражается отношением суммарных трудовых затрат сравниваемых вариантов.
Таким образом, минимум суммарных затрат является объективным критерием для инженерных расчетов обоснования экономической эффект тивности сравниваемых вариантов техники, минуя проблему ценообразования выпускаемой с помощью данной техники продукции.
§ 3. КОЭФФИЦИЕНТ СРЕДНЕГОДОВОГО ПРИРОСТА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБЩЕСТВЕННОГО ТРУДА
Зная коэффициент роста производительности труда %, легко определить прирост производительности общественного труда ДХ за срок службы объекта:
k (ф — а) +	(<р [т(1 — б)+ 1] — Т-1
A X = % — 1 =--------------Щ----------:-------5Т ,	(VI11 -10)
k(5 + N { тдср + —
или, выражая затраты в денежной форме (руб.),
АХ = TlzTjl =	. (VIII-10a)
О2	Ag т AU2
Среднегодовой прирост производительности общественного труда
е=4=^.	(VIU-11)
Среднегодовой прирост производительности общественного труда представляет собой обобщенный коэффициент эффективности полных затрат общественного труда. Этот коэффициент, в отличие от коэффициента эффективности капитальных вложений Е, показывает, какую чистую экономию приносит каждый рубль суммарных затрат, а не только капитальных вложений.
Пример. Пусть капитальные вложения по двум сравниваемым вариантам (с учетом компенсации ущерба отвлечения капитальных вложений) и соответствующие им ежегодные текущие издержки составляют: для поточной линии ручной сборки ^ = 35 тыс. руб., £4 = 200 тыс. руб., для автоматической линии сборки /\2 = 800 тыс. руб., U2 = 34 тыс. руб. Тогда при сроке службы 2V = 12 лет суммарные затраты составят: = 35 + 12-200 = = 2435 тыс. руб; S2 = 800 Д- 12-34 = 1208 тыс. руб., откуда
Д>. -	_ г«5 -.208 _ , 015;
tb 2	1 ^Uo
AZ	1,015 AAQ„
e = -y = ^ = o,o85.
За срок службы внедрение второго варианта вместо первого обеспечит прирост производительности общественного труда в 1,015, т. е. каждый рубль суммарных затрат даст чистую экономию 8,5 к.
На рис. VIII-1 показан прирост производительности общественного труда в зависимости от сроков службы техники /V, откуда видно, что средне-
годовой прирост производительности Z — 1
труда -у- достигает своего максимума в точке касания Mf определяющей оптимальный срок службы техники. Любые сроки, меньше или больше NM, дадут снижение среднегодового прироста производительности общественного труда, отсюда возможность прогнозирования оптимальных сроков службы, технических параметров машин и трудовых затрат.
Рис. VIII-1. Прирост производительности общественного труда в зависимости от сроков службы
225
8 Г. А. Шаумян
§ 4. КОЭФФИЦИЕНТ ЭФФЕКТИВНОСТИ
И СРОКИ ОКУПАЕМОСТИ КАПИТАЛЬНЫХ ВЛОЖЕНИЙ
Согласно формуле (VII1-3), коэффициент экономической эффективности капитальных вложений характеризует размер среднегодовой экономии в сфере производства, которую обеспечивает каждый вложенный рубль в объект, сравниваемый с базовым:
AS _ Э b ~~ K2N ~~ N '
Коэффициент экономической эффективности капитальных вложений за полный срок службы объекта, согласно формуле (VIII-2),
о__ АЗ __ 31 — 32
А2 “ А, ’
Для предыдущего примера будем иметь
Q AS 1227	< го
^Х^-йосГ^1’53
И
=	= 0,127,
т. е. каждый рубль капитальных вложений даст в год 12,7 к. чистой экономии. Полученное расчетное значение коэффициента эффективности (£ = = 0,127) сравнивается с нормативным, который по народному хозяйству СССР в целом установлен на уровне не ниже 0,12, т. е. каждый рубль капитальных вложений должен дать чистую экономию не менее 12 к. в год. Коэффициент эффективности капитальных вложений Е можно определить в функции коэффициента прироста производительности общественного труда — обобщенного коэффициента эффективности:
Е	е = Е-^~.	(VIII-12)
Ag	S g
При Е - 0,127
Коэффициент эффективности капитальных вложений за полный срок службы Э отражает тот экономический эффект, который может быть обеспечен за полный срок службы техники. Естественно, если срок окупаемости п лет, а срок службы N лет, то все капитальные вложения окупятся к моменту времени п, только после чего в течение N—п лет будет достигнута чистая экономия.
Таким образом, за срок окупаемости чистая экономия
= 5г — S2 = 0.	(VIII-13)
При этом затраты по базовому варианту за срок окупаемости составят
=	+	(VIII-14)
Затраты по внедряемому (сравниваемому) варианту за тот же срок окупаемости будут складываться из текущих затрат U и полных капитальных вложений К %:
Sg — t/g/i 4~
(VIII-15)
Тогда, согласно формуле (VIII-13),
AS„ = ({/х +	_ (и^п + К2) = О,
откуда
Решая уравнение относительно п, получим
п = —S----41-------	(VIII -16)
+ «Л-Ц.)
или, выражая затраты через безразмерные коэффициенты (см. гл. II),
« = (Vm'16a)
+ тф (1 __ 6)	ф —_
Анализ коэффициента роста производительности общественного труда позволил определить сравнительные сроки окупаемости. Истинный срок окупаемости — это промежуток времени, за который экономия от снижения текущих затрат и доля капитальных вложений по базовому варианту достигают величины полных капитальных вложений сравниваемого варианта. Для наглядности приведем еще одно доказательство справедливости закона сроков окупаемости капитальных вложений.
Зная чистую экономию за срок службы N
&S = S,-S2 = К,— К2 + N (1Д - t/2), определим полную экономию, т. е. экономию без возврата капитальных вложений:
AS + К2 - К. + N (С7Х — t/2).	(VIII-17)
Тогда среднегодовая экономия за срок службы
= -у- +	(VIII-18)
Экономия за текущий срок эксплуатации
(^+U1 + U2)N9=^K3 + (U1-U2)X3.	(VIII-19)
Экономия за срок окупаемости (N3 = п) равна капитальным вложениям К2:
^п + (иг-и^п = К2,	(VIII-19a)
откуда сравнительный срок окупаемости полных капитальных вложений
~.
Формула (VIII-19а) показывает, что капитальные вложения базового варианта за срок окупаемости внедряемого варианта не исчерпываются полностью, а, согласно учению К. Маркса, переносят за этот срок на продукт лишь долю своей стоимости, пропорциональную сроку эксплуатации и обратно пропорциональную полному сроку службы техники в то время как капитальные вложения по сравниваемому варианту за этот срок (окупаемости) полностью окупаются. Отсюда следует, что базовый и сравниваемый варианты имеют принципиально различную физическую сущность, а не словесную, терминологическую разницу, как это принято считать.
Рис. VIII-2. Рост полной экономии в зависимости от сроков эксплуатации техники
Базовый вариант служит ме-рой оценки внедряемого варианта при условии его эксплуатации в течение срока службы сравниваемого варианта, а не срока окупаемости последнего. Внедряемый или сравниваемый — это тот вариант, только для которого и определяются сроки окупаемости при сравнении его с базовым. Например, сравнительный срок окупаемости для двух вариантов техники по данным, приведенным на стр. 225:
п = ————— = 4,75 года. +(200~34)
На рис. VII1-2 показан рост экономии в зависимости от сроков (N3 == = 0 4- V) эксплуатации объекта [см. уравнение (VIII-19]. Точка пересечения А наклонной прямой с горизонтальной имеет ординату, равную капитальным вложениям К2, и абсциссу, соответствующую сроку окупаемости этих капитальных вложений. Сплошная линия показывает величину полной экономии, которая складывается из экономии по текущим затратам и освобождения капитальных вложений базового варианта (последние за срок окупаемости достигают значения	точка Б
Из графика имеем
q __ AS N ---- П N I	/17ТТТ
Э =	=	(VIII-20)
Следовательно,
Э __N — п
7Г ~ Nn
(VIII-20а)
Как видно, коэффициент эффективности капитальных вложений зависит не только от сроков окупаемости, но и от сроков службы (см. рис. VII1-2).
По формулам (VII1-20) и (VIII-20a) можно подсчитать в относительных величинах сравнительную чистую экономию (или убыток) для любых сроков окупаемости техники или по запланированной экономии в зависимости от сроков службы определить рекомендуемые граничные сроки окупаемости, превышение которых будет неэкономично:
N
n*=w+T-	(VI11-206)
Для этого же примера срок окупаемости при Е = 0,127
12	л
n== W-iF+i'^4’75 года’
Этот результат полностью совпадает с предыдущим расчетом срока окупаемости, вычисленным по формуле (VIII-16) (при Ен = 0,15, п == = 4,3 года). Отсюда видно, что при постоянном заданном значении нормативного коэффициента эффективности £н сроки окупаемости будут переменной величиной, зависящей от сроков службы. Поэтому они не могут быть нормативными. Следовательно, срок окупаемости не является величиной, обратной коэффициенту эффективности капитальных вложений, и наоборот. 228
Истинный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений отражает объективный закон и характеризует среднегодовую чистую экономию в сфере производства, которую обеспечивает каждый рубль, вложенный в объект, сравниваемый с базовым:
эта закономерность справедлива для любых значений величин /<, U и N.
На рис. VII1-3 показана зависимость коэффициента эффективности капитальных вложений от сроков службы объекта при различных сочетаниях К и U. Кривая 1 соответствует случаям, когда К2 >> Ki и < Ui-Чем больше срок службы объекта, тем больше коэффициент эффективности. При малых сроках службы эффективность капитальных вложений в новую технику, в частности в автоматизацию, резко падает. Прямая 2 соответствует случаям, когда U2 < 171? т. е. новая техника обеспечивает снижение затрат, а капитальные вложения одинаковые, т. е. /\ 2 = Кф. Только в этом случае коэффициент эффективности не зависит от сроков службы объекта. Кривая 3 соответствует случаям, когда при наличии экономии в текущих затратах (б/2 < Uх) капитальные вложения в новую технику меньше, чем для базового варианта /<2 < Ki, при этом	В таких случаях коэф-
Л 2 U2
фициент эффективности будет максимальным при малых сроках службы, с увеличением последних его величина падает и в пределе стремится к случаю, когда Т<2 =
Кривая 4 показывает зависимость коэффициента эффективности также от сроков службы, но для случаев, когда /С2 < a U2 > т. е. когда имеется экономия в капитальных вложениях, но растут текущие затраты. И в этом случае имеется зона высокой экономической эффективности, но только при очень малых сроках службы объекта. С ростом сроков службы наблюдается резкое снижение эффективности капитальных вложений до отрицательных значений, т. е. когда внедряемый вариант может принести убыток. Таким образом, вариант, являющийся экономически эффективным, может оказаться вовсе не прогрессивным и, наоборот, прогрессивный (на первых стадиях внедрения) — не эффективным.
Закон экономической эффективности капитальных вложений позволяет объективно судить о любых сравниваемых вариантах техники с точки зрения экономической эффективности — сколько принесет чистой экономии каждый рубль капитальных вложений в объект. При этом высокий экономический эффект может быть достигнут не только внедрением прогрессивных вариантов техники, но и любыми другими сочетаниями капитальных вложений и годовых издержек производства даже при отсутствии элементов научно-технического прогресса.
Для наглядности проанализируем все возможные сочетания капитальных вложений К2 и годовых издержек производства U2 сравниваемых вариантов при сохранении неизменными соответствующих величин базового варианта в осях координат (рис. VIП-4). По оси абсцисс отложим значения капиталовложений по оси ординат — издержки производства U. Тогда капитальным вложениям базового варианта f(1 будут соответствовать годовые издержки Ulf которые окажутся центром, вокруг которого будут располагаться годовые издержки от £/2 1п до £Лтах и соответствующие им капитальные вложения сравниваемого варианта от /<2min до К2тах-
Варьируя величину /С2, соответственно будем получать различные значения годовых издержек £72, которые могут оказаться в любой точке внутри круга. С точки зрения экономической эффективности и прогрессивности весьма важно знать, в какой зоне окажутся годовые издержки производства предлагаемого варианта: в квадранте I	и l/2 < Uf,
Рис. VI11-3. Зависимость коэффициента эффективности капитальных вложений от сроков службы техники при различных сочетаниях капитальных вложений и текущих затрат
Рис. VIП-4. Зоны экономической эффективности и прогрессивности новой техники
в квадранте II	и U 2 < Uв квадранте III К2 <: Kj и U2 •> U
в квадранте IV К2 > и (72 > Ult
Как видим, при сравнении нового объекта с базовым показатели эффективности могут попасть в любой из четырех квадрантов, последний из которых является явно убыточным. Остальные квадранты, хотя и относятся к экономически выгодным, но не гарантируют меру эффективности. Кроме указанных вариантов можем отметить и характерные случаи, когда /С2 /<2 и U2 <4 t/x; /С2 <? Ki и U2	U1- Из этого многообразия вариантов,
как правило, исследуют лишь варианты, соответствующие квадранту /, пренебрегая другими вариантами или вовсе не зная их.
Квадрант II с точки зрения экономической эффективности является наиболее важным и перспективным, ибо охватывает такие варианты, которые являются результатом научно-технической революции, т. е. отражает генеральное направление технического прогресса. Квадрант III представляет чрезвычайный интерес с точки зрения обеспечения высокой эффективности, но не прогрессивными средствами. Пренебрегать этими вариантами (наиболее распространенными) недопустимо. Квадрант IV характерен тем, что является явно убыточным. Поэтому он должен быть объектом особого изучения, чтобы избегать не только его, но и приближения к нему как со стороны третьего квадранта, так и со стороны первого.
Таким образом, благодаря закону эффективности, охватывающему все зоны, можем анализировать их, отвергать убыточные варианты и гаранти-^ов-ать выбор эффективных решений, обеспечив условие. При этом мы не можем гарантировать, что эффективный вариант не окажется в квадранте III, который в противоположность квадранту II характеризует зону непрогрессивных решений.
§ 5. РАСЧЕТНЫЕ СРОКИ СЛУЖБЫ ТЕХНИКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ МАКСИМАЛЬНЫЙ ПРИРОСТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБЩЕСТВЕННОГО ТРУДА
Решение проблем прогрессивности и экономической эффективности техники, определение технико-экономических показателей (2i, е, п, Е) возможно лишь при известных сроках ее службы. Поэтому прежде чем приступать к расчету эффективности новой техники, следует предварительно обосновать сроки ее службы. При этом необходимо проверить, насколько плановохозяйственные сроки службы техники соответствуют максимуму прироста производительности общественного труда. Это необходимо для большинства случаев, т. е. когда /С2 >КХ и < t/x.
На рис* VII1-5 показана зависимость коэффициента е прироста производительности общественного труда от сроков службы техники. Из графика видно, что функция имеет экстремум, и произвольный выбор срока службы N может не соответствовать максимуму прироста производительности общественного труда. Из усло-ВИЯ == 0 получим
Рис. VIII-5. Зависимость коэффициента прироста производительности общественного труда от сроков службы техники
N =J1+V1+-M (VHI-22)
ешах * \	1 |r ’ J
где Nemax — срок службы из условия максимума прироста производительности общественного труда.
Срок службы, когда суммарные затраты по обоим вариантам становятся равными,
Для нашего примера (см. стр. 225)
Ne =4,6(1+	|^16 лет.
emax \ V 4,6-34/
При этом сроке службы автоматическая линия обеспечит максимальный среднегодовой прирост производительности общественного труда:
AS 1891
еШаХ ~	“ 1344 -16 - 0,088
И
Р	^*^2П1аХ л лпо 1344 л , -
шах=^ЛГ= • 800	
вместо е = 0,085 и Е ~ 0,127 при N = 12 лет.
В результате расчета примера имеем следующие показатели эффективности внедрения автоматической линии по сравнению с поточной линией оучной сборки: AS = 1227 тыс. руб.; £'=0,127 /г—4,75 года; 6= 0,085; £=2,015.
Приведем расчет этого же примера по критерию «минимум приведенных затрат» при Е% для станкостроения 0,15 и N = 12 лет:
Зг = С + £нХ; С = А + (7;
Зг = 202,9 + 0,1|-35 = 208,15;
32 = 100,6 4- 0,15-800 = 220,6;
Т
* ОК /-> и2
= 7,5 лет.
По «минимуму приведенных затрат» лучшим является вариант I, внедрение которого за срок службы оборудования N = 12 лет даст убыток 1227 тыс. руб.
§ 6. УЧЕТ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ ПРИ ОТВЛЕЧЕНИИ КАПИТАЛЬНЫХ ВЛОЖЕНИЙ
В расчетах экономической эффективности от внедрения в производство нового объекта решающее значение имеет фактор времени. Поскольку капитальные вложения имеют характер долгосрочного кредита, отвлекающего
средства из производительных сил общества, необходимо номинальные капитальные вложения К для сравниваемых вариантов скорректировать с учетом фактора времени. При этом следует учитывать: различие темпов выпуска продукции — производительности; различие сроков службы; разновременность капитальных вложений до момента освоения объекта; различие в объеме амортизационных отчислений на восстановление фондов по сравниваемым вариантам.
Приведение капитальных вложений к одному выпуску продукции в единицу времени учитывается коэффициентом роста производительности
=	(VIII-24)
Чрасч
где Qpac4 и Q; — соответственно расчетное количество продукции в единицу времени и обеспечиваемое t-м вариантом.
Приведение к одному сроку службы учитывается коэффициентом *
(VIII-25)
где W — срок службы объекта сравниваемого варианта;
2V6a3 — срок службы объекта базового варианта.
Приведение разновременных капитальных вложений варианта I объекта (с учетом коэффициентов ср и a J к моменту его освоения учитывается коэффициентом
=	(VIII-26)
До/
где /(of — суммарные разновременные (номинальные) капитальные вложения t-ro варианта;
KiL ” те же капитальные вложения, приведенные к моменту пуска объекта с учетом их роста за срок освоения разновременных капитальных вложений.
Рост капитальных вложений /<а за срок их амортизации учитывается коэффициентом
а8 = #>	(VIII-27)
Д а
где Kt — приведенные (скорректированные) капитальные вложения /-го варианта с учетом всех коэффициентов.
Следовательно,
^•=/<0/^3.	(VIII-28)
Определение первоначальных капитальных вложений с учетом коэффициентов (р и не вызывает трудностей. При определении коэффициентов а2 и а3, учитывающих соответственно q/оки освоения и амортизации, необходимо различить два периода. В течение первого периода (срока освоения) производится освоение «единовременных затрат», которые в действительности осуществляются не одновременно, а по частям в течение всего срока освоения. В связи с этим необходимо учитывать фактор времени — рост разновременных капитальных вложений с момента их авансирования до пуска объекта в эксплуатацию.
Введем следующие обозначения:
L — срок освоения, исчисляемый с момента первого капитального вложения до пуска объекта в нормальную эксплуатацию, в годах;
Koi» ^о2» • • -э Аор— разновременные капитальные вложения за срок освоения в руб;
t — число лет от первого до любого последующего капитального вложения; t = О, 1, 2 . . . (L — 1);
L — t — срок с момента поступления разновременных капитальных вложений до пуска объекта в нормальную эксплуатацию в годах.
Если на конец Z-го года были введены капитальные вложения в объеме Kj (руб.), то к концу срока освоения объекта с учетом банковского процента они достигнут величины
/С/ь = /С/(1 — Т)^.
Тогда полные капитальные вложения, приведенные к моменту пуска объекта, составят
р	р
Kl = S KiL= s М	(VIII-29)
/=1	/=1
где / — порядковый номер капитальных вложений от первого до р-го; у — годовой банковский процент в долях капитальных вложений. Пусть, например, срок освоения объекта составил 6 лет (L = 6).
При этом были осуществлены капитальные вложения в размере 90 тыс. руб. следующим образом: первоначальные вложения = = 25 тыс. руб.; на следующий год /<2 = 20 тыс. руб.; на второй год К3 = = 20 тыс. руб.; на пятый год /<4 = 10 тыс. руб.; на шестой год (к моменту ввода объекта в нормальную эксплуатацию) К5 = 15 тыс. руб.
Число лет от первого до каждого последующего капитального вложения /4 = 0; t2 == 1; t3 = 2; /4 = 5; /5 = 6.
К концу срока освоения объекта с учетом банковского процента разновременные капитальные вложения достигнут величин:
К16 =	(1 + т)6"0; К2б = ^2 (1 + у)6-1;	- Кз (1 4- у)6’2:
= /<4 (1 + у)6-5;	= къ (I + у)6"6.
Многие экономисты считают, что банковский процент на капитальные вложения в расчетах.следует принимать равным нормативному коэффициенту эффективности капитальных вложений,, т. е. у = £н = 0,12, в соответствии с чем разновременные капитальные вложения к моменту пуска объекта в нормальную эксплуатацию составят
К16 =	25 (1	-F	0,12)6	-	25’1,97	-	49,3	тыс.	руб.;
К2б -	20 (1	+	0,12)5	-	20-1,76	-	35,2	тыс.	руб.;
К3б -	20 (1	+	0,12)4	=	20-1,57	-	31,4	тыс.	руб.;
К46 =	10 (1	+	d.12)1	=	10-1,12	=	11,2	тыс.	руб.;
/<56 = 15 (1 4- 0,12)° = 15-1,0 = 15 тыс. руб.
Полные капитальные вложения, приведенные к моменту пуска объекта, будут следующие: KL = Lie 4-	4- Кзе + Кев + Kl = 49,3 4-
4- 35,2 4- 31,4 4- И,2 4- 15 = 142,1 тыс. руб., т. е. возрастут за счет процентов в 1,58 раза = 1,58).
Следует иметь в виду, что с момента ввода объекта в эксплуатацию капитальные вложения еще не возвращаются, и, следовательно, начисления банковского процента на авансированные капитальные вложения продолжаются до конца срока амортизации. При этом в течение всего срока амортизации объекта банковский процент начисляется с суммы капитальных вложений, ежегодно убывающей на величину амортизационных отчислений:
а =	(VIII-30)
где Na —- срок амортизации капиталовложений в годах.
Если полные капитальные вложения к моменту пуска объекта составляют KL (руб.), то задолженность с учетом банковского процента при ежегодных амортизационных отчислениях в размере а (руб.) на конец первого года -= KL (1 — у) — а.
На конец второго года
D2 = IKl (1 + у) — al +	(1 — ?) — а] у — а\
D2 - KL(1 + уГ-а(1-у)~а.
На конец третьего года
D3 - (KL (1 + у)2- а (1 + у)™^] + [KL (1 + yY-a (1 + у)-а! у-ст,
D3 ^l(1 + у)3 — а (1 + У)2 ~ а (1 + у) — а.
Аналогично, на конец м-го года
Рп = Ль (1 + У)п — а (1 — у)”-"1 — а (1 + у)п~*-- а (1 -- у)2 -- а (1 у) а
п членов
(VIII-31)
Последние п членов составляют убывающую геометрическую прогрессию со знаменателем q = где с — 1 + у.
Сумма этой прогрессии
S„ = « ~Г = « +	.	(V111-32)
Подставляя формулу (VIII-32) в формулу (VIII-31), имеем
=	^1 + у -	(VIII-33)
В итоге, на конец n-го года
+	(VIII-34)
где а3 — коэффициент роста капитальных вложений.
Подставляя в формулу (VIII-34) значение Dn из формулы (VIII-33), имеем
«3 = £ П + (1 +	- a	1
(VIII-35)
Принимая а — п = N3 и подставляя в выражение (VII1-35), после преобразований получим
«з = (1 +	- <L±lf^l + Y(Va).	(VI11-36)
Следовательно, с момента пуска объекта до конца амортизационного срока приведенные капитальные вложения возрастают до величины К, определенной по формуле
К = asKL = а3 £ Ki (1 +	(VI11-37)
/=1
Определим коэффициент роста капитальных вложений а3 для нашего примера, приняв срок амортизации Na = 10 лет:
„ _ и ! о 12W>	(1 + 0,12)10 — (1 + 0,12-10) .
<Хз — (1 -f- V,IZ)	0,12.10
__п ап	3,09 —— 2,2
ocg = 3,09 — -—г~г'~ = 2,35.
Таким образом, с момента пуска объекта до конца амортизационного срока приведенные капитальные вложения возрастут до величины К ~ ==	= 142,1 -2,35 = 335 тыс. руб., т. е. по сравнению с величиной аван-
сированных капитальных вложений увеличивается в целом за счет сложного процента в 3,7 раза
Используя приведенные выше критерии и методы оценки экономической эффективности новой техники, рассмотрим реальный пример расчета экономической эффективности автоматизации обработки щита электродвигателя при внедрении нового прогрессивного технологического процесса — попутного точения (см. гл. VI).
Пример 1. Рассматриваются пять вариантов обработки шита электродвигателя (рис. VIII—6, а) при заданной программе выпуска 340 000 шт./год. (Заготовка представляет собой чугунное литье в кокиль (СЧ12-28, НВ <Z 200). Требуется произвести следующую обработку: подрезать торец диаметром 137 мм в размер 36,5 Л5, просверлить три отверстия диаметром 14А7 мм, расточить отверстие диаметром 100П мм, обточить замок диаметром 253П2а мм, просверлить три отверстия и нарезать в них резьбу М8.
Для обеспечения качества электродвигателей требуется выдержать жесткие допуски на диаметры 100П мм и 253П2а мм и технические требования; биение поверхности диаметром 253П2а мм относительно поверхности диаметром 100П мм не более 0,05 мм: овальность и конусность поверхности диаметром 100П мм не более 0,018 мм.
5)
Рис. VIH-6. Схема обработки щьга электродвигателя
Вариант I —существующее производство (рис. VIII-7). Обработка ведется на универсальных токарных, токарно-револьверных и сверлильных станках. Требуемое количество оборудования — 18 станков на программу, занимаемая производственная площадь — 231 м2, количество производственных рабочих в две смены — 33 человека. Стоимость оборудования 112,1 тыс. руб. Обработка щитов на универсальных станках не дает необходимой точности и малопроизводительна. Для сопоставления вариантов по качеству выпускаемой продукции при расчете экономической эффективности в вариант I дополнительно включена операция чистовой обработки щита на алмазно-расточных станках СМ-136.
Вариант II. С целью автоматизации существующего технологического процесса предло-жено вести обработку щита на специальных агрегатных многопозиционных станках, в том числе финишная операция ведется на алмазно-расточных станках СМ-136. Этот вариант требует на программу 11 станков, 270 м2 производственной площади и 16 производственных рабочих в две смены. Стоимость оборудования 326,8 тыс. руб. Вариант II, хотя и капиталоемкий, обеспечивает более высокое качество обработки щита, так как предварительные операции включают обработку базовых поверхностей.
Вариант III. Обработка ведется на шестишпиндельных вертикальных токарных полуавтоматах 1284 и специальных агрегатных сверлильно-резьбонарезных станках 2С170. Вариант требует на программу 5 станков, 76,9 м2 производственной площади и 10 производственных рабочих в две смены. Стоимость оборудования с технологической оснасткой 94,49 тыс. руб. Качество обработанных деталей несколько уступает варианту II (в расчетах не учитывается).
Вариант IV. Для обработки наиболее ответственных поверхностей диаметром 100П мм и 253П2а мм и получения необходимой точности предложен новый прогрессивный технологический процесс обработки — попутное точение и фрезоточение (см. рис. VIII-6, б, в). При этом используется из существующего оборудования токарно-револьверный станок 1П365, который модернизируется в полуавтомат. Для осуществления попутного точения и фрезоточения на станке устанавливается фрезерная головка с безлюфтовым приводом. Производительность обработки указанных поверхностей возрастает более чем в 3,5 раза (рис. VIII-8), и достигаются при этом требуемые чертежом точность и шероховатость обработки (см. рис. VII1-9). Стои-
Рис. УШ-8. Рост производительности труда при сравнении различных вариантов обработки щита электродвигателя в зависимости от сроков службы оборудования. Вариант, принятый за базовый:
а — Д; б — II; в — Ш
Рис. VHI-9. Характеристики качества обработки щита электродвигателя на полуавтомате попутной обработки DF-315:
а — некруглость отверстия диаметром 100 мм, отклонение 18 мкм; б — некруглость наружного пояска диаметром 253 мм, отклонение 32 мкм;
в)
мость опытного образца полуавтомата на базе нового технологического процесса составляет 15 тыс. руб. Необходимое на программу количество полуавтоматов с учетом резерва принято 2 шт. Обработка остальных поверхностей ведется на токарно-винторезных станках 1К62 и специальных сверлильно-резьбонарезных станках 2С170. Всего на программу требуется 6 станков, 67 м2 производственной площади и 12 производственных рабочих. Стоимость оборудования 58,66 тыс. руб.
Вариант V. Предполагается использовать метод попутного точения и точения резцовыми головками на шести шпиндель ном полуавтомате 1284, установив на суппорте фрезерную головку с безлюфтовым индивидуальным приводом. Это позволит более чем в 5 раз повысить производительность обработки щита при достижении требуемой точности и шероховатости. Обработка отверстий осуществляется на специальных сверлильно-резьбонарезных станках 2С170. Всего на программу требуется 3 станка, 35,7 м2 производственной площади, 6 производственных рабочих в 2 смены. Стоимость оборудования с технологической оснасткой 48,24 тыс. руб.
Расчет капитальных вложений и текущих затрат по вариантам ведем на проектный срок службы, принятый нами, N = 12 лет. При подсчете капитальных вложений, кроме стоимости оборудования и техоснастки, включается стоимость площади здания, занимаемого оборудованием. Текущие издержки включают следующие статьи затрат; заработную плату рабочих, силовую электроэнергию, межремонтное обслуживание оборудования, текущий и капитальный ремонт оборудования, содержание здания цеха. Количество производственных рабочих и разряд работы взяты по заводским данным. Коэффициент транспортировки и установки оборудования, годовые затраты на 1 кВт установленной мощности электродвигателей, затраты на межремонтное обслуживание, на текущий и капитальный ремонт оборудования, затраты на содержание 1 м2 площади здания, занимаемого оборудованием, взяты по нормативам ЭНИМСа. Затраты на инструмент по вариантам условно приняты одинаковыми, поэтому в расчет не включены. Полная стоимость вновь приобретаемого оборудования подсчитана с учетом коэффициента транспортировки и установки, равного 1,1 (ЭНИМС). За срок амортизации оборудования капитальные вложения в него возрастут в а3 раз [см. формулу (VI11-36)], Принимая ун = 0,06 и срок амортизации равным сроку службы оборудования Va = V — = 12 лет, имеем
«з = (1 Ч- ун/3 —	= Г + О'06/ “
(1+0,Об)12—(1 + 0,06-12)
0,06-12
Общая площадь здания, занимаемого оборудованием, определена как произведение площади станка на коэффициент, учитывающий дополнительную площадь, приходящуюся на станок (по данным Таллинского завода «Вольта»). Стоимость 1 м2 площади здания механического цеха принята 35,7 р., по данным завода «Вольта» (по нормативам ЭНИМСа — 125 р.). Среднегодовая, заработная плата станочников определена по известной формуле:
^зст = ^ч. тР/^^раб,
где СЧг т — часовая тарифная ставка соответствующего разряда (сдельщики на холодных работах) в руб.:
Р1,3 — коэффициент, учитывающий приработок (премии);
/ = 1,11— коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату;
k~ 1,066 — коэффициент, учитывающий отчисления на социальное страхование;
Фраб “ 1840 — действительный (расчетный) годовой фонд времени рабочего в ч.
Исходные данные для расчета экономической эффективности сравниваемых вариантов приведены в табл. VIII-1, расчетные данные капитальных вложений и годовых текущих затрат в табл. VIII-2. Для определения технико-экономических показателей, сравниваемых вариантов и критериев их инженерной оценки определим суммарные затраты в тыс. руб. по всем пяти вариантам за срок службы оборудования N = 12 лет; = 187,49-ф- 12-72,57 = 1058,33: 5ц = 532,52 4- 12-57,86 = 1226,84; Sm = 147,45 -ф- 12-25,45 = 452,85; Sjy = 96,25 -Ь 4- 12-23,86 = 382,57; Sv = 76,30 + 12-13,53 = 238,66.
Результаты сравнения вариантов по технико-экономическим показателям сведены в табл. VIII-3.
Как было сказано, объективным критерием прогрессивности и эффективности новой техники являегся среднегодовой коэффициент прироста производительности общественного труда. Расчет показывает (табл. VIII-3), что лучшим вариантом является V, для которого = 0,28, тгу-1 “ 1,02 года, £у~1 = 0,9; ASp^ = 68,31 тыс. руб. и еу_ц == 0,34; пу-П 5=5 = 0,86 года; Ву-ц == 1,07; А5Гу_п — 84,01 тыс. руб. Несколько уступает ему вариант IV, для которого <?iy_i = 0,15 и eiy_n = 0,18.
Зависимости коэффициента эффективности капитальных вложений и коэффициента прироста производительности общественного труда от сроков службы оборудования для сравнивав; мых вариантов обработки щита электродвигателя приведены на рис. VIII-10 и VIII-11.
Инженерная оценка сравниваемых вариантов включает в себя анализ технико-экономических показателей. Для этого коэффициент роста производительности общественного труда к определен через безразмерные коэффициенты k, т, 8, о, 6 при ф = 1 (см. § 2 гл. II), характеризующие сравнительные технико-экономические показатели всех пяти вариантов. Данные расчета сведены в табл. VIII-4.
Из табл. VIII-4 видно, что прогрессивный вариант V имеет минимальные значения величин oy_i = 0,4 и 6фу,[ = 0,2, достигнутые путем снижения капиталовложений и текущих затрат, при значительном сокращении затрат живого труда 8y_j = 5,62, что в комплексе позволяет повысить производительность общественного труда Mr-I = 4,43. Если за базовый принять вариант II, то в этом случае получим еще больший эффект (%у_ц = 5,15) в результате резкого снижения капитальных вложений и текущих затрат (ау-н ~ 0»14, <5фу_ц = = 0,15), несмотря на сравнительно малое сокращение затрат живого труда (8у_ц = 2,67). Высокие показатели вариантов IV и V достигнуты в результате резкого роста производительности предлагаемой новой техники.
Новый прогрессивный метод обработки — попутное точение или точение резцовыми головками— может быть использован при обработке внутренних и наружных поверхностей тел вращения. Метод уже опробован, испытан и показал хорошие результаты при обработке щитов электродвигателей, а также отверстия и наружных поверхностей колец шарикоподшипников. Этот метод положен в основу создания полуавтомата (рис. VIII-12). Он демонстрировался на Лейпцигской ярмарке 1972 г. и получил высокую оценку специалистов. Внедрение в производство при обработке щита электродвигателя только двух таких станков дает более 40 тыс. руб. экономии в год.
Рассмотрим еще один пример расчета экономической эффективности капитальных вложений на строительство предприятий для капитального ремонта двигателей марки ЯМЗ-238НБ.
Рис. VIII-10. Зависимость коэффициента эффективности капитальных вложений от сроков службы оборудования:
а — базовый вариант I; б базовый вариант II
6£'Z
	.1	•—*	Вариант
1284	1 СМ173 СМ 136 АМ5996	| 1К36 1П365 1К62 2А135 П/а для нарезания резьбы СМ 136	Оборудование
! 1,213 i	о	о СП	4^	о	~ СС	to	оо	СП	сл О	О	00	СП	ю	Время рабочего цикла станка в мин
1,77 ;	Г"	571 4^	ОМ	Q0 О	О	СО	р	р	-° СО	'*‘4	СО	СП	со СП	00	СП	о	о	Расчетное количество ^шт^Г РТЯ П 1Z ОТ? П   _	- *
				Рст фо6-60
	ND	О	СО	СО	Н-* to to -q со	Принятое количество станков
09*0	0,94 0,91 0,73	О	-S	wO	-°	° оо	00	Ъ	Ъ	ч СП	to	00	со	>4	Расчетный коэффициент загрузки станка
10,30	34,30 3,80 6,00	СО	О	J—	JSD	СП	СП 00	СО	О	О	ND О	О	4^	СП	о	О	Габаритная площадь станка в м2
jo 0	со	50	— о	ся	Ъ1	р	р	р	р СП	О	о СП	о	о	Коэффициент, учитывающий дополнительную площадь
23,5	40,0/10,5	45,0	46,0/87,6 14,3	34,0/27,0 9,0	10,0/13,5	/ 10,1	19,5/3,5 15,8	20,0/12,0 10,1	11,0/12,5 4,6	8,0/5,0 0,6	8,0/3,0 14,3	10,0/13,5	Установленная мощность токоприемников в кВт Категория сложности ремонта механической и электрической частей
-а	сп -q -q	СП	СО 00	00 О СП	Длительность межремонтного цикла (Т ) в годах
	0	4^ X	О	00 О О ND №	Срок службы станка N = 27ц в годах
СО	со со со	СО	ND ND ND 4^ ND	Разряд работы станочника
—	>— nd •—	nd	*—	Количество станков, обслуживаемых в одну смену станочником
18 500,0	49 100,0 20 743,0 18 575,0	ND О	СЛ	>—	ND	4^	CO -q	О	ND	4^	CT>	-q 4^	О	Ч	О	—	CO CO	О	ND	О	О	ND О	О	О	О	О	О	Оптовая цена станка в руб.
	>— nd •—	ND	ND Ф- ND	Количество имеющегося на заводе оборудования
..	48 976,0 21 006,0 16 089,1	ND —	ND	4^	•— О	О	—	cn	co	-q О	-q	ND	4*	СП cn	go	о	о	-q	сл О	СП	о	о	о	о	Балансовая стоимость имеющегося оборудования в руб.
Исходные данные для расчета капитальных вложений и текущих издержек
on
<	<		Вариант
1284 специальный Технологическая оснастка 2С170	1 П/а для фрезоточения 2С170 		Технологическая оснастка 2С170 1К62	Оборудование
о	о сл оо со	о	— о со	о 00	0,738 1,38	Время рабочего цикла станка в мин
0,73 1,1	1,44 1,1	1,1 1,95	Расчетное количество ^шт^Г станков ргт=—-—~ С1 Фоб-6»
ND	СО	<—	ND	ND	ND	ND	СО	Принятое количество станков
О	о СИ СП	03	0,72 0,55	0,55 0,98	Расчетный коэффициент загрузки станка
ND	О 7-	Ъэ о	о	5,20 2,16	ND	ND со	'T- СП	CD	Габаритная площадь станка в м2
СО	ND СИ	О	СО	со СП	О	СО	СО СИ	СП	Коэффициент, учитывающий дополнительную площадь
1—	ND ND	СО О	СП	ND	О О	4*.	О	ND т-	ъ	Установленная мощность токоприемников в кВт
>— <£>	О ъ	ъ со	о о	сл	20,0/12,0 19,0/13,0	19,0/13,0 11,0/12,5	Категория сложности ремонта механической и электрической частей /R3
-J -	-1 о	00	-0	Длительность межремонтного цикла (Гц) в годах
4^	14 14	14 16 12	Срок службы станка N = 27"ц в годах
СО	СО	СО	4^	ND СО	Разряд работы станочника
1—*	•— —	Н-	>-	—	Количество станков, обслуживаемых в одну смену станочником	
—*	ND О	СО	О ND	СЛ	О СО	О	о ND	О	О Си	О	О	15 000,0 10 292,5	3 600,0 10 292,5 2 400,0	Оптовая цена станка в руб.
		ND	Количество имеющегося на заводе оборудования
		0‘01S I	Балансовая стоимость имеющегося оборудования в руб.
Продолжение
Таблица VIII -2
Капитальные вложения и текущие издержки различных вариантов обработки щита электродвигателя
по пор.	Статьи затрат	Варианты				
		I	н	ill	IV	V
			Затраты в тыс.		руб.	
I II	Капитальные вложения /< В том числе: оборудование 	 здание 	 приспособление 	 Текущие издержки И . . . . В том числе: заработная плата производственных рабочих силовая электроэнергия межремонтное обслуживание станков .... текущий ремонт станков капитальный ремонт станков 	 содержание здания цеха	187,49 179,36 8,13 72,57 45,69 5,54 5,35 4,16 9,06 2,77	532,52 522,88 9,64 57,86 17,62 9,54 7,61 7,51 12,34 3,24	147,45 133,90 2,75 10,80 25,45 13,56 2,33 2,67 1,77 4,20 0,92	96,25 93,86 2,39 23,86 16,61 1,77 1,46 1,10 2,12 0,80	76,30 71,42 1,28 3,60 13,53 8,13 1,06 1,26 0,82 1,83 0,43
а)
Рис. VIIM1. Зависимость коэффициента прироста производительности общественного труда от сроков службы оборудования:
а = базовый вариант Г, б — базовый вариант II
Рис. VIII-12. Полуавтомат попутной обработки
Пример 2. Рассматриваются следующие варианты капитальных вложений: I — строительство трех заводов в разных городах: II — строительство одного завода: III — ремонт двигателей в РТС. Исходные данные приведены в табл. VII1-5.
Таблица VII1-3
Результаты сравнения вариантов по экономическим показателям
Вариант, принятый за базовый	Сравниваемые варианты	Показатели					
		AS в тыс. руб.	ASr в тыс. руб.	Е	п в годах	е	АХ
	II—I	— 168,51	— 14,04	—0,03	17,56	—0,01	—0,14
I	III—I	605,48	50,46	0,34	2,35	0,11	1,33-
	IV—I	675,76	56,31	0,59	1,50	0,15	1,78
	V—I	819,67	68,31	0,90	1,02	0,28	3,43
	III—п	773,99	64,50	0,44	1,92	0,14	1,71
II	IV—II	844,27	70,36	0,73	1,23	0,18	2,21
	V—II	988,18	84,01	1,07	0,86	0,34	4,15
Таблица VIII-4
Результаты сравнения вариантов по технико-экономическим показателям
Вариант, принятый за базовый	Сравниваемые варианты	Показатели					
		k	т	е	а		Л
	II— I	4,1	0,59	2,10	2,84	1,35	0,86
I	III—I	4,1	0,59	3,37	0,79	0,44	2,33
	IV—I	4,1	0,59	2,75	0,51	0,27	2,78
	V—I	4,1	0,59	5,62	0,40	0,20	4,43
	III—I	24,55	1,67	1,60	0,28	0,32	2,71
II	IV—II	24,55	1,67	1,30	0,18	0,20	3,21
	V—II	24,55	1,67	2,67	0,14	0,15	5,15
Пользуясь исходными данными, приведенными в табл. VIII-5, определим суммарные затраты по вариантам за срок службы N == 15 лет:
Sj = 5350,6	1 5-10 850,8 = 168 112,6 тыс. руб.;
Sn = 3801,2 4-15-11 149,5 == 171 043,7 тыс. руб.;
Sin = 1000 4- 15-12 000 = 181 000 тыс. руб.
По изложенной выше методике определим экономические показатели сравниваемых вариантов и сведем их в табл. VIII-6.
По данным табл. VIII-6 наиболее эффективным и прогрессивным является вариант I (AS = 12 887,4; е = 0,005), т. е. строительство трех заводов в разных городах, в то время как по критерию «минимум приведенных затрат» (3j = 11 956,6 тыс. руб.; Зц = = 11 935,1 тыс. руб.; Зщ — 12 207 тыс. руб. при Ен = 0,14) лучшим является вариант II, т. е. строительство одного завода, который принесет убыток 2 931 100 руб.
Таблица VII1-5
Исходные данные для расчета
Наименование	Сумма затрат в тыс. руб. для вариантов		
	I	п	Ш
Капитальные вложения в основные фонды К	5 350,6	3 801,2	1 000
Себестоимость годового выпуска продукции С Годовые текущие затраты U при сроке службы	11 207,5	11 402,9	12 067
N — 15 лет 		10 850,8	11 149,5	12 000
Таблица VIII -6
Результаты сравнения вариантов по экономическим показателям
Вариант, принятый за базовый	Сравниваемые варианты	AS в тыс. руб.	Е	п в годах	Д?ь	е
тут	I—III	12 887,4	0,16	4,4	0,077	0,005
111	II—III	9 956,3	0,174	4,15	0,058	0,004
II	I—II	2 931,1	0,036	9,7	0,017	0,001
Математически сформулированные закономерности прогрессивности новой техники и сравнительной экономической эффективности капитальных вложений позволяют объективно анализировать любые варианты новой тех-ники, объекты строительства и автоматизации производственных процессов, целесообразность внедрения новых научно-технических открытий на любых стадиях проектирования и внедрения в эксплуатацию. При этом прогнозируются сроки морального износа новой техники и пути повышения ее эффективности.
2
Автоматы
Глава IX
ТИПЫ АВТОМАТОВ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Важным элементом анализа рабочих машин-автоматов является их систематизация и классификация. Автоматы необходимо различать прежде всего по их главному признаку —способности выполнять изменение формы, свойства и положения в пространстве объекта труда без участия человека. Если проанализировать весь технологический процесс изготовления изделия, можно найти три формы технологического воздействия:
1)	изменение формы поверхности и свойств заготовки; эту функцию выполняют различного рода обрабатывающие машины и автоматы;
2)	установление пределов, в которых находится размер, свойство или положение в пространстве обрабатываемой заготовки, сопоставление их с допустимыми; эту функцию выполняют контрольные машины и автоматы;
3)	установление взаимосвязи между отдельными деталями и узлами изделия, в результате которого группа деталей и узлов может выполнять заданное целевое назначение; эти функции выполняют сборочные машины и автоматы.
Кроме того, существуют воздействия, в результате которых изделия занимают требуемые положения в пространстве, передаются на другие рабочие позиции или выводятся из зоны технологического процесса. Эти функции выполняют транспортные механизмы и устройства. Основные признаки, по которым автоматы могут быть классифицированы внутри каждой из этих групп: способ технологического воздействия; степень автоматизации; степень универсальности; вид агрегатирования; положение геометрической оси.
Производными признаками для обрабатывающих автоматов могут служить: тип заготовок, точность обработки, характер инструмента, вид главного движения и т. д.; в контрольных автоматах — тип изделий, точность измерения, тип считывающего устройства, вид движений и т. д.; в сборочных автоматах — тип собираемых элементов, точность сборки, вид рабочих органов, вид движения и т. д. Они могут служить основанием для вспомогательных классификаций. Как показано в предыдущих разделах, автоматы различного технологического
назначения в любой отрасли производства имеют общность, которая выражается прежде всего в единстве структуры, систем управления, целевых механизмов и т. д., что позволило сформулировать единые закономерности анализа и синтеза автоматов и автоматических линий на основе теории производительности машин и труда.
§ 1.	ОБРАБАТЫВАЮЩИЕ АВТОМАТЫ
Обрабатывающими автоматами являются все типы металлорежущих автоматов, прессы, волочильные автоматы, вальцовочные автоматы, автоматы для накатки зубчатых и винтовых поверхностей, автоматы для гальванического покрытия, автоматы для термической обработки и т. д.
В предыдущих главах было приведено значительное количество конструкций металлорежущих автоматов и полуавтоматов. Рассмотрим несколько примеров металлообрабатывающих автоматов, работающих без снятия стружки.
На рис. IX-1, а показан автомат холодной прокатки, предназначенный для накатывания резьб, червяков, ступенчатых валов с коническими, шаровыми и различными криволинейными поверхностями. Во время обработки заготовка располагается между двумя профильными валками, которые имеют равную окружную скорость и вращаются в противоположные стороны. Один валок установлен в неподвижной, а другой — в подвижной шпиндельной бабке с гидравлическим приводом. В начале цикла подвижная шпиндельная бабка перемещается к неподвижной, после зажатия детали между валками она начинает вращаться. Дальнейшее уменьшение зазора приводит к пластической деформации заготовки. После достижения необходимого размера подвижная бабка возвращается в первоначальное положение. Вместо
Рис. IX-1. Автомат холодной прокатки деталей типа тел вращения :
а — общий вид; б — типовые обрабатываемые детали
Рис. IX-2. Автомат для литья под давлением
круглых роликов можно применять спиралеобразные сегменты, у которых величина приращения радиуса зависит от припуска на обработку. В этом случае не требуется подачи бабки, что сокращает время рабочего цикла. Кроме операций прокатки профильных изделий станки-автоматы этого типа могут использоваться для упрочнения наружной поверхности деталей, сглаживания микронеровностей и т. д., для чего применяются валки с гладкой рабочей поверхностью.
Машина для литья под давлением, показанная на рис. IX-2, рассчитана для изготовления технических деталей из пластмассы. Сырьевая масса загружается в бункерное устройство, из которого затем поступает в камеру для разогрева до жидкого состояния. Во время рабочего цикла происходит нагнетание рабочей массы в камеру пресс-форм через специальное сопло, которое может иметь различную конструкцию в зависимости от состава рабочей массы, создаваемого давления и объема заполняемой пресс-формы. Затем масса быстро остывает, створки пресс-формы размыкаются, и готовая деталь извлекается.
По признаку технологического назначения автоматы делятся на множество классов, групп, разновидностей, типоразмеров, что отражается прежде всего в их названиях (токарный автомат, пресс-автомат, заварочный автомат и т. д.). По остальным признакам автоматизированные рабочие машины делятся на меньшее число видов. Так, по степени автоматизации различают следующие виды оборудования: станки-машины с ручным управлением, полуавтоматы и автоматы. В настоящее время станки с ручным управлением применяют для токарных, сверлильных, расточных и фрезерных работ в единичном и мелкосерийном производствах, а также в лабораториях, мастерских и т. д. Эти станки, как правило, универсальны и обеспечивают изготовление большого числа различных деталей, обладают высокими техническими характеристиками.
В качестве примера на рис. IX-3 показан координатно-расточной станок 2А430, на котором можно успешно выполнять операции не только точного координатного растачивания, но и чистового фрезерования, разметки точных шаблонов, проверки линейных размеров и координат. Крупные делительные и наклонные поворотные столы, устанавливаемые на станке, позволяют обрабатывать концентрично расположенные или наклонные отверстия. Жесткая и массивная конструкция станка обеспечивает надежность в эксплуатации, высокую точность обрабатываемых изделий благодаря электро-индуктивному методу отсчета продольных и поперечных перемещений с их предварительным выбором и автоматической остановкой стола при достижении заданных координат. Кроме того, станок оснащен устройством для
Рис. IX-3. Координатно-расточной станок 2А430
точного измерения глубины и выключения шпинделя при достижении заданных осевых размеров.
Таким образом, даже современные неавтоматизированные станки с ручным управлением широко оснащаются средствами малой механизации и автоматизации. Так, на токарных станках установочное перемещение суппорта обеспечивается от специального электропривода простым нажатием кнопки на рычаге управления суппортом. В мелкосерийном производстве часто механизируются операции зажима детали в патроне и поджима детали задним центром.
Полуавтоматы характерны тем, что для возобновления цикла обработки требуется вмешательство рабочего. Полуавтоматы применяются в массовом и крупносерийном производстве в поточных линиях, а в некоторых слу
чаях используются как отдельные станки в экспериментальных и мелкосерийных производствах»
В отличие от полуавтоматов автоматы не требуют вмешательства оператора после обработки одной детали, так как они имеют устройства, выводящие обработанную деталь из рабочей позиции и подающие очередную заготовку на обработку. В качестве примера на рис. IX-4 показан токарный гидрокопировальный автомат МР-102, предназначенный для полной токарной обработки ступенчатых валов с цилиндрическими, коническими и фасонными шейками. Автоматизация загрузочно-разгрузочных операций обеспечивается установкой на станке цепного транспортера и -загрузочно-разгрузочного механизма. Детали обтачиваются копировальным суппортом, который воспроизводит на детали профиль шаблона с помощью гидравлического следящего устройства. Прорезка канавок, подрезка торцов производится подрезным суппортом. Установленный на каретке копировального суппорта механизм автоматического поворота обрабатываемой детали позволяет вести обработку детали
последовательно с обоих концов и обеспечивает полную обработку детали в течение одного автоматического цикла. Механизм для многопроходной обработки позволяет копировальному суппорту в течение одного автоматического цикла делать до четырех проходов, причем конец детали с большим припуском может обрабатываться за большее число проходов (до трех), в этом случае другой конец будет обрабатываться за один проход. На станке возможно автоматическое сов
Рис. 1Х-4. 1'идрокопировальный автомат Л1Р-102 с магазинной загрузкой
местное или раздельное изменение частот вращения
Рис. IX-5. Специализированный полуавтомат для обработки кулачковых валов:
а — общий вид; б — примеры обрабатываемых деталей
шпинделя и подач копировального суппорта в течение цикла. Настройка всех элементов цикла работы станка осуществляется независимо для каждого прохода копировального суппорта. Станок спроектирован и построен Московским станкостроительным заводом им. Серго Орджоникидзе.
Еще более высокую степень автоматизации обеспечивают многоцелевые станки с цифровым программным управлением. Здесь автоматизированы не только холостые ходы, но и смена инструмента, переключение режимов обработки, т. е. автоматизация обеспечивает сокращение не только цикловых, но и внецикловых потерь.
По степени универсальности станки и автоматы принято делить на следующие группы: а) универсальные — для выполнения разнообразных операций на различных изделиях; б) специализированные — для обработки определенных изделий, но различных типоразмеров; в) специальные — для обработки определенного изделия (одного или нескольких подобных). Специализированное и специальное оборудование строится обычно с высокой степенью автоматизации — полуавтоматы или автоматы. В качестве примера специализированного оборудования на рис. IX-5 приведен полуавтомат для токарной обработки профилей кулачков кулачковых валов двигателей, который может переналаживаться только на различные типоразмеры изделий данного вида.
По способу агрегатирования, как было сказано выше (см. гл. V), все многопозиционные автоматы делятся на три группы — последовательного, параллельного и последовательно-параллельного (смешанного) агрегатирования. Как правило, последовательное агрегатирование применяется в автоматах для выполнения длительных операций обработки, параллельное — для кратковременных при большой производственной программе.
По положению главной геометрической оси автоматы делятся на горизонтальные, вертикальные и наклонные. Могут быть машины и автоматы, у которых положение главной оси не выражено явно, а существует несколько осей компоновки. Такие автоматы и машины имеют так называемую пространственную компоновку. Выбор положения геометрической оси и компоновочных решений подробно рассмотрен в гл. XV.
§ 2.	КОНТРОЛЬНЫЕ АВТОМАТЫ
В некоторых отраслях производства (подшипниковая промышленности производство полупроводниковых приборов и интегральных схем) операции контроля занимают 25—50% времени всего технологического цикла. По мере механизации и автоматизации операций обработки контрольные опера-ции становятся наиболее трудоемкими по удельному весу, контроль становится узким местом, задерживающим дальнейший рост производительности труда. Поэтому необходимым условием дальнейшего повышения качества изделий и повышения производительности труда в машиностроении является совершенствование существующих и разработка новых методов и средств технического контроля изготовления изделий. Без автоматизации контроля нельзя создавать автоматические линии, цехи и заводы, работающие полностью по автоматическому циклу, т. е. решать проблемы комплексной автоматизации производства.
Точность и эксплуатационные качества измерительных средств и контрольных автоматов зависят как от выбора схемы контроля, так в значительной степени и от их конструктивного исполнения. В современных автоматических измерительных системах ряд важнейших задач решается электрическими устройствами. Некоторые из них являются типовыми и выпускаются промышленностью (датчики, командоаппараты, электронные реле), другие требуют специальной разработки в зависимости от исполняемых функций.
Автоматический контроль делится на два вида: пассивный и активный. При пассивном контроле деталь измеряется после окончания обработки и результаты измерений характеризуют ее пригодность. Пассивный контроль не оказывает непосредственного воздействия на ход технологического процесса, а только фиксирует полученные результаты.
В современном машиностроении широко применяются автоматы для пассивного контроля размеров и геометрической формы, продолжаются работы по дальнейшему совершенствованию их и типизации. Это объясняется недостаточным развитием методов и средств активного контроля; сравнительной простотой конструкции контрольных автоматов и их надежностью в работе; лучшим качеством контроля благодаря благоприятным условиям работы (на автомат поступают, как правило, чистые детали, при измерении нет вибраций и т. д.); возможностью выполнения функций сортировки деталей по размерным группам, что весьма выгодно при селективной сборке (поршневые пальцы, поршни, детали плунжерных пар, шестерни, лопасти насосов и т. д.).
Наиболее прогрессивным и перспективным является активный контроль, который, как видно из названия, дает возможность активно вмешиваться в ход технологического процесса, предупреждая появление брака и локализуя его.
В любой системе, используемой для автоматического контроля, независимо от ее сложности можно выявить три основных элемента: измерительный элемент или датчик; усилительно-преобразующее устройство (преобразующий элемент); исполнительный элемент.
Устройство, предназначенное для восприятия изменений размера измеряемой детали и преобразования их в отчетливо видимые перемещения индикаторных элементов или импульсы для управления системой сигнализации 250
Рис. IX-6. Схемы измерения при автоматическом контроле
или рабочими органами, называется датчиком. Датчики должны обладать необходимой чувствительностью, надежностью в работе, стабильностью, быстродействием, помехозащищенностью и не оказывать влияния на измеряемый объект. На рис. IX-6, а представлена технологическая схема процесса контактного измерения с измерительным наконечником на рычаге. Измерительный наконечник 2 прижимается к детали 1 при помощи пружины 3, Измерение размера детали вызывает отклонение рычага, которое передается измерительному прибору 4. Контактные датчики просты по конструкции и надежны в работе, их недостатком является износ измерительных наконечников и потеря точности измерения. Одним из преимуществ бесконтактного контроля является отсутствие износа измерительных наконечников, так как датчики не касаются измеряемой поверхности детали. Кроме того, бесконтактный метод позволяет обслуживать технологические процессы, протекающие при высоких температурах и значительных скоростях обработки, что трудно осуществимо или совершенно неосуществимо при контактных методах.
На рис. IX-6, б представлена принципиальная схема процесса измерения при помощи бесконтактного датчика контроля размеров. К датчику подводится очищенный сжатый воздух с постоянным давлением р0, который выходит из сопла 2. При этом расстояние 6, между соплом 2 и деталью I, изменяется в связи с изменением размера детали. С увеличением размера детали расстояние 6 уменьшается, расход воздуха падает и возрастает давление р в датчике, что регистрируется соответственно проградуированным манометром 3. С уменьшением размера деталей расстояние £ увеличивается, что ведет к возрастанию расхода воздуха и падению давления в датчике. На этом принципе построены самые разнообразные пневматические датчики, нашедшие широкое применение в машиностроении.
Таким образом, контрольные автоматы можно классифицировать по виду контроля (активный и пассивный), по способу измерения (контактный или бесконтактный). По технологическому назначению контрольные автоматы можно разделить по виду проверяемых заготовок, по виду проверяемого параметра и, наконец, по типу самого контроля — предварительному и окончательному.
В автоматах для окончательного контроля и сортировки деталей применяются электроконтактные, пневмоэлектрические, фотоэлектрические и индуктивные измерительные системы. Для каждого контролируемого параметра выбор той или иной системы определяется требуемой точностью и производительностью контроля, а также пределами измерения и количеством групп сортировки. Наиболее проста в эксплуатации электроконтактная система автоматического контроля, основанная на применении предельных и амплитудных электроконтактных датчиков, с точностью контроля до 1,5— 2 мкм. Пневмоэлектрические измерительные системы обеспечивают точность автоматического контроля до 1 мкм. При использовании этой системы удается создать компактные многомерные измерительные станции, благодаря чему в зоне измерения располагаются лишь выходные пневматические сопла.
Однако пневмоэлектрические контрольные устройства имеют сравнительно малые пределы измерений и требуют тщательной очистки и стабилизации давления воздуха, используемого в системе. В фотоэлектрических системах автоматического контроля применяются датчики типа ДФМ. Эти системы позволяют сортировать детали на большое число размерных групп (до 50) с точностью 0,8 мкм. Производительность устройств контроля с фотоэлектрическими датчиками не ниже производительности электроконтактных систем. Вследствие значительных габаритных размеров фотоэлектрического датчика создание на его основе автомата для контроля нескольких параметров детали затруднительно.
Индуктивные измерительные системы применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить контроль с высокой точностью и производительностью, при этом предельные и амплитудные измерения выполняются с точностью до 0,7—1 мкм. Фрикционные пары в них отсутствуют, благодаря чему производительность амплитудных измерений индуктивных систем может быть в 2—3 раза выше по сравнению с электроконтактными. Системы обеспечивают контроль параметров деталей с математической обработкой результатов отдельных измерений, причем математические операции могут производиться непрерывно во время контроля вращения детали (контроль седлообразности, конусности). В индуктивных системах применяется большое количество сложных электронных устройств, требующих квалифицированного обслуживания. Иногда в контрольных автоматах используются комплексные жесткие калибры. Так как их износ не поддается компенсации, они применяются там, где не требуется высокой точности контроля.
По степени универсальности автоматы делят на непереналаживаемые, т. е. контролирующие детали только одного вида, и переналаживаемые, служащие для контроля деталей нескольких типоразмеров.
Основными факторами, определяющими компоновку и вид агрегатирования контрольных автоматов, являются форма, размеры и вес измеряемой детали, количество и характер контролируемых параметров, требования к сортировке, а также точность, производительность и степень универсальности автомата. Большинство автоматов, работающих в автоматических линиях, — многопозиционные, обеспечивающие контроль нескольких параметров. Часто измерения производятся от различных базовых поверхностей детали, что крайне затрудняет выполнение всех контрольных операций на одной позиции. Применение последовательно-параллельного агрегатирования при создании контрольных автоматов вызывается обычно требованиями производительности. В контрольных автоматах, как правило, используется система управления с распределительным валом и кулачками.
Рассмотрим характерные признаки и конструктивные особенности современных контрольных автоматов на типовых примерах. На рис. IX-7, а приведено измерительное устройство автомата для контроля и сортировки поршневых пальцев, где с точностью до 2,5 мкм контролируются их размеры и геометрическая форма и производится сортировка на размерные группы. Корпус 3, на котором закреплены индуктивные датчики 2 и призма 7, подвешен на пружинном параллелограмме /. Измерительный наконечник 6 закреплен на рамке 4, подвешенной к корпусу на двух плоских пружинах 5. Рабочие поверхности призмы и наконечника оснащены твердым сплавом. Устройство помещено в жестком корпусе измерительной станции, представляющей собой сварную раму, закрепленную на валу и поддерживаемую упором. Для осмотра подвижных трущихся деталей станции рама может быть повернута на 90° в стакане, закрепленном на станине. Функцию привода и распределительного вала выполняет программный командоаппарат с шариковым приводом, разработанный в МВТУ им. Баумана (см. рис. VII-14). Он представляет собой дистанционный быстропереналаживаемый распределительный агрегат, который может передавать возвратно-поступательные, вращательные и колебательные движения по заранее заданному закону 252
исполнительным органам машины независимо от их взаимного располо-
жения.
Шариковый передаточный механизм (рис. IX-7, б), посредством которого передаются движения от кулачков распределительного вала к исполнительным органам автомата, представляет собой систему, состоящую из шариков 2, промежуточных втулок 3, находящихся в калиброванной латунной или стальной трубке 4, и двух замыкающих толкателей 1 и 5, удерживаемых
от выпадания стопорными винтами.
Подъемник измерительной станции представляет собой шток, который
перемещается в направляющих качения и несет призму с подвижным роликом. Специальная пружина создает усилие при движении прижима порш-
невого пальца к базовым роликам станции. Транспортирующее устройство выполнено в виде бесконечной цепи, которая приводится в движение храповым механизмом, управляемым через шариковый передаточный механизм. Транспортируемые детали удерживаются каретками, закрепленными на цепи. Два прихвата не допускают выпадания поршневого пальца из призмы, установленной на каретке. Запоминающее электромеханическое устройство состоит из шести одинаковых «ячеек памяти», на которые подается информация от измерительной части электроблока в соответствии с шестью категориями сортировки деталей. Основными элементами ячеек памяти являются барабаны (рис. IX-7, в), установленные на общем валу, который поворачивается храповым механизмом. Каждый барабан состоит из 15 якорей /, перемещающихся в направляющих планках
?ис. IX-/. Механизмы автомата для контроля поршневых пальцев
Рис, IX-8. Схемы работы многопозиционных контрольных автоматов автоматического цеха карданных подшипников:
I—VIII — номера позиций; А — блокировка; Б — контроль высоты; В — контроль толщины дна; Г — контроль гранности; Д — контроль диаметра пояска; Е — контроль диаметра наружной поверхности; /К — контроль диаметра внутренней поверхности; 3 — контроль разностенности и перекоса осей; И — контроль внутреннего диаметра по иглам; К — контроль монтажной высоты; Л — контроль проворачиваемости игл; М и И — запасные позиции; 1 — подача брака на перепроверку; 2 — годные кольца; 3 — подача колец на контроль; 4 — подача колец в бункер брака; 5 — годные подшипники с двух потоков; 6 — подача подшипников на контроль от второго сборочного автомата; 7 — подача подшипников на контроль от первого сборочного автомата; 8 подача подшипников в бункер брака
и занимающих одно из двух крайних положений под действием электромагнита 2. Якоря и планки укреплены в корпусе барабана 3.
Электромагнит расположен так, что между местом его установки и местом выдачи команды сортировочному устройству помещается столько якорей, сколько тактов проходит каждая каретка транспортера от измерительной станции до бункера сортировочной группы, которая соответствует размеру детали, находящейся на данной каретке. Якоря барабана поворачивают рычаги, которые через тягу покрывают губки каретки. Все рычаги установлены на общей оси, в исходное положение якоря возвращаются плоской пружиной.
Особую актуальность приобретает автоматизация контроля при создании автоматических линий, цехов и заводов. Современные автоматические линии, как правило, имеют один или несколько встроенных контрольных автоматов; комплексные линии и автоматические цехи имеют в своем составе уже целые участки автоматического контроля размеров и функциональных параметров готовых изделий. Значительные успехи достигнуты в комплексной автоматизации производства подшипников, где автоматические цехи охватывают процессы обработки, контроля и сборки с элементами автоматизации управления производством. Так, в автоматическом цехе по производству карданных подшипников обработанные кольца автоматически про-веряются по девяти, а собранные подшипники — по трем параметрам Для контроля колец с заданной производительностью на контрольно-сборочном участке установлено по три—четыре параллельно работающих автомата (рис. IX-8, а) на каждый тип кольца (каждый автомат проверяет 900 колец в час). Кроме того, в каждом потоке установлен один перепроверенный автомат (рис. IX-8, б), который производит многократный контроль колец, забракованных контрольными автоматами, по четырем критическим параметрам. Станции, контролирующие критические параметры, отнесены на последние позиции, что необходимо для сокращения работ по перепроверке.
Логическая схема перепроверочного автомата выполнена так, что если при двух- и трехкратном контроле одного параметра хотя бы один раз кольцо признается годным, то оно направляется в поток годных деталей. Проверка собранных подшипников осуществляется одним автоматом 254
Рис. IX-9. Автомат для контроля подшипников
(рис. 1Х“8, в), который благодаря высокой производительности (2700 дета^ лей в час) контролирует подшипники после двух сборочных автоматов.
Автомат для проверки подшипников (рис. IX-9) имеет восемь рабочих позиций 6, расположенных вокруг центральной колонны 7. На расстоянии половины шага между рабочими позициями размещены восемь промежуточных позиций, где установлены механизм загрузки—выгрузки и сортировочные устройства. Загрузочный диск с горизонтальной осью вращения имеет 16 гнезд, куда подшипники подаются по специальным лоткам. Транспортирующий диск 4 перемещает детали по столу 5 периодическим поворотом на 716 окружности, что соответствует половине шага между рабочими позициями. Подъемники 3 перемещают контролируемые изделия в вертикальном направлении со столика на измерительные станции и обратно. При верхнем положении подъемников транспортирующий диск имеет возможность беспрепятственно продвигать детали на последующие позиции. Нижняя тумба Л коробка 2 и колонна 7 составляют станину автомата, на котором монтируются все его узлы и механизмы.
Повышение требований к качеству выпускаемых изделий привело в последнее время к более широкой разработке и внедрению новых систем автоматического контроля деталей.
Особенно широкое развитие начинают получать системы активного контроля, которые позволяют на основе результатов измерения готовых деталей осуществлять постоянную подналадку режущих инструментов, т. е. регулировать ход технологического процесса с целью соблюдения установленного допуска на размеры либо выдачи сигналов управления на механизмы блокировки.
Широко применяются станки с цифровой индексацией, позволяющей осуществлять визуальное наблюдение получаемого размера перемещения суппорта или стола станка.
Анализ приведенных и других конструкций показывает, что автоматы для контроля по компоновочным решениям, системам управления, конструкции механизмов холостых ходов и т. д. имеют общность с автоматами для технологической обработки, прежде всего металлорежущими, отличаясь от них только механизмами рабочих ходов. Поэтому для них в равной степени являются справедливыми все положения теории производительности машин и труда, в том числе законы агрегатирования, выбора типа систем управления. Едиными являются и изложенные выше методы расчета и конструирования целевых механизмов, выбора компоновочных решений.
§ 3.	СБОРОЧНЫЕ АВТОМАТЫ
По характеру операций сборочные процессы проще процессов обработки, однако трудность автоматизации обусловлена прежде всего сложностью подачи, направления и фиксации деталей. Автоматизация сборки развивается по трем направлениям: частичная автоматизация, автоматизация сборки некоторых соединений и узлов, комплексная автоматизация сборки изделий. Наибольшее развитие получили пока первое и второе направления.
Процесс автоматической сборки складывается обычно из следующих элементов: подача деталей к месту сборки; ориентация деталей относительно друг друга; сопряжение деталей; закрепление деталей (не всегда); контроль наличия деталей и качества; контроль соединения (не всегда); транспортирование узла или изделия на следующую позицию или операцию. Наибольшую трудоемкость при автоматизации сборки представляют два первых элемента процесса вследствие большого разнообразия собираемых деталей. Каждому элементу операции сборочного процесса соответствует особый механизм, который осуществляет эту операцию.
Сборочные автоматы могут осуществлять сборку деталей с гарантированным зазором и с гарантированным натягом, например, винтовые, закле-256
Рис. IX-10. Конструктивная схема полуавтомата сборки сеператоров
почные, сварные, паяные, клеевые соеди-нения с развальцовкой и отбортовкой и некоторые другие.
Существует два метода получения соединений: полной взаимозаменяемости и групповой взаимозаменяемости. Чаще применяется метод полной взаимозаменяемости благодаря большей надежности и относительной простоте автоматов. Метод групповой взаимозаменяемости усложняет конструкцию автоматов из-за необходимости иметь в них механизмы для контроля и разделения деталей по размерным группам, что, в свою очередь, усложняет систему управления автомата. Тем не менее метод групповой взаимозаменяемости применяется, если необходимо получить соединения высокой точности при сравнительно больших допусках на изготовление отдельных деталей.
По конструктивному исполнению все сборочное оборудование делится на два класса — однопозиционное и многопозиционное, каждый из которых имеет ряд характерных особенностей, свойственных данному классу. К классу однопозиционного оборудования относятся сборочные неавтоматизированные установки (станки),
полуавтоматы и автоматы, на которых все сложные действия по осуществлению процесса сборки производятся без перемещения (транспортировки) базовой детали относительно рабочих механизмов. На однопозиционном сборочном оборудовании могут собираться изделия с малым количеством деталей и кратковременным протеканием процесса сопряжения и закрепления.
Неавтоматизированное сборочное оборудование получило наибольшее распространение при механизации процесса сборки изделий, количественный выпуск которых не превышает, как правило, 50 тыс. шт. в год, а также при мелкосерийном и единичном производстве. Это, в основном, универсальное оборудование: прессы, стационарные гайко-винтоверты, сборочные машины и т. д. На неавтоматизированных установках первичное соединение (а иногда и вся сборка) и съем собранных изделий (сборочных компонентов) производится вручную. Темп работы таких установок непостоянный и зависит от индивидуальных особенностей и квалификации сборщика.
На полуавтоматических установках основные сборочные процессы выполняются автоматически, установку базовой детали и ряда собираемых деталей производят вручную. Такие полуавтоматы широко применяются в машиностроении, приборостроении и электронной промышленности.
В качестве примера на рис. IX-10 приведена конструктивная схема полуавтомата сборки сепараторов игольчатых подшипников. Ручная сборка сателлитов с иголками, поступающими на сборку россыпью, весьма утомительна и трудоемка, требует введения специальной смазки для удерживания иголок на боковой поверхности детали. При автоматизации процесса эти недостатки устраняются. Однако возникает необходимость введения технологического звена — оправки, которая при сборке удерживает иглы подшипника в вертикальном положении и не дает им упасть. Подобные технологические звенья-оправки широко применяются на автоматической сборке как игольчатых подшипников, так и других изделий. Ролики-иглы
9 Г. А. Шаумян
257
Рис. IX-11. Сборочный автомат из нормализованных узлов
засыпаются в бункер 10. В его днище расточены отверстия, количество которых равно числу игл, поступающих на сборку. Бункеру сообщаются колебания от кулачка 11. Жесткие приемные трубки 9 соединяются с рабочей головкой 5 гибкими трубками 6. В рабочей головке полуавтомата установлены отсекатели 4, производящие выдачу комплекта игл.
Детали с предварительно вставленными в них технологическими оправками из лотка подаются поштучно в устройство 1, имеющее специальное приспособление 2 для предварительного базирования оправки 3 по наружной поверхности. При подъеме и прижатии устройства 1 к нижней поверхности рабочей головки 5 конусная поверхность центра 14 попадает в отверстие технологической оправки 3 и координирует ее относительно рабочей головки. После этого шток 7 перемещается вниз, втулкой 13 захватывает один комплект игл и вводит в зазор, образованный центральным отверстием детали и технологической оправкой. По окончании сборки собранный узел опускается совместно с базирующим устройством. В нижнем положении базирующего устройства собранный узел сдвигается в плоскости стола. В нем заменяют технологическую оправку на рабочую ось. Движения базирующего устройства /, штока 7 и отсекателя 4 осуществляются рычажной системой 3, связанной с кулачковым валом 12.
Широкое распространение получили сборочные многопозиционные автоматы и полуавтоматы последовательного действия с поворотным столом. При изготовлении однотипных изделий машины с поворотным столом можно быстро перенастраивать, для чего достаточно заменить один или несколько механизмов. Такое сборочное оборудование приближается к агрегатному. В нем остаются практически неизменными приводное устройство и поворотный стол.
Универсальное сборочное оборудование (рис. IX-11) представляет собой стандартное основание 7, на котором смонтированы плита 8 для установки сборочных механизмов 3, 4, 6 и поворотный стол 5 с устройствами базирования и крепления базовой детали собираемого изделия. Бункерные загрузочные устройства 2 устанавливаются на самостоятельных унифицированных подставках 9. Цикл работы отдельных механизмов управляется от пульта 7. К общим элементам универсального механосборочного оборудования относится основание 1 с монтажной плитой 8 и поворотным столом 5. При раз-258
работке конкретной сборочной машины самостоятельно решается конструкция планшайбы поворотного стола 5 с базирующими и зажимными устройствами. Диаметр планшайбы, число позиций поворотного стола, состав и количество сборочных механизмов, количество приводных блоков определяются размерами собираемых деталей и количеством сборочных операций.
Приведенные примеры показывают, что сборочные автоматы, как и контрольные, имеют ту же общую основу автоматизации, что и основная масса автоматов, осуществляющих технологические процессы обработки. Это выражается в единых принципах агрегатирования, использовании принципов унификации, идентичности систем управления и кинематики. Ниже будет показано, что конструктивные решения механизмов и устройств, прежде всего механизмов холостых ходов и управления, также имеют много общего.
§ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОКАРНЫХ АВТОМАТОВ И ПОЛУАВТОМАТОВ ПО ВИДАМ РАБОТ
Как было сказано выше (см. § 1), основным классификационным признаком автоматов и полуавтоматов в любой отрасли техники является технологический, который определяет не только название, но и основные механизмы, компоновочные решения, мощность и тип привода и т. д. Как правило, автоматы одинакового технологического назначения с одними и теми же методами обработки (токарные, шлифовальные и т. д.) можно классифицировать и далее — по виду работ. Иллюстрируем эти возможности на примере наиболее распространенных в настоящее время автоматизированных рабочих машин — токарных автоматов и полуавтоматов.
В соответствии с видами работ и заготовками в табл. IX-1 дана классификация универсальных токарных автоматов и полуавтоматов, нашедших широкое применение в промышленности.
Схемы показывают, какие рабочие органы и какие движения должны иметь автоматы для выполнения рассмотренных работ.
Фасонно-отрезные автоматы, работающие из бунта, применяются для фасонно-отрезных работ из материала диаметром до 8 мм. Существует ряд моделей для весьма простых работ — изготовления шпилек, мелких винтов и т. д. Автоматы, работающие из бунта, ввиду сложности осуществления вращения обрабатываемого материала выполняются таким образом, что вращается не деталь, а суппортные головки. Материал при обработке остается зажатым между двумя зажимными механизмами, один из которых расположен спереди шпинделя, а второй — позади него. В процессе обработки инструменты получают поперечное перемещение. По окончании обработки детали и ее отрезки зажимные механизмы освобождают пруток, и происходит подача новой порции материала, после чего цикл повторяется. Другой характерной чертой станков этой системы является наличиемеханизма правки, которую осуществляют с помощью роликов, между которыми пропускается проволока.
Одношпиндельные фасонно-отрезные автоматы применяются для обработки прутка (прутковые) и штучной заготовки (магазинные и бункерные). Наибольшее распространение получили прутковые автоматы для прутков диаметром до 15 мм. Пруток или штучная заготовка зажимаются во вращающемся шпинделе, резцы получают поперечную подачу. По окончании обработки готовая деталь удаляется и начинается обработка либо новой, автоматически вставленной в шпиндель заготовки, либо новой порции пруткового материала, автоматически поданного в рабочую позицию на определенную длину. При обработке на фасонно-отрезных автоматах, как правило, используются фасонные инструменты. Процент деталей, требующих исключительно поперечной обработки, сравнительно невелик. Ограничениями здесь являются, с одной стороны, жесткость детали, так как при обра-
Таблица I X-l
Классификация токарных автоматов и полуавтоматов по видам работ
ботке фасонными инструментами возникают большие силы резания, с другой стороны — необходимость осуществления дополнительных обработок (нарезания резьбы, сверления отверстий и т. д.). Поэтому для расширения диапазона работ на фасонно-отрезных автоматах часто устанавливаются дополнительно продольный суппорт и различного рода дополнительные приспособления.
Автоматы фасонно-продольного точения выполняются одношпиндель-’ ными для пруткового материала диаметром обычно до 12 мм, применяются для обработки детали большой длины и малых диаметров со сложным контуром. Они получили наибольшее распространение в часовой и приборостроительной промышленности, где используются для изготовления различного рода валов и осей. Повышенные требования к точности работы и относительно малая жесткость обрабатываемых деталей привели к необходимости 260	'
применения люнетов. Люнетная втулка, сквозь которую пропускается калиброванный пруток, помещена в кронштейне близко к месту обработки. В процессе обработки пруток, зажатый во вращающемся шпинделе, перемещается в осевом направлении на заданные величины, а инструменты поочередно подходят к прутку и производят обработку. По окончании обработки деталь отрезается, пруток остается прижатым к отрезному резцу. Далее пруток освобождается от зажима, шпиндельная бабка отходит в исходное положение, производится
зажим прутка, и цикл повто-
ряется. Распространение получили два типа автоматов фасонно-продольного точения: с подвижной бабкой и с подвижным внутренним шпинделем при неподвижной бабке.
Для расширения диапазона работ на автоматах фасонно-продольного точения, так же как и на фасонно-отрезных автоматах, широко используются приспособления для нарезания резьбы, сверления отверстий, фрезерования шлицев и т. д. Приспособления могут быть одношпиндельными и многошпиндельными и устанавливаются против шпинделя станка. В крупных моделях автоматов фасонно-продольного точения (диаметр прутка свыше 20 мм) вместо многошпиндельного приспособления устанавливается револь
верная головка.
Одношпиндельные револьверные автоматы предназначаются для обработки прутков диаметром до 40'мм. Автоматы снабжены револьверной головкой и двумя-тремя поперечными суппортами. Пруток подается из шпин-
деля на определенную величину и зажимается, после чего производится последовательная обработка инструментами, укрепленными на револьверной головке и в поперечных суппортах. Готовая деталь отрезается, пруток освобождается от зажима и снова подается до упора. Далее цикл повторяется.
На рис. IX-12 показан типичный представитель автоматов этой группы — автомат ТАР-Н75 фирмы Тагех (Швейцария). К этой же группе относятся советские токарно-револьверные прутковые станки 1341, 1А341, 1365, 1П365, 1371, 1П371 и др. Станок 1341 (рис. IX-13) имеет компоновку, общепринятую для револьверных станков, и снабжен 16-гнездной револьверной головкой с горизонтальной осью вращения. Наличие командоаппарата и регулируемых упоров в револьверной головке позволяет производить быструю переналадку станка для4изготовления различных по обработке деталей. Высокие скорости шпинделя, большая мощность главного привода и достаточно высокая жесткость станка позволяют использовать на нем современный твердосплавный инструмент, механизм зажима и подачи прутка работает от гидросистемы, имеющейся на станке.
Многошпиндельные автоматы последовательного действия являются результатом развития одношпиндельных револьверных автоматов. Они проектируются, как правило, для обработки пруткового материала, значительно реже встречаются магазинные автоматы. Автоматы предназначаются для обработки деталей диаметром 15—100 мм и строятся с количеством шпинделей q = 6,8 и 12. Наиболее распространенными являются шести—восьми-
шпиндельные автоматы.
Продольный суппорт с осевыми инструментами имеет только осевое перемещение, шпиндельный блок после’ окончания заготовок и отвода от<
Рис. IX-13. Токарно-револьверный станок 1341
него продольного суппорта поворачивается на */? оборота (см. гл. V). Станки снабжаются несколькими поперечными суппортами. Подача новой порции материала производится обычно в одной позиции, реже (при дублированных наладках) в двух. Для расширения диапазона работ многошпиндельные автоматы снабжаются также различного рода дополнительными приспособ
лениями.
На рис. IX-14 показан горизонтальный восьмишпиндельный токарный прутковый автомат 1265-8. Автомат имеет верхнее расположение распределительного вала, что улучшает наладку и отвод стружки. Имеется шесть поперечных суппортов, из которых два суппорта обслуживают по два шпинделя.
Многошпиндельные автоматы непрерывного действия применяются в промышленности в основном для обработки штучных заготовок с бункерным и магазинным питанием. В процессе непрерывного карусельного вращения рабочих позиций вокруг неподвижной колонны осуществляется обработка детали либо путем перемещения заготовки относительно неподвижных инструментов, либо перемещением инструментов относительно заготовки. Полный поворот стола вокруг колонны соответствует времени обработки
Рис. IX-14. Много шпиндельный токарный авто мат 12.65-8
заготовки и удаления готовых деталей со станка.
Многошпиндельные фасонно-отрезные автоматы являются результатом развития одношпиндельных фасонно-отрезных автоматов и представляют собой, по существу, несколько объединенных в одном корпусе отдельных одношпиндельных автоматов, каждый из которых осуществляет полную обработку детали (автоматы параллельного действия). Они строятся обычно с количеством шпинделей q = 2, 4, 8.
Патронные и центровые многорезцовые одношпиндельные полуавтоматы получили широкое распространение в массовом и крупносерийном производстве. Круг работ,

Рис. IX-15. Полуавтомат Frontor-40 (ФРГ)
выполняемых на этих станках, весьма разнообразен и охватывает главным образом тяжелые и сложные работы. Весь процесс обработки производится ь автоматически, за исключением установки и закрепления обрабатываемых заготовок. Это объясняется тем, что конфигурация заготовки в большинстве случаев требует сложных механизмов для автоматического зажима заготовок. Кроме того, при большой продолжительности цикла автоматизация загрузки и закрепления заготовки не дает заметного повышения производительности станка. В настоящее время для полуавтоматов, не включенных в автоматическую линию, находит применение зажим заготовки от руки в различного рода быстродействующих зажимных приспособлениях. Рабочему при смене детали остается только поддерживать одной рукой заготовку в момент закрепления ее в центрах или в патроне, а другой рукой — повернуть рукоятку управления зажимным механизмом, либо, если заготовка тяжела, оставить ее на специальных поддерживающих приспособлениях и включить механизм зажима.
Патронные полуавтоматы предназначены для обработки наружных и внутренних поверхностей детали, зажатой в патроне (зубчатые колеса, подшипниковые кольца, различного рода муфты, втулки, кожухи и т. д.), поэтому наряду с поперечными суппортами эти станки снабжаются продольным суппортом. Детали большой длины можно обрабатывать в центрах одновременно несколькими продольными и поперечными суппортами, расположенными по ее длине на круглых скалках.
На рис. IX-15 показан гидрофицированный полуавтомат для патронных работ Frontor-40 фирмы Diedesheim (ФРГ). Он обеспечивает обработку деталей длиной до 115 мм и диаметром 200—360 мм и может снабжаться различного рода дополнительными устройствами. Конструирование станка по агрегатному методу дает возможность почти в любом случае изготовить станок по назначению и встроить его в автоматическую линию.
Если ранее многорезцовые токарные полуавтоматы создавались на базе систем управления с распределительным валом или упорами, то в последние
Рис. IX-16. Полуавтомат АМ250П
годы появился ряд конструкций с цикловыми системами программного управ-ления. Полуавтомат АМ250П (рис. IX-16) имеет штекерную панель, которая программирует продольные и поперечные перемещения суппорта, частоты вращения шпинделя, подачу охлаждения и т. д. В полуавтоматах для тяжелых работ заготовки устанавливают с помощью специального кранового устройства. Эти полуавтоматы обладают повышенной жесткостью, форма станины удобна для отвода стружки, чему, в частности, способствует верхнее расположение суппортов.
Применяя ряд специальных при-
способлений на патронных и центровых полуавтоматах, можно осуществлять
обработку фасонных поверхностей.
Патронные и центровые полуавтоматы чаще изготовляются с горизонтальной осью, однако в настоящее время имеется ряд моделей вертикальных полу
автоматов .
Револьверные полуавтоматы предназначены для сложных патронных и центровых работ, требующих большого количества последовательно работающих инструментов. В настоящее время полуавтоматы этого типа получают все большее распространение ввиду их мобильности и широких технологических возможностей в серийном и мелкосерийном производстве. Такими возможностями обладает, например, токарно-револьверный полуавтомат с цифровым программным управлением DN-300 (рис. IX-17) фирмы Heinemann (ФРГ), на котором можно обрабатывать валы с длиной обтачивания до 1750 мм, а также детали типа фланцев, шкивов, зубчатых колес и т. д. с длиной обтачивания до 250 мм в несколько проходов твердосплавным инструментом. Станок может быть снабжен устройством для смены инструментов, количество которых достигает 16. Управление работой суппорта ведется одновременно по двум осям, при этом используются электроги-дравлические шаговые двигатели.
Многошпиндельные полуавтоматы последовательного действия по принципу работы не отличаются от ранее описанных многошпиндельных автоматов последовательного действия и служат для обработки штучных заготовок,
Рис. IX-17. Токарно-револьверный полуавтомат с цифровым программным управлением DN-ЗиО (ФРГ)
имеющих форму тел вращения (втулки, зубчатые колеса, гильзы, кольца и т. д.). Поэтому многие модели многошпиндельных полуавтоматов спроектированы на базе многошпиндельных прутковых автоматов. Внешним отличием автоматов от полуавтоматов является в этом случае отсутствие у последних направляющих труб для поддержки вращающихся прутков и наличие зажимных, обычно пневматических патронов. Процесс смены готовой детали на заготовку осуществляется на специально для этого отведенной позиции и производится во время обработки на других позициях. Шпиндель в позиции загрузки не вращается. После смены заготовки рабочий включает шпиндель и тем самым снимает блокировку от возможности поворота шпиндельного блока.
В многошпиндельных полуавтоматах широко применяются быстродействующие зажимные механизмы: пневматические, гидравлические, электромеханические, пружинные и т. д., управление которыми сводится к простому повороту рукоятки. Полуавтоматы получили широкое распространение в массовом и крупносерийном производствах и изготовляются с количеством шпинделей <7 = 5, 6 и 8.
Горизонтальные многошпиндельные токарные полуавтоматы 1265ПМ-6, 1А240П и др. предназначены для обработки деталей из поковок, штамповок, отливок и других заготовок из различных марок стали, чугуна и цветных металлов. На них можно выполнять самые разнообразные операции: черновое и чистовое обтачивание, подрезание торцов, вытачивание канавок, фасонное обтачивание, сверление, растачивание, зенкерование, нарезание наружной и внутренней резьбы, накатывание рифлений и клейм, накатывание резьбы, отрезка и др. Высокая точность обработки, возможность установки большого количества режущих инструментов и широкие диапазоны скоростей и подач позволяют эффективно использовать полуавтоматы для обработки сложных и точных деталей. Будучи оснащенными различными загрузочными устройствами, станки могут работать полностью по автоматическому циклу. По специальному заказу они выполняются с двойной индексацией шпиндельного блока, т. е. могут работать как сдвоенные полуавтоматы с загрузкой в двух позициях. Это позволяет обрабатывать одновременно две простые детали, не требующие для своего изготовления большого количества операций. Производительность при этом значительно увеличивается.
Широкое распространение получили вертикальные многошпиндельные полуавтоматы фирмы Bullard, 1К282 и др. Они строятся нескольких типоразмеров, главным образом для тяжелых и трудоемких работ. Шпиндель, находящийся в загрузочной позиции, не вращается. Шпиндели, находящиеся в рабочих позициях, вращаются с той частотой, которая необходима по характеру обработки в данной позиции. Шпиндельный блок по окончании обработки во всех позициях и после подачи соответствующей команды рабочим поворачивается на одно деление вокруг неподвижной колонны, на гранях которой установлены суппорты. Суппорты могут осуществлять одновременно продольную и поперечную обработки путем установки специального суппорта или одну поперечную обработку. Все суппорты имеют независимый привод подач. Путем применения различных приспособлений на этом полуавтомате удается обрабатывать конические и другие фасонные поверхности. Эти станки получили широкое распространие в массовом и крупносерийном производствах, так как отличаются высокой производительностью, удобны в эксплуатации и занимают меньшие производственные площади, чем полуавтоматы горизонтального типа.
Длительное время многошпиндельные полуавтоматы строились только последовательного действия. В последние годы появились конструкции двухшпиндельных полуавтоматов параллельного действия, которые по существу представляют собой сдвоенные одношпиндельные полуавтоматы (рис. IX-18).
Рис. IX-18. Полуавтомат параллельного действия Pidofat (ГДР)
Многошпиндельные полуавтоматы непрерывного действия с фасонно-продольной обработкой строятся по тому же принципу, как и автоматы непрерывного действия с магазинной и бункерной загрузкой. Отличие заключается в том, что установка и съем деталей производятся на ходу, вручную, после чего в процессе совместного транспортирования происходит осевое перемещение инструмента к вращающейся детали и ее обработка. По этому принципу работают роторные машины для обработки резанием.
Многошпиндельные полуавтоматы непрерывного действия без вращения заготовок отличаются от предыдущих автоматов тем, что заготовка в .процессе перемещения вокруг колонны не вращается, а движение резания обеспечивается в результате вращения
инструмента.
Многошпиндельные полуавтоматы последовательного действия без вращения заготовок принимаются при массовой обработке деталей неправильной формы, вращение которых в процессе обработки по конструктивным соображениям и из условий безопасности обслуживающего персонала нежелательно (рычаги, детали паровой и вентиляционной арматуры, автотракторные детали и т. д.). Эти полуавтоматы рассчитаны главным образом для осевой обработки (обтачивания, сверления, растачивания, зенкерования, развертывания, нарезания резьбы и т. д.) и в случае применения специальных приспособлений обеспечивают обтачивание конусов и фасонных поверхностей, поперечное обтачивание и т. д.
Полуавтоматы этого типа строятся обычно пятишпиндельными. Одна позиция —загрузочная, и обработка в ней не производится. Смена заготовки совмещается с обработкой в других позициях. На некоторых моделях применен пневматический зажим. Полуавтоматы строятся двух видов: I) револьверная головка в процессе обработки перемещается в направлении вращающихся инструментальных шпинделей; 2) револьверная головка имеет
только вращательное движение для переноса заготовок из позиции в позицию, а инструментальные шпиндели кроме вращения имеют еще и поступательное перемещение на заготовку. На рис. IX-19 показаны инструментальные шпиндели полуавтомата LTA-400 (ФРГ) и револьверная головка с обрабатываемыми деталями.
Классификационная табл. IX-1 и приведенные примеры показывают, насколько разнообразны могут быть конструктивные формы автоматов даже идентичного технологического назначения при
Рис. IX-19. Рабочая зона полуавтомата для обработки деталей, неподвижных при обработке
Рис. IX-20. Многошпиндельный автомат фасонно-продольного точения
различии вида обрабатываемых заготовок и выполняемых работ. Дальнейшее развитие конструкции и технологии, появление новых прогрессивных методов обработки приводит, как правило, к появлению и новых принципиальных и конструктивных схем машин. Так, в течение многих лет автоматы фасонно-продольного точения строились только одношпиндельными (см. табл. IX-1). И лишь в последнее время появились*первые образцы многошпиндельных автоматов последовательного действия, один из которых, созданный фирмой Gildemeister, показан на рис. IX-20. В нем объединены преимущества одношпиндельного автомата фасонно-продольного точения с высокой производительностью многошпиндельных станков. На рис. IX-20, а представлена схема компоновки узлов станка, а на рис. IX-20, б —суппортная группа. Сочетая большие технологические возможности благодаря двенадцати поперечным и шести осевым инструментам с малым временем обработки в каждой из шести рабочих позиций, данный автомат является одним из первенцев нового класса высокопроизводительных токарных станков-автоматов.
Огромные перспективы создания новых конструктивных и компоновочных схем открывает создание новых прогрессивных методов [токарной обработки деталей: попутного точения, вихревого точения и'др. Примером может служить новый процесс токарной обработки — попутное точение,— разработанный под руководством автора на кафедре «Станки и автоматы» в МВТУ им. Баумана, на основе которого созданы конструкции высокопроизводительных станков для токарной обработки различных типов деталей. Обрабатываемая заготовка (рис. IX-21, а) радиусом г вращается в шпинделе со скоростью резания; режущий инструмент, устанавливаемый на круговом суппорте, вращается с круговой подачей s вокруг оси Оц, расположенной на расстоянии А = R + г0 от оси шпинделя Од. За время поворота на угол со0 с момента врезания резец снимает долю припуска на полную глубину t. Таким образом, устанавливая на суппорт последовательно необходимое количество резцов, можно осуществлять полную наружную обработку деталей тел вращения.
Процесс обработки характеризуется непрерывной трансформацией действительных значений переднего и заднего углов резания, что вызвано изменением взаимной ориентации режущей кромки и вектора скорости резания. Характер трансформации углов резания определяется направлением круговой подачи режущего инструмента. При встречном движении резца и детали (рис. IX-21, в) соответственно передний у и задний а углы в момент врезания
Твр = 7з — (т0 + ®0);	(IX-1)
авр =	+ (Уо + ®о).	(IX-2)
где у3 и а3 —соответственно передний и задний углы заточки резца;
т0 и соо —соответственно угол встречи заготовки и угол входа
резца.
При окончании резания, когда резец находится на линии центров инстру-
равны углам заточки: увых = у3; авых = а3. Значения углов соо и т0 с достаточной точностью можно рассчитать по формулам
=	(1Х-4)
При попутном точении (рис. IX-21, б) передний угол у в момент врезания имеет наибольшую величину увр = у3 -f-+ (т0 + со0). Задний угол, наоборот, в момент врезания имеет минимальную величину авр = а3 —(т0 + со0). В конце резания, как и при встречном точении, у = у3, а = а3. Зависимость трансформации углов от величины текущего угла со (О^со^со0) приведена на рис. IX-22. Величина трансформации (т0 4- соо) углов резания
мента и детали, углы резания
а) в)
Рис. IX-21. Схема процесса точения вращающимися инструментами:
а — схема движения инструмента и заготовки; б — углы резания при попутном точении; в — углы резания при встречном точении
при толщине снимаемого припуска t — 4 ч-5 мм может достигать 20—30°. При встречном резании, характерном для общеизвестных методов тангенциального точения, большая глубина резания приводит к кинематическому затуплению резца и резкому возрастанию силы резания, а большие углы заточки настолько ослабляют режущую пластину, что применение такого метода становится нерациональным либо невозможным.
В отличие от этого при попутном резании в начальный момент, когда толщина срезаемого слоя наибольшая, имеет место кинематическое заострение резца (наибольший передний угол), вследствие чего уменьшается сила резания. Кроме того, к концу резания, когда снимаемая стружка имеет небольшую толщину, задний угол увеличивается, что уменьшает трение по задней поверхности и повышает класс чистоты обрабатываемой поверхности. Благоприятные условия резания при попутном точении, повышенная стойкость резцов благо
Рис. IX-22. Зависимость трансформации углов резания v и а от угли контакта инструмента с заготовкой (а3 = 25°, ?3 = 0)
даря кратковременности контакта резца с де-
талью позволяют производить обработку на высоких режимах. Так, при обработке колец из стали ШХ15 хорошие результаты получаются при скорости резания v = 250 м/мин и круговой подаче s — 1 мм/об. При этом достигаются точность обработки не ниже 3-го класса и чистота 6—8-го класса.
Новым прогрессивным методом обработки тел вращения, предложенным автором, является точение резцовыми головками. Заготовка получает быстрое вращательное движение, определяющее скорость резания
"ТбобГ’
(IX-5)
где г —радиус заготовки в мм;
и3 —частота вращения в об/мин.
Инструмент (резцовые головки с числом режущих кромок Zn), медленно вращаясь в сторону задней поверхности кромки таким образом, что в зоне
резания имеет направление перемещения, попутное с движением снимаемых слоев заготовки, осуществляет движение круговой подачи:
с	ин^и
"кр “	п3
(IX-6)
где /?ин —радиус окружности вершин режущих кромок инструмента в мм;
—частота вращения инструмента в об/мин.
Рис. IX-23. Схема обработки внутренних цилиндрических поверхностей вращающейся резцовой головкой
Для возможности многократного снятия стружки инструмент получает дополнительно простое (продольное, радиальное или тангенциальное) или сложное (за счет одновременного действия нескольких простык) движение подачи относительно обрабатываемой детали. Вследствие ^особенностей движений, сообщаемых заготовке и инструменту, способ точения резцовыми головками делает возможным осуществление следующих операций: отрезки, подрезки торцов, продольного точения и растачивания цилиндрических, конических и ступенчатых поверхностей, обработки фасонных поверхностей. При наружной обработке цилиндрических поверхностей резцовой головке помимо вращения сообщается только движение продольной подачи so, параллельное оси обрабатываемой заготовки.
Процесс резания при точении резцовыми головками прерывистый. За один полный оборот резцовой головки произойдет гп врезаний инструмента со снятием стружки одинаковых размеров. При этом подача вдоль оси детали, соответствующая повороту инструмента на угол между режущими 2л
кромками сох — —, составляет
2п
Л-Рин^о
SKp2n
(IX-7)
Условия обработки при точении резцовыми головками не вызывают заметного прогрева глубинных слоев инструмента (например, при t = 0,5 мм от поверхности контакта «инструмент—стружка» превышение температуры составляет не более 24° С), а за время свободного пробега обеспечивается полное охлаждение резца до температуры окружающей среды. Технологический процесс точения резцовыми головками по сравнению с продольным точением обладает большей производительностью. Эффективность применения процесса пропорциональна росту числа режущих кромок инструмента, участвующих в обработке.
Производительность труда при замене токарной обработки на точение резцовой головкой возрастает в среднем на 30—35% при росте штучной производительности на 37—45%. Благоприятные условия резания при точении резцовыми головками сохраняются в случае обработки внутренних цилиндрических поверхностей (рис. IX-23).
Как и при попутном точении, происходит непрерывная трансформация действительных значений передних и задних углов резания благодаря изменению взаимной ориентации режущей кромки и вектора истинной скорости резания. Характер трансформации при этом определяется направлением подачи.
В случае попутного движения инструмента углы резания по мере внедрения в заготовку будут изменяться в сторону уменьшения переднего и увеличения заднего, а в случае встречного, наоборот, в сторону увеличения переднего и уменьшения заднего; только при выходе из зоны резания (точка С), что соответствует достижению плоскости, соединяющей оси вращения инструмента и заготовки, углы резания равны углам заточки. Характерно, что при круговой тангенциальной подаче инструмента скорость изменения текущего радиуса обработки (т. е. радиальная подача) является величиной переменной:
„ . d(D
,	A sm со -77-
dr0 _	dt
“ У#и (£h+2Xcos cd) ’
где A —расстояние между осями вращения инструмента и заготовки;
7?и —радиус инструмента в искомой точке режущей кромки;
со —угол поворота инструмента.
Таким образом, изменение радиальной подачи носит синусоидальный характер с тенденцией к уменьшению по мере внедрения резца в заготовку; вследствие этого переменной величине углов^в процессе резания будут соответствовать различные толщины срезов. При встречном движении инструмента и заготовки в начале резания, когда снимается наибольшая часть металла, передний угол получает некоторое «кинематическое затупление».
В процессе обработки с уменьшением толщины среза передний угол у непрерывно уменьшается, а задний угол а растет. Как показали исследования, увеличение переднего угла приводит к уменьшению деформации сдвига, что, в свою очередь, снижает температуру, обусловленную образованием тепла в плоскости сдвига, и способствует увеличению срока службы инструмента. Кроме того, изменение геометрии резания в схеме попутной обработки способствует более плавному протеканию процесса резания.
Длина пути, проходимого инструментом в радиальном направлении, которая характеризует толщину среза, будет определяться разностью между величинами радиусов полученного и текущего, т. е. Дг = г0 —rt:
&r= г0 — /г2о —2Дг(1 —cosco),	(IX-9)
ИЛИ
ДГ = Го -	- 4	•	(IX-10)
Максимальный угол контакта инструмента с обрабатываемой заготовкой
со = arccos 1
^(2ro--01
2AR J
(IX-11)
Проведенные исследования нового процесса показали, что в сравнении с продольным растачиванием метод обладает большей производительностью. Производительность труда при замене продольного растачивания точением резцовыми головками возрастает на 40—45%. Комплекс научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, связанных с отработкой и исследованием процессов попутного точения и точения резцовыми головками, позволил заложить основу создания ряда отечественных полуавтоматов и
автоматов, принципиально отличных от существующих.
На рис. IX-24 представлен двухсуппортный токарный полуавтомат попутного точения ЕТ-50, спроектированный и изготовленный на Ереванском станкостроительном заводе им. Дзержинского совместно с МВТУ. По своей кинематике и конструктивному исполнению станок значительно проще обычных моделей токарных автоматов и полуавтоматов. В нем нет таких конструктивных элементов, как длинных станин с призматическими направляющими, суппортов, перемещающихся возвратно-поступательно, распределительного вала и других многочисленных подвижных соединений, которые приводят к усложнению конструкции, снижению ее жесткости, точности, надежности и производительности. Полуавтомат имеет неболь
Рис. IX-24. Одношпиндельный токарный полуавтомат ЕТ-50
шие размеры, мощность главного электродвигателя 20 кВт, простую форму, удобное
обслуживание и наблюдение за процессом обработки благодаря лобовому исполнению. Простота конструкции станков попутного точения определяется самим методом обработки, так как сложный профиль деталей тел вращения обеспечивается комбинированием стандартных резцов, сгруппированных в блоки, а не путем копирования или программирования формы. В результате отпадает необходимость в использовании таких общеустановившихся методов формообразования, как применение сложных кулачковых систем, гидрокопировальных и электрокопировальных устройств, сложных электрических схем при обработке деталей на станках с программным управлением.
Главные несущие узлы —круговые суппорты и шпиндель —расположены в одном корпусе с постоянным межцентровым расстоянием, что с технологической точки зрения позволяет получить наибольшую точность и жесткость конструкции. Привод к суппортам и шпинделю размещается в одном корпусе. В зоне обработки находится минимальное количество подвижных деталей: головки суппортов и фланец шпинделя. Вследствие этого имеется свободный рабочий объем перед суппортами, что
создает благоприятные условия для отвода стружки и обслуживания станка. Станок предназначен для обработки деталей типа колец, втулок, дисков, фланцев и т. п. Конструкция станка обеспечивает переналадку с одного типа детали на другой в течение 20—30 мин, что позволяет использовать его в серийном, а в некоторых случаях и в мелкосерийном производстве. На базе того же принципа попутного точения ЭНИМСом разработан, а Минским заводом автоматических линий построен вертикальный одношпиндельный полуавтомат СМ203.
Применение новых прогрессивных методов токарной обработки позволяет успешно решать одну из важнейших проблем комплексной автоматизации — проблему создания автоматов непрерывного действия (см. гл. III). До недавнего времени автоматы непрерывного действия строились только по роторному принципу — параллельного агрегатирования, с синхронным транспортным перемещением инструментов и изделий по окружности и относительными осевыми движениями для обработки (табл. IX-1, поз. 7, 11, 12). При этом технологические процессы обработки, связанные с использованием одного комплекта инструмента, являются прерывистыми. Появление новых методов обработки позволяет создать и автоматы непрерывного действия последовательного агрегатирования, которые представляют собой качественно новую ступень развития машин, так как непрерывными являются не только транспортное движение изделий сквозь рабочую зону, но и технологический процесс обработки. На рис. IX-25 показан предложенный автором 12-шпин-дельный вертикальный токарный автомат попутного точения непрерывного действия, изготовленный Киевским заводом станков-автоматов им. Горького1. Он предназначен для обработки колец подшипников диаметром 70—120 мм. Непрерывность действия автомата обеспечивается тем, что детали, установленные на шпинделях автомата, вращаясь, одновременно непрерывно
1 Шаумян Г. А. Многошпиндельный автоматический станок для наружной обработки тел вращения из пруткового материала или штучных заготовок. Бюллетень изобретений и товарных знаков. Авторское свидетельство № 212710, класс 49 а, 5/01, 6/02. 1968, № 9. 272
поворачиваются со шпиндельным барабаном вокруг его оси. При этом они обрабатываются, встречаясь с резцами, установленными в определенной последовательности. На рис. Х-20 показана схема расположения резцовых блоков автомата и зон загрузки—выгрузки. Как видно из схемы, автомат работает в два потока и за один оборот шпиндельного барабана снимаются и устанавливаются 24 детали (схема блока инструментов с заменой инструмента без остановки автомата была приведена на^рис. VI-17).
Высокая производительность автомата обеспечивается режимами обработки, непрерывностью действия, большой стойкостью инструмента в результате кратковременности работы каждого резца, высокой жесткостью станка. В автомате нет стыков подвижных соединений, которые имеются во всех автоматах с обычными суппортами, что снижает жесткость системы СПИД. Резцы установлены в последовательности, соответствующей схеме снятия припуска, поэтому само расположение резцов представляет программу обработки, которая при простейших движениях детали и шпиндельного блока (вращение) обеспечивает устойчивое получение требуемого профиля деталей.
Глава X
КИНЕМАТИКА И КОНСТРУКЦИЯ
МЕХАНИЗМОВ
УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТОВ
Любая автоматическая машина осуществляет заданный технологический процесс без участия человека благодаря наличию комплекта механизмов рабочих и холостых ходов и управления, а также передаточных механизмов, связывающих источник энергии —двигательный механизм с исполнительными (см. рис. 1-3). Как правило, один и тот же технологический процесс может быть реализован на автоматах с различными вариантами построения кинематики и системы управления, однако анализ множества конструкций автоматов показывает общность принципиальных и конструктивных решений, методов расчета и анализа. Это позволяет сформулировать общие закономерности проектирования, широко использовать опыт автоматостроения одних отраслей в смежных. Выбор кинематики автомата диктуется двумя основными факторами:
технологическим назначением, которое определяет вид технологических перемещений, и принятой системой управления, которая определяет характер взаимодействия управляющих механизмов и устройств.
Система управления предопределяет и перечень самих управляющих механизмов. Как сказано выше, любая развитая система автоматического управления включает следующие управляющие элементы: программоноситель, считывающее устройство, механизм ввода программы, передаточно-преобразующее устройство, исполнительное устройство, систему обратной связи. Конструктивное воплощение каждого элемента зависит также от принятой системы управления, прежде всего от вида программоносителей. Рассмотрим с этих позиций кинематику и конструкцию механизмов управления наиболее распространенных типов автоматизированного оборудования: одношпиндельных и многошпиндельных автоматов с распределительным валом, копировальных полуавтоматов, станков с программным управлением, многоцелевых станков с программным управлением.
§ 1. ОДНОШПИНДЕЛЬНЫЕ АВТОМАТЫ С РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМ ВАЛОМ
Для автоматов с распределительным валом и кулачками наиболее характерно наличие двух кинематических цепей: цепи главного движения — от электродвигателя к рабочему шпинделю и цепи подач —от электродвигателя к распределительному валу. В качестве звеньев кинематической настройки применяются обычно гитары сменных зубчатых колес, реже —коробки скоростей и подач. Кинематика привода распределительного вала определяется прежде всего принадлежностью данного автомата к одной из трех групп по принципу совершения холостых ходов (см. гл. VII).
В настоящее время одношпиндельные автоматы строятся по всем трем вариантам с холостыми ходами по группам I, II и III. Наиболее простую кинематику и механизмы управления имеют автоматы группы I, у которых конструктивным признаком является наличие одного управляющего устрой-274
1
Рис. Х-1. Кинематическая схема автомата 1Б10П
ства —распределительного вала с равномерным вращением. В качестве примера на рис. Х-1 представлена кинематическая схема автомата 1Б10П, состоящая из цепи привода рабочего шпинделя /, цепи привода распределительного вала 2, привода насоса и привода 3 приспособлений. Шпиндель получает вращение от электродвигателя АОЭЛ2-22-4 через ременную передачу со сменными шкивами а и Ь, установленными на валу электродвигателя и главном валу основания, и плоскоременную передачу с постоянными шкивами. Наличие сменных шкивов а и b дает возможность получить 18 ступеней частот вращения от 1400 до 10 000 об/мин. Распределительный вал 2 автомата осуществляет подачу инструмента и заготовки через кулачки 4—7, получая вращение от главного вала через четырехступенчатую клиноременную передачу, червячный редуктор с передаточным отношением 1 : 4,5, сменные колеса и Ьъ двухступенчатую клиноременную передачу и червячный редуктор станины. Насос системы охлаждения приводится в действие непосредственно от электродвигателя через круглоременную передачу. Ручное вращение распределительного вала осуществляется рукояткой 8 через муфту 9. Привод приспособлений осуществляется ременными передачами через соответствующие шкивы, располагаемые на главном валу.
На рис. Х-2 показан автомат сверху, где хорошо виден распределительный вал /, расположенный в четырех опорах 2, установленных на станине. На распределительном валу находится регулируемое червячное колесо 5. Клиноременный шкив 9, приводимый от редуктора, жестко связан с кулачковой муфтой, свободно сидящей на валу. Вал расположен внутри полого червяка, вращающегося во втулках. На червяке жестко закреплена кулачковая муфта 6 вращающегося шкива. При продольном перемещении вала она сцепляется с кулачковой муфтой червяка, и распределительный вал получает вращение. В случае включения ручной подачи валик перемещается в обратном направлении, а муфта, жестко связанная с валом, сцепляется с червяком, и распределительный вал получает вращение от рукоятки 10 вручную.
На распределительном валу устанавливаются дисковые кулачки 7 подачи, установленные при помощи колец 3 и 4. Шпиндель бабки перемещается от дискового кулачка через пальцы, рычаги и упорную планку, 275
установленную на корпусе шпиндельной бабки. Обратный ход шпиндельной бабки осуществляется пружиной. Отношение плеч рычажной системы может изменяться в пределах от 1 : 1 до 1 : 3. На распределительном валу расположен барабан 5, к которому крепятся при помощи винтов кулачки, управляющие зажимом и разжимом цанги. Между червячным колесом и кронштейном станины устанавливаются дисковые кулачки подачи вертикальных суппортов и кулачок, управляющий лотком улавливателя мелких деталей. С другой стороны кронштейна расположены кулачки балансира и кулачки, управляющие работой приспособлений.
Шпиндель (рис. Х-3) расположен на двух опорах. Передняя опора 4 —игольчатый подшипник качения, а задняя 8 —два радиальных шарикоподшипника класса С. Зазор в переднем подшипнике регулируется медленным затягиванием гайки и проверяется индикатором.
Рис. Х-3. Шпиндельная бабка автомата:
1 — шпиндель; 2 — собачка: 3 — корпус; 4 — передняя опора; 5 — пружина; 6 — стакан; 7 — шкив; 8 — задняя опора; 9 — упорная шайба; 10 — лимб
На рис. Х-4 показана кинематическая схема одношпиндельного токарного автомата ГАШ-12 конструкции автора. От электродвигателя через нижний приводной вал вращение передается на шпиндель автомата и распределительный вал, представляющий собой быстросменную оправку с шестью кулачками. Рабочие органы автомата получают движение от распределительного вала, выполненного в виде быстросменной оправки, посредством шарикового передаточ
ного механизма.
В качестве второго примера на рис. Х-5 приведена кинематическая схема автомата для контроля герметичности полупроводниковых приборов, который включает вакуумную установку и гелиевый течеискатель. Испытание заключается в индикации потока гелия, проникающего в вакуум через негерметичные соединения элементов. После пуска течеискателя 11 и получения необходимого вакуума гильзы 1 с испытуемыми приборами загружаются в магазин 21, откуда по лоткам они скатываются к механизму подачи 20. Когда ползун механизма подачи отходит в крайнее заднее положение, гильза, находящаяся на его верхней плоскости, падает вниз и оказывается впереди ползуна. При движении ползуна вперед она сталкивает гильзу, находящуюся на рабочей позиции, и занимает ее место.
ААеханизм 22, управляемый кулачком 19, прижимает гильзу к уплотнителю 18, Кулачок 16 открывает клапан 7, и происходит форвакуумная
Вид A
Рис. Х-6. Распределительный вал автомата фасонно-продольного точения
откачка гильзы. Затем клапан 7 закрывается и открывается клапан 3, работающий от кулачка 15. Происходит высоковакуумная откачка гильзы. Дальнейший поворот распределительного вала 17 приводит к тому, что клапан 8 закрывается; одновременно при помощи кулачка 14 открывается клапан 9, соединяющий вакуумный объем, расположенный справа от клапана 9, с вакуумной системой течеискателя. Все остальные клапаны автомата в это время закрыты. В случае негерметичности испытуемого прибора в масс-спектрометрическом анализаторе течеискателя увеличится сигнал, который усилится электрической схемой автомата и вызовет срабатывание реле 5, выполняющего роль электромагнита; замок 4 и заслонка 3 при этом откроются. Чтобы реле не сработало раньше, чем будет сброшена гильза с прибором, вызвавшим увеличение тока масс-спектрометра, в электрической схеме имеется реле времени, осуществляющее задержку сигнала на реле 5 на несколько секунд, т. е. на время от момента появления сигнала течеискателя до сталкивания гильзы. Гильза с негерметичным прибором через открытую заслонку 3 скатывается в накопитель 2 бракованных приборов. Если прибор герметичен, замок 4 остается закрытым и гильза по заслонке 3 скатывается в накопитель 6 годных приборов. Клапан 10, действующий от кулачка 13, открывается сразу же после того, как клапан 9 закроется, и остается открытым до тех пор, пока не откроется клапан 8. Клапан 10 служит для дополнительной откачки вакуумной системы автомата, расположенной слева от клапана 9, и вакуумной системы течеискателя. В том случае, если в вакуумную часть автомата и течеискателя попадет большое количество гелия из сильно текущего прибора, эта линия откачки помогает ускорить подготовку автомата к выполнению очередного цикла контроля. Если окажется, что в течеискатель попало такое количество гелия, которое нельзя удалить за один цикл подготовки, сработает блокировка большой течи и выключит электродвигатель 12 автомата. Электродвигатель включится вновь только после полной подготовки систем.
Сравнение кинематики обоих автоматов показывает ее различие только в приводе главного движения (в автомате контроля герметичности нет необходимости во вращении деталей) и полное сходство в приводе и принципе действия механизмов управления.
Для различных автоматов первой группы конструктивное оформление управляющего механизма — распределительного вала обычно индентично. На рис. Х-6 показан конструктивный разрез распределительного вала автомата фасонно-продольного точения. Кулачки 4 поперечных суппортов закреплены на одной общей оправке. Для надевания на вал кулачок имеет прорезь, ширина а которой меньше диаметра оправки. Чтобы можно было свободно надевать кулачок на оправку, на ее поверхности предусмотрены лыски. Каждый кулачок свободно сидит на валу и связан штифтом с одной половиной зубчатой муфты 5, другая половина муфты сидит на шпонке. После взаимной ориентации всех кулачков при помощи муфты они стягиваются гайками.
Кулачок 2 подачи шпинделя помещен на отдельной оправке, заштифто-ванной на валу, и также ориентируется при помощи кулачковой муфты. Цилиндрические кулачки 6 приспособлений состоят из барабана, сидящего 278
на валу на шпонке, и кулачков, прикрепленных к барабану. Кулачки 1 для освобождения и зажима обрабатываемого прудка крепятся на торцах барабана, имеющего Т-образные пазы с обеих сторон. Барабан 3 продольной подачи суппорта ориентируется и закрепляется при помощи зубчатой муфты. У некоторых автоматов диски и кулачки удерживаются на валу трением при затягивании гаек. Такая конструкция весьма проста, так как в ней отсутствуют кулачковые муфты. Однако такое закрепление кулачков не гарантирует надежности, и при длительной работе может произойти разладка.
Одношпиндельные автоматы с распределительным валом, работающие по группе II, где длительность холостых ходов не зависит от настройки рабочего процесса, широкого распространения в металлообработке не получили. Их конструктивным отличием является двойная скорость вращения распределительного вала, что неизбежно вызывает усложнение кинематики (две цепи привода) и управляющих механизмов, которые должны ^переключать эти скорости дважды за цикл. По этому принципу работают, например, многорезцовые токарные полуавтоматы. В ряде конструкций часть холостых ходов, которые необходимо совершить на высоких скоростях, совершается от быстровращающегося вспомогательного вала. В качестве примера на рис. Х*7 приведена кинематическая схема токарно-револьверного автомата Тагех. Распределительный вал состоит из участков /, 2, 3, вспомогательный вал — из участков 4, 5. Переключение вращения вала осуществляется кулачковой муфтой 6.
К одношпиндельным автоматам с распределительным валом, работающим по группе III, относятся, например, почти все токарно-револьверные автоматы. Их конструктивной особенностью является наличие двух управляющих механизмов — распределительного и вспомогательного валов, которые имеют равномерное вращение. Распределительный вал совершает рабочие ходы, часть холостых ходов (подвод и отвод суппортов) и управляет включением быстровращающегося вспомогательного вала, который после включения совершает обычно один оборот и самовыключается.
* На рис. Х-8 показана кинематическая схема токарно-револьверного автомата 1Б136, которая включает две кинематические цепи — главного движения и привода управляющих валов — распределительного и вспомогательного. Кинематическая цепь главного движения (вращение шпинделя) осуществляется от электродвигателя А0514. Вал / коробки скоростей, жестко соединенный с валом электродвигателя, передает вращение на вал II по
A0J2~4
трем независимым цепям. При отключенных электромагнитных муфтах ЭМ 1 и ЭМ 2 вращение передается через зубчатые колеса z = 27, z = 68 и муфту обгона. При вращении зубчатого колеса z — 68 и внутренней обоймы в муфте обгона происходит заклинивание роликов. В результате вращение передается на наружную обойму и далее на вал II. По этой цепи вал-// получает минимальную частоту вращения. При включении муфты ЭМЛ вращение передается сразу на обе обоймы муфты обгона, вращая их в одну и ту же сторону. Но наружная обойма вращается быстрее, в результате чего ролики расклиниваются и проскальзывают по внутренней обойме. По этой цепи вал // получает среднюю частоту вращения. При включении муфты ЭЛ42 вращение передается через зубчатые колеса г = 58 и z ~ 37, Одновременно через зубчатые колеса z — 27 и z = 68 передается вращение на внутреннюю обойму муфты обгона. Однако здесь, как и в предыдущем случае, наружная обойма обгоняет внутреннюю. По этой цепи вал // получает максимальную частоту вращения.
С вала II через сменные зубчатые колеса аА и Ьг вращение передается на вал III и далее на шпиндель. При включении сдвоенных электромагнитных муфт ЭМ3 шпиндель получает быстрое левое вращение, а при включении муфт ЭМ4 — медленное правое вращение. Электромагнитные муфты ЭМЪ ЭМ 2, ЭМ3 и Э/И4 переключаются автоматически по программе, устанавливаемой переключателями на пульте управления наладчиком автомата. Таким образом, на шпинделе можно автоматически получать по три разные скорости при его левом и правом вращении. На левом конце шпинделя установлено зубчатое колесо z = 44 привода специальных приспособлений.
Кинематическая цепь привода вспомогательного и распределительного валов (вращение вспомогательного вала VII и распределительных валов XII и XIII) осуществляется от самостоятельного электродвигателя АО32-4. От вала электродвигателя через червячную передачу z = 2 и z = 24 вращение передается на вал VI. Далее на вспомогательный вал VII вращение передается только при включении зубчатой муфты 5. Ее включение и отключение производятся вручную рукояткой От зубчатой муфты 5 вращение 280
передается через предохранительный штифт 6, который при перегрузке на вспомогательном или распределительных валах срезается, отключая их вращение. На правом конце вспомогательного вала установлен маховик 16 для вращения вала вручную при наладке автомата.
Частота вращения вспомогательного вала VII всегда постоянна и равна*.
«всп. в = «эд V = 1440	120 об/мин.
На нем установлены две однооборотные зубчатые муфты 9 и 10, при включении которых вращение от вспомогательного вала передается соответ» ственно на механизм подачи и зажима прутка (вал VIII) и на механизм поворота револьверной головки (вал /X). В нормальном состоянии эти муфты отключены. Включаются они на короткое время, за которое делают два оборота, и после этого автоматически выключаются. Управление их включением производится от командных кулачков 24 и 26, установленных на распределительном валу XIII. Отключение однооборотных муфт только после их двух оборотов обеспечивается кулачками 8 и 11, которые_удержи-вают рычаги управления 23 и 22 и отпускают их, когда сами сделают полный оборот вместе с валом VIII и валом IX. При включении муфты 9 вращение через зубчатые колеса z ~ 36 и z ~ 72 передается на дополнительный вспомогательный вал VIII. На этом валу установлены цилиндрические кулачки подачи 3 и зажима 4 прутка. Подача прутка производится через рычаги с конечным выключателем 2, который при окончании прутка останавливает автомат. От вала VIII через зубчатые колеса z = 54 и z = 54 вращение передается на кулачок 7 подачи качающегося упора. Частота вращения вала VIII также всегда постоянна и равна пДп. в == 60 об/мин, а время подачи и зажима прутка
/	60 = 1 С
п. м	ВО
Л всп- в
При включении муфты 10 вращение через зубчатые колеса z = 57 и г — 76 передается на широкое зубчатое колесо z — 38 револьверного суппорта. Далее вращение через конические зубчатые колеса г = 23 и z = 46 передается диску 13, его палец заходит в один из шести пазов мальтийского креста 12, сидящего на оси револьверной головки 21, и поворачивает ее. За один оборот диска с пальцем револьверная головка поворачивается на одну позицию (угол 60°). Если инструменты на ней установлены только в трех позициях (через одну), то на диске 13 устанавливаются два пальца. Тогда за один оборот диска головка повернется сразу же на две позиции (угол 120°). Торцовый цилиндрический кулачок 20, установленный на кривошипном валу XI, выводит фиксатор из револьверной головки. Ввод фиксатора осуществляется пружиной. На валу IX установлен поводок 14, переключающий через мальтийский крест переключатель 15 частоты вращения шпинделя. Частота вращения кривошипного вала XI с диском 13 всегда постоянна и равна = 90 об/мин, а время поворота револьверной головки на одну позицию /р<г = 0,667 с. На распределительные валы XII и XIII вращение передается от вспомогательного вала VII через зубчатые колеса z = 29, z = 79 и сменные зубчатые колеса a, b, с, d. Далее через червячную передачу г = 1 и z = 40 вращение передается на поперечный распределительный вал XII, а через конические зубчатые колеса z = 44 и z = 44 на продольный распределительный вал XIII. На поперечном распределительном валу XII кроме дискового кулачка 17 подачи револьверного суппорта установлены кулачки 19, переключающие конечный выключатель 18 реверса вращения шпинделя автомата. На продольном распределительном валу X///кроме командных кулачков 24 и 26 установлены дисковые кулачки 27, 28, 29 подачи поперечных суппортов и кулачок 25 подвода лотка для сбора готовых деталей.
Рис. Х-9. Механизм включения вспомогательного вала:
а — общий вид; б — конструкция
Типовыми механизмами управления автоматов группы III с распределительным валом являются, таким образом, распределительный вал не только с рабочими, но и с командными кулачками, вспомогательный вал, механизмы включения и выключения вспомогательного вала. Конструкция типового механизма включения вспомогательного вала приведена на рис. Х-9. Кулачковая муфта включения вспомогательного вала состоит из двух половин 1 и 2; половина 2 муфты сидит свободно на валу и связана двумя торцовыми выступами 3 с одним из механизмов холостых ходов автомата. Внутри втулки имеется пружина 4, которая стремится соединить обе половины муфты. Включению левой половины 2 от пружины 4 препятствует палец 5, имеющийся на конце двуплечего рычага 6. На распределительном валу помещены диски 7 с переставными упорами 8. Упор диска приподнимает конец рычага 6, его палец 5 опускается, и пружина 4 перемещает полумуфту вновь вправо. Происходит включение муфты, и вращение начинает передаваться соответствующему механизму, например механизму подачи и зажима прутка. Палец 5, отжатый пружиной 9, будет находиться на цилиндрической поверхности полумуфты 2. Муфта сделает только один оборот, так как на ее поверхности имеется фигурная выемка /9, в которую заскакивает палец 5, полумуфта отжимается влево, т. е. выключается, и вращение с вала не передается. Для точного поворота на 360° имеется дополнительный рычаг (одноплечий) 11 с фиксатором 12. Если необходимо, чтобы муфта делала полоборота на каждое включение, то на поверхности делается два фигурных паза; для г/3 оборота — три паза и т. д.
В течение десятилетий одношпиндельные автоматы с системой управления от распределительного вала и кулачков строились целиком на механической основе, т. е. с рычажными передаточно-преобразующими системами между кулачками и исполнительными механизмами, которые выполняют функции не только органов управления, но и подачи, с восприятием всех сил обработки. При создании современных автоматов намечаются тенденции ухода от этих традиционных форм, расширения технологических возможностей за счет бесступенчатого регулирования величины подач, введения гидравлических элементов и устройств управления. Это позволяет применять токарно-револьверные автоматы не только в серийном, но и в мелкосерийном производстве. Типичной конструкцией такого автомата является токарноревольверный автомат фирмы Index. На рис. Х-10 представлены схемы вариантов включения рабочего шпинделя токарно-револьверного автомата фирмы Index. Как видно из схемы, муфты позволяют иметь четыре положения включения вращения шпинделя, а именно: левое быстрое вращение 282
Рис. Х-10. Схема переключения скоростей шпинделя автомата фирмы Index
до 3000 об/мин (рис. Х-10, а)\ левое медленное вращение до 600 об/мин (рис. Х-10, б); правое быстрое вращение до 1500 об/мин (рис. Х-10, в); правое медленное вращение 300 об/мин (рис. Х-10, г). Переключение различных скоростей вращения шпинделя производится от барабанных кулаков, сидящих на вспомогательном валу.
На рис. Х-11 представлена схема привода револьверной головки автомата. Салазки 1 приводятся в движение от зубчатой рейки 2 с установочным упором 9, в который упирается один из установочных винтов 5, расположенный на барабане с упорами 6. Каждый инструмент в инструментальной головке 15 имеет соответствующий ему установочный винт, который определяет различные ходы револьверной головки при различных положениях барабана с упорами. Величина рабочего хода головки вперед определяется и ограничивается постоянным упором 3. Рейка соединена с зубчатым сектором 14,
приводимым в движение от отдельного кулачка 21. За один оборот этого кулачка совершается включение и фиксация головки, выдвижение, останов в различных положениях и отвод револьверной головки. Привод кулачка револьверной головки осуществляется от планетарного редуктора, зубчатые колеса 16 которого соединены с кулачковым валом. Внутреннее колесо редуктора приводится в движение от электродвигателя постоянного тока 24 с тормозом и переключением полюсов, что обеспечивает револьверной головке быструю и медленную скорости. Для осуществления движения подачи применен бес-
Рис. Х-12. Блок управления приводом суппортов СТуПСНЧаТО регулируемый ЭЛСКТ* родвигатель постоянного тока 20, который приводит в движение червячное колесо через зубчатые редуктор и муфты 17 и 18, что приводит в движение пустотелое колесо планетарного редуктора. Для достижения останова червячного редуктора используется тормоз 19.
При включении револьверной головки установленный на кулачковом валу ролик 7 входит в мальтийский крест 8. Гидроцилиндр 4 служит для
включения редуктора поворота револьверной головки, так что поворот ее возможен и от руки. Поворот револьверной головки возможен только после отвода зубчатой рейки 2.
-При этом закрепленная на зубчатой рейке 2 планка 10 с укосом через рычаг 11 так действует на пакет пружин, что инструментальная головка 15 выходит вперед из своих зубчатых торцовых пазов, которые стопорят и точно фиксируют головку при обработке. Отведенная головка фиксируется от гидроцилиндра 12. Объединение управления с механизмами происходит благодаря выключателям конечных положений. Конечные выключатели 13 управ
ляются от плоских кулачков, установленных на распределительном валу. Выключатель (счетчик) тактов 26 извещает схему управления о каждом такте револьверной головки. Для разделения всего хода револьверной головки на быстрый и рабочую подачу установлен потенциометр 22, что позволяет преобразовать величину пути в пропорциональное напряжение и приводит к «электризации» путевой системы, и это позволяет посылать соответствующие импульсы управления на электродвигатель 24 быстрого и медленного перемещений и рабочие муфты. Для обеспечения безопасности станка при перегрузках установлена муфта 25, которая включается при включении выключателя. От повреждения привод головки предохраняет муфта 23, которая посредством конечного выключателя тэкже отключает от сети весь станок.
На рис. Х-12 показан блок управления движения каждого из поперечных суппортов —QIV. Он работает по программе, заданной кулачком распределительного вала. Блок управления установлен внизу, под распределительным валом автомата. Основными узлами блока являются корпус 2 с золотником-толкателем 5, устройство переключения 15 и регулятор скорости (дроссель) 17. Масло поступает в блоке управления по общей магистрали М и, проходя через обратный клапан 11, поступает к золотнику-толкателю 5. В наладочном режиме золотником-толкателем 5 можно управлять от руки с помощью рычага 4. В каждом блоке управления установлено
по два толкателя — левый и правый. Если какой-либо кулачок надавит на правый толкатель, то распределительный вал (РВ) перестанет вращаться (команда «Стоп РВ»). Если кулачок надавит на золотник-толкатель 5, то один из поперечных суппортов начнет двигаться. Подобный блок управляет движением продольного суппорта, выполняя следующие функции управления: при надавливании на левый толкатель продольный суппорт движется обратно под действием пружины, установленной в гидроцилиндре; при надавливании на правый толкатель продольный суппорт движется впередi под действием давления масла на поршень гидроцилиндра продольного суппорта.
Блок обеспечивает управление следующими элементами рабочего цикла суппорта.
1.	Быстрый ход вперед. Золотник-толкатель 5 под действием кулачка распределительного вала находится в нижнем положении. Масло, пройдя обратный клапан 11, поступает в левую полость цилиндра быстрых ходов 3 и через обратный клапан к регулятору скорости. Под действием плунжера масло, находившееся в правой полости цилиндра, будет вытесняться и по трубопроводу 10 попадает в цилиндр привода поперечных салазок 9. Начинается быстрый ход вперед. Величина перемещения регулируется винтом /. Винт поворачивается с помощью рукоятки, выведенной на лицевую панель блока управления. Величина хода поперечных салазок регулируется в пределах 0—50 мм. Величина хода продольного суппорта регулируется в тех же пределах, но при специальной конструкции цилиндра быстрых ход^>в; она может быть установлена от 12 до 62 мм.
2.	Рабочая подача. Когда закончен быстрый ход вперед, давление в левой полости цилиндра быстрых ходов и перед регулятором скорости 17 быстро возрастает. Масло, пройдя регулятор, поступает под значительно большим давлением, чем для быстрого хода по трубопроводу 10 в цилиндр привода поперечных салазок 9. Начинается рабочая подача. Скорость подачи регулируется бесступенчато от 5 до 1000 мм/мин (при специальном исполнении от 5 до 3400 мм/мин).
3.	Останов и переключение на обратный ход. Когда рабочий ход закончен, давление в трубопроводах 10 и 12 значительно возрастает и становится равным давлению переключения. Под действием этого давления масло, находящееся под поршнем цилиндра переключения 14, давит на него, перемещая его вверх против пружины 13. Золотник толкатель 5 возвращается в свое верхнее положение. Давление переключения легко регулируется винтом 16, который выполняет роль игольчатого дросселя. Этот винт должен быть немного отвернут, чтобы пропустить масло в цилиндр 14.
4.	Обратный ход салазок. В результате заполнения цилиндра 14 давление в магистралях 10 и 12 несколько понизится, и под действием пружины 8 поперечный суппорт начнет двигаться назад. Максимальная скорость быстрого хода — 3,5 м/мин. Вытесняемое из цилиндра привода поперечных салазок 9 масло попадет вначале по трубопроводу 10 в правую полость цилиндра быстрых ходов 3. При этом его поршень переместится влево. Заполнив эту полость, масло через обратный клапан 18, золотник-толкатель 5 и дроссель 6 попадает в магистраль слива, а затем в бак. Дроссель 6 позволяет плавно регулировать скорость обратного хода.
Приведенные примеры показывают, что в рамках традиционных, отработанных методов и процессов обработки совершенствование автоматов связано, как правило, с усложнением их кинематики и конструкции механизмов управления.
Разработка и внедрение новых, прогрессивных методов обработки позволяют во многих случаях создавать принципиально новые конструктивные и компоновочные решения автоматов, упрощать кинематику и управление при значительно более высокой производительности машин. Так, применение метода попутного точения позволяет создать конструкции автоматов без 285
Рис. Х-13. Кинематическая схема автомата попутного точения ЕТ-50А
единой направляющей возвратно-поступательного движения и даже без распределительного вала в обычном представлении (рис. Х-13).
Рабочий шпиндель 25 вращается от электродвигателя 1 через клиноременную передачу 2. Частота вращения шпинделя изменяется с помощью сменных шкивов. Суппорты 24 и 27 вращаются от шпинделя 25 через цилиндрические колеса 6, 5, 7, 8, 4, 17, 10, 11, 12, 15, коническую пару 3—26 и далее червячные пары 23—22 и 28—29. Быстрый ход суппортов осуществляется от электродвигателя 13 через цилиндрические колеса 14, 15, коническую пару £—26 и червячные пары 23—22 и 28—29. При включении быстрого хода электромагнитная муфта 16 отключает кинематическую цепь, идущую от шпинделя, а муфта 9 включается для торможения. Изменение величины круговых подач суппорта осуществляется парой сменных колес 10— 11. Для вращения суппорта от руки предусмотрены цилиндрические колеса 21, 20, 19, 18.
Таким образом, рабочий цикл соответствует одному обороту кругового суппорта, который имеет двойную скорость вращения и по существу играет роль распределительного вала с тем принципиальным отличием, что профиль обрабатываемых деталей запрограммирован не кривыми кулачков, а установкой резцов по периферии суппорта.
Создание автоматов по новым технологическим процессам позволяет обеспечить повышение производительности, надежности и качества изделий, но одновременно выдвигает ряд требований к кинематике и конструкции 286
287
Рис. X-14. Безлюфтовый механизм привода автомата ЕТ-50А
механизмов и устройств, в первую очередь — к точности кинематических цепей, что не играло существенной роли в автоматах прежних конструкций. Экспериментальная отработка метода попутного точения показала, что работоспособность системы инструмент—деталь (отсутствие «затягивания» инструментов в точках контакта с отрабатываемой заготовкой) может быть обеспечена только при высокой крутильной жесткости привода вращающихся суппортов и полном отсутствии зазоров в кинематической цепи привода. Это потребовало принципиально нового подхода к разработке кинематики автомата. На рис. Х-14 показана конструкция безлюфтового двухчервячного привода суппортов автомата ЕТ-50А (пара 22—23, см. рис. Х-13).
Вращение из коробки подач получает коническое колесо 2. Червяки 1 и 3, которые жестко связаны с этим колесом, передают вращение на червячное колесо, сидящее на суппорте; таким образом, червяки 1 и 3 являются ведущими. Для выборки люфтов служат червяки 6 и 7, которые перемещаются в осевом направлении вместе с резьбовыми стаканами 4 и 9. Привод стаканов осуществляется вручную от червяков 5 и 8 через косозубые колеса, сидящие на стаканах.
§ 2. МНОГОШПИНДЕЛЬНЫЕ АВТОМАТЫ
С РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМ ВАЛОМ
Многошпиндельные автоматы с системой управления от распределительного вала строятся обычно по группе II. Их основным характерным признаком является наличие двух кинематических цепей привода вращения распределительного вала и специальных механизмов переключения, которые срабатывают дважды за каждый оборот. Цепь медленного (рабочего) вращения имеет звено настройки, цепь быстрого (холостого) вращения имеет постоянное передаточное отношение.
Привод вращения шпинделей осуществляется, как правило, от центрального колеса, которое крепится на валу, совпадающем с геометрической осью автомата (осью шпиндельного блока), через сателлиты. Тем самым все рабочие шпиндели вращаются с одинаковой частотой, которая настраивается гитарой сменных колес. Гораздо меньше встречается независимый привод шпинделей с возможностью установки для каждой позиции своей частоты вращения. По группе II построены отечественные многошпиндельные автоматы 1А225, 1А240, 1265, 1290 и др.
На рис. Х-15 приведена кинематическая схема автомата 1265. Рабочие шпиндели вращаются от электродвигателя (N = 28 кВт; п = 1450 об/мин) 190	30
через клиноременную передачу зубчатую пару звено настройки а, 45
Ь, с, d и передачу —. Распределительный вал имеет две скорости вращения: медленную (рабочий ход) — от червячной передачи ~ через звено 30
настройки сд, а19 муфту обгона, коническую пару фрикционную □и
муфту, передачу Ц- и червячную пару -И; быструю (холостой ход) — от ио	4м
21
клиноременнои передачи через коническую пару —, фрикционную муфту, зубчатую пару -||- и червячную пару Привод поворота шпиндельного блока можно проследить по следующей кинематической цепи: распределите 9Q
тельный вал, мальтийский крест, зубчатые передачи —	. С целью
облегчения наладки автомата предусмотрен наладочный привод — от электродвигателя (N = 1,7 кВт; п ~ 930 об/мин) через передачу -Ц- и зубчатую пару движение передается на распределительный вал.
Рис. X-15, Кинематическая схема автомата 1265
Отличительной особенностью распределительных валов многошпиндельных автоматов является наличие нескольких участков, связанных между собой зубчатыми передачами с передаточным отношением 1 : 1, с разнообразными методами крепления цилиндрических, дисковых и командных кулачков. В качестве примера на рис. Х-16 показан распределительный вал автомата AS-16 фирмы Gildemeister (ФРГ), состоящий из И участков. Все дисковые кулачки устанавливаются на оправку при помощи прорези, ширина которой меньше диаметра оправки. Чтобы обеспечить свободную установку кулачков на оправку, на ней предусмотрены лыски. Оправки укреплены на распределительном валу при помощи конических штифтов. Каждый кулачок свободно сидит на оправке и связан штифтом с одной половиной зубчатой муфты, другая половина муфты выполнена заодно с оправкой. Такая конструкция крепления кулачков на валу позволяет легко ориентировать их относительно друг друга при наладке автомата. После взаимной ориентации всех кулачков при помощи гаек они прижимаются к оправкам. Такой способ крепления кроме удобства дает возможность значительно сократить время при наладке автомата.
Такие операции как зажим и подача материалов, подвод упора, поворот и блокировка шпиндельного блока управляются при помощи кулачков, профиль которых не зависит от вида обрабатываемой детали, поэтому эти кулачки не нуждаются в замене. Все перемещения режущего инструмента, а также специальных приспособлений производятся независимо друг от друга при помощи кулачков, которые требуют замены при переналадке автомата на обработку другой детали. В системе управления имеются кулачки 1—7, предназначенные для подачи электрических сигналов управления. С их помощью выполняются переключения распределительного вала с рабочего хода на холостой, контроль отвода инструментального шпинделя, отключение подачи в конце цикла, контроль окончания прутка, отключение подачи при окончании прутка, контроль нарезания резьбы, контроль частоты •вращения при нарезании резьбы. Остальные кулачки предназначаются для холостых и рабочих операций автомата: кулачки 8, 9 —для подачи и sa-
lt) Г. А. Шаумян	289
NO co о
Рис. X-ib. Распределительный вал автомата AS-16
жима прутка, кулачок 11 — для выдвижения упора, кулачки 24 и 28— для блокировки и поворота шпиндельного барабана, кулачки 10, И, 23, 25, 26 и 27 — для подачи поперечных суппортов, кулачки 12, 16, 19 и 22 —для подачи осевых суппортов, кулачки 13, 14, 15, 18, 20 и 21 —для подачи инструментальных шпинделей.
Для переключения распределительного вала с быстрого вращения на медленное и обратно применяются механизмы обгона, включающие ’обгонную и фрикционную муфты. В последнее время для той же цели стали применяться многодисковые электромагнитные муфты, которые встраиваются в цепи быстрого и медленного вращения, с взаимной блокировкой.
На рис. Х-17 показана конструкция электромагнитной многодисковой муфты, которая предназначена для замыкания и размыкания кинематических цепей без перерыва вращения с управлением распределительного вала.
9
10
Рис. Х-17. Многодисковая электромагнитная муфта многошпиндельного токарного автомата
Корпус 1 муфты сидит на шлицах вала 2, движение с которого посредством муфты передается зубчатому колесу 3, Корпус 1, в кольцевой паз которого вложена катушка 4, несет на себе контактное кольцо 5, изолированное от корпуса втулкой 6. Один из выводов катушки, пропущенный через радиальное отверстие, припаян к контактному кольцу, другой — к корпусу. Электрический ток подводится через щетку из латунной сетки 7, закрепленной в щеткодержателе 8, который обеспечивает надежный контакт при наличии на конце масляной пленки. Пакет дисков состоит из набора наружных 9 и внутренних 10 дисков. Наружные диски находятся в зацеплении с кулаком 11. Внутренние диски сидят на шлицах, пружинные кольца 12 разводят диски и муфты при ее выключении.
Некоторыми особенностями обладают многошпиндельные вертикальные токарные полуавтоматы, имеющие несколько распределительных валов с самовыключением и один вспомогательный вал. К их числу относятся отечественные полуавтоматы 1283 и 1284, полуавтоматы фирмы Bullard и др. [33]. В отличие от шестишпиндельного полуавтомата 1283 восьмишпиндельный полуавтомат 1К282 для управления рабочими и холостыми ходами вместо распределительного вала имеет командоаппараты. В корпусе командо-аппарата размещены конечные выключатели, кулачковый вал и система передаточных рычагов.
На рис. Х-18 приведена кинематическая схема полуавтомата 1К282. Для настройки подач и скоростей шпинделя и для обеспечения автоматического управления движения суппортов служит коробка подач. На валу V имеется подвижное колесо г = 31, которое может зацепляться с центральными колесами z = 118, осуществляя настройку скоростей данной позиции. На валу V установлено консольно-спиральное коническое колесо z — 20, которое дает начало цепи быстрых перемещений суппорта. На верхней
- z=39 z=22
Z-3Q z-22
z-39
18
Ш*№»
z=20
2=31
ряд
z=57.
Z= 13
а 7 yi ь
I.T-/|
?5U, Низкий \
Х1У z=32
Z=35
Z=UQ
XV/
Z = 58 Z=38 z—^Q
tg = 12 мм
z = 39
^3M5_ a| xi _
2=70 z= 58
a1
/X Xy 
b1x~
z=^0_---x “f 
________ z =35
„ 74 -Z=62~
Z=18
ХШ
Высокий ряд
В
IЭМ4
Z=59	z=27
z=/
ХЙ
Z=66
Рис. X-18.
Кинематическая схема
вертикального восьмишпиндельного токарного полуавтомата
1К282
шлицевой части вала V устанавливается сменное колесо а скоростной цепи, зацепляющееся со сменным колесом b на валу VL На валу VI имеегся зубчатая муфта с нарезанным на ее периферии червяком z=l, движение от которого передается червячным колесом z = 32 на вал IX. Червяк дает начало цепи подач. Движение от зубчатой муфты передается на рабочий вал. На вал IX поступает как движение привода подач, так и движение привода быстрых перемещений. От конических колес быстрых перемещений z = 20 движение передается через гильзу обратным колесам z = 70 и z = 40, расположенным на переднем торце коробки подач. Внутри гильзы пропущен вал, передающий движение приводу подач от червячной пары г = 1 и z = 32 на сменные колеса аг и Ь± и затем сг и d19 расположенные на том же торце коробки. Колеса Ьг и ст подач вращаются на втулке с игольчатыми подшипниками вокруг оси. Колесо быстрых перемещений z = 40 посажено на ступицу со втулкой и удерживается от врезания относительно оси X фазным перегрузочным элементом.
На валу X смонтированы две электромагнитные муфты ЭМ3 и ЭМ4 для включения быстрого подвода и отвода суппорта. При включении какой-либо муфты обеспечивается вращение колес z = 58 и z = 57. На ось XII движение поступает от привода подач через сменное колесо d± и затем по передачам г = 35 и 2 = 62 или z = 58 и z = 39 поступает на ось XIII. Движение быстрых перемещений передается на центральное колесо z = 59 от вала VI через свободно вращающиеся на оси XII двухвенцовые колеса z = 39 и z = 38 либо непосредственно с оси X по передаче z = 57 —- z = = 39 — z = 38— z = 59, либо через паразитное колесо по цепи z = 58 — z = — 31 —z = 38 —z = 59, что обеспечивает изменение направления быстрого перемещения при переключении соответствующих электромагнитных муфт на оси X. Наличие двух передаточных отношений в цепи подач, избираемых включением электромагнитных муфт на оси XIII, позволяет осуществить изменение подач на ходу суппорта в отношении 1 : 2, что обеспечивает постоянство режимов резания при переменных припусках заготовки. На конце вала XIII закреплена винтовая передача z = 18, z = 13 для вращения командоаппарата, а на другом конце оси коническое колесо z = 27 передачи на ось XIV. Движение подачи и быстрых перемещений с оси XIII на ось XIV воспринимается большим коническим колесом-муфтой z = 38, которое смонтировано на бронзовой втулке, свободно вращающейся на гильзе. В верхней части гильзы смонтированы рабочая и вспомогательная гайки ходового винта. Натяг между гайками для устранения зазора в резьбе обеспечивается пружиной, создающей усилие, превышающее вес суппорта. Вращаясь, гайка перемещает поступательно вверх и вниз ходовой винт, который через крестовую муфту соединен с суппортом.
На рис. Х-18 показана кинематическая схема только одной рабочей позиции (привода главного движения и привода подачи суппорта). Восьмишпиндельный полуавтомат имеет восемь таких кинематических схем-секций, каждая из которых идентична рассмотренной и начинается от пары колес z = 118, смонтированных на центральном валу, совпадающем с геометрической осью станка.
Нетрудно видеть, что столь сложная кинематика и система управления обусловлены прежде всего дискретностью работы суппорта, рабочих шпинделей, поворотного стола и др. Существенное упрощение кинематики и конструкции механизмов управления возможно лишь при переходе к автоматам непрерывного действия, где доминирующими являются непрерывные перемещения исполнительных устройств по окружности, с минимальным количеством или даже при отсутствии дискретных элементов, требующих наличия соответствующих команд управления. В качестве примера на рис. Х-19 показана кинематическая схема вертикального автомата непрерывного действия КА-350 конструкции автора. Общий вид автомата был приведен выше на рис. IX-25. Привод главного движения автомата осуществляется от электродвигателя 7 (АО2-81-4; N = 40 кВт). Движение через муфту 6 передается на первичный вал коробки скоростей, откуда через колеса 3, 4 и 5 — на сменные колеса 8 скоростей.
Опоры всех валов коробки скоростей выполнены на двух конических роликоподшипниках 7512, регулировка которых осуществляется подшлифовкой шайб под торцом крышки верхних подшипников; Модули всех колес коробки скоростей равны 5 мм. Сменные колеса крепятся на валу при помощи винта и шайбы с прорезью, поэтому колеса можно менять с минимальной затратой времени. Ведомое колесо гитары сменных колес сидит на валу, который своим нижним шлицевым концом входит во втулку-колесо 11, имеющую опору на два радиальных шариковых подшипника 218, расположенную в специальном стакане. От втулки-колеса И движение передается на колесо 12, которое смонтировано соосно центральному валу на специальных подшипниках. Колесо 2 приводит во вращение с одинаковой скоростью одновременно все шпиндели 7, расположенные в шпиндельном барабане 15.
Рис. Х-19. Кинематическая схема вертикального двенадцатишпиндельного автомата непрерывного действия КА-350
Привод круговых подач осуществляется от цепи главного движения через колесо 9 и далее через систему колес на гитару сменных колес 10 цепи подач. Далее движение передается на червяк 14 и червячное колесо 13, которое закреплено на шпиндельном барабане 15. Таким образом, вращающиеся в шпиндельном барабане со скоростью резания шпиндели получают круговую подачу вместе со шпиндельным барабаном относительно неподвижно расположенного на станине инструмента. Инструмент выполнен в виде резцовых блоков, в которых резцы расположены в радиальном и осевом направлениях в соответствии с профилем обрабатываемой детали (см. рис. VI-17). Схема расположения резцов по окружности приведена на рис. Х-20.
Оба рассмотренных станка —1265 и КА-350 могут быть налажены на обработку одних и тех же деталей, т. е. с точки зрения технологического диапазона они идентичны. Однако сравнение кинематических схем показывает, что непрерывность действия в сочетании с прогрессивным методом обработки — попутным точением позволила резко уменьшить конструктивную сложность автомата при несоизмеримо более высокой его производительности. Автомат КА-350 по принципу агрегатирования относится к машинам параллельно-последовательного действия (см. гл. V). В частном случае, если на станке имеется лишь один комплект режущих инструментов для обработки деталей, имеем пример последовательного агрегатирования, когда деталь в каждом шпинделе последовательно обрабатывается всеми резцами.
Рис. Х-20. Схема расположения рабочих инструментов автомата КА-350
Для вывода формулы производительности многошпиндельного автомата непрерывного действия воспользуемся расчетной схемой, представленной на рис. Х-20. Шпиндельный барабан непрерывно вращается с частотой пб, соответствующей величине круговой подачи sKp. Технологическая зона одного потока обработки протяженностью L включает комплект режущих инструментов, размещенных в отдельных резцовых блоках, и зону загрузки и выгрузки деталей. Наряду с этим технологическая зона обработки может включать контрольно
измерительные и другие устройства, необходимые для получения готовой детали. Скорость вращения шпиндельного барабана удобно выразить минутной подачей:
$МИН ^КР^1П>	(Х-1)
где sKp —круговая подача в мм/об;
/гш —частота вращения шпинделя в об/мин.
В соответствии с принятыми обозначениями время длительности технологического цикла
Г =	(Х-2)
Если в технологической зоне обработки находится одновременно q' шпинделей, то интервал выпуска готовых деталей
Независимо от числа потоков обработки р интервал выпуска остается постоянным, в соответствии с чем время изготовления автоматом одной детали
где q —количество шпинделей в автомате.
Зная время изготовления детали, нетрудно рассчитать цикловую производительность автомата:
=	=	(Х-5)
или
где	р —число параллельных потоков обработки, равное коли-
честву установленных на автомате комплектов инструмента;
£>р = Dm + d —1 расчетный диаметр окружности, проходящей через вершины резцов, установленных в блоках (Рш —диаметр окружности расположения шпинделей; d —диаметр обрабатываемой детали).
Согласно формуле (Х-5) с увеличением числа шпинделей цикловая про-изводительность растет в линейной зависимости. С учетом внецикловых потерь 2 которые имеют место в работе каждой машины, характер зависимости фактической производительности автомата от числа шпинделей меняется.
Считая с небольшой погрешностью, что простои станка из-за отказов его механизмов и устройств определяются преимущественно выходом из строя шпиндельных узлов, число которых q (потери вида III), а внецикловые потери вида II пропорциональны количеству комплектов инструментов р, можем записать
S^n = ^e+pC(,	(Х-6)
где tn —-внецикловые потери видов II и III;
/е —внецикловые потери вида III, приходящиеся на один шпиндель отнесенные к единице продукции;
С\ — внецикловые потери вила II, приходящиеся на один комплект инструментов и отнесенные к единице продукции.
В соответствии с формулой (Х-6) производительность автомата с учетом внецикловых потерь видов II и III
О~_____............!____
г + T' + ^ + pCi
или, с учетом формулы (Х-4),
§ 3.	КОПИРОВАЛЬНЫЕ ПОЛУАВТОМАТЫ
Автоматизированное оборудование с копировальными системами управления (гидро-, электро-, фотокопировальные; см. гл. VII) компонуется, как правило, в виде полуавтоматов, так как сложные формы и большие размеры делают нецелесообразным конструирование механизмов автоматической загрузки—выгрузки деталей.
Как правило, копировальные полуавтоматы, как и автоматы с распределительным валом, имеют две основные кинематические цепи: цепь главного движения —от электродвигателя к рабочему шпинделю и цепь привода ведущей подачи, которая обеспечивает необходимое взаимное перемещение копировального (считывающего) устройства относительного копира. В качестве звеньев настройки используются как блоки колес (коробки скоростей и подач), так и сменные колеса. Систему правления, как сказано в гл. VII, включает следующие основные элементы: программоноситель-копир, считывающее устройство, щуп, который перемещается относительно копира, передаточно-преобразующее устройство и исполнительные механизмы, принцип действия которых определяется видом системы.
На рис. Х-21 показана гидрокинематическая схема токарного гидро-копировального полуавтомата 1722. Главное движение (вращение шпинделя) осуществляется от электродвигателя 1 через клиноременную передачу 2—3 и четырехступенчатую коробку скоростей 6—13 со сменными колесами а—Ь. Привод суппортов и пиноли задней бабки —гидравлический. На полуавтомате можно получить следующие движения: быстрый подвод резцов поперечных суппортов; быстрый продольный подвод резца копировального суппорта; быстрый подвод резца копировального суппорта в поперечном направлении; рабочую подачу поперечных суппортов; первую рабочую подачу копировального резца; вторую рабочую подачу копировального резца; быстрый отвод всех резцов; зажим, подвод и отвод пиноли задней бабки; останов в любом положении.
Рис. Х-21. Гидрокинематическая схема токарного гидрокопировального полуавтомата 1722
Продольную подачу копировального суппорта осуществляет гидроцилиндр 14, поперечное перемещение его салазок —гидроцилиндр 19. Щуп, находящийся в контакте с плунжером следящего золотника 17, упирается в копир 23, закрепленный в центрах. Копировальный суппорт жестко связан с корпусом следящего золотника 17 и с цилиндром 19 поперечной подачи. При перемещении щупа вверх или вниз по профилю копира плунжер следящего золотника 17 получит такое же перемещение. При смещении плунжера золотника вверх масло от насоса поступит в среднюю полость корпуса золотника 17, а затем по трубопроводу в нижнюю полость цилиндра 19. Цилиндр вместе с суппортом получит движение в том же направлении, что и плунжер. Вместе с суппортом будет перемещаться и корпус золотника 17, который в результате займет первоначальное положение относительно плунжера. Подача масла через золотник прекратится и суппорт остановится. То же самое произойдет при перемещении плунжера золотника вниз. Таким образом, перемещение щупа, а вместе с ним и плунжера вверх или вниз вызывает следящее перемещение цилиндра и связанного с ним суппорта с резцом на ту же величину. Резец, повторяя движение щупа, будет обрабатывать деталь по профилю копира. Масло поступает также в правую полость цилиндра 14, и шток поршня перемещает суппорт влево. Из левой полости цилиндра масло через автоматический регулятор скорости/5 и дроссель сливается в бак.
Автоматический регулятор скорости 15 обеспечивает постоянство результирующей подачи. Допустим, что профиль копира стал круче. Тогда плунжер следящего золотника 17 поднимется и увеличит подачу масла в нижнюю полость цилиндра 19. Расход масла из верхней полости цилиндра возрастет. В этом случае давление перед дросселем и в верхней полости регулятора, преодолевая усилие пружины, опустится и перекроет выход масла из левой полости цилиндра 14 к дросселю. При этом перед дросселем давление масла упадет, расход его из левой полости цилиндра 14 уменьшится и, снизив
скорость движения поршня, уменьшит также и продольную подачу суппорта. Результирующая подача суппорта при этом останется постоянной. Поперечную подачу подрезные суппорты 29 и 32 получают при продольном перемещении резьбовой тяги 31 от копиров 30 и 34 через пальцы 28 и 33, закрепленные на суппортах. Тяга 31 перемещается поршнем гидроцилиндра 27.
У пр авл ение автоматическим циклом движения суппорта станка, перемещением и зажимом пиноли задней бабки осуществляется при помощи трех гидропанелей: копировального суппорта, подрезных суппортов и задней бабки. Команда на начало или окончание тех или иных движений подается системой электромагнитов, конечных и путевых переключателей.
Такимобразом, типовыми устройствами управления в гидро-
Рис» Х-22. Электрокинематическая схема копировального станка Heid
копировальных полуавтоматах являются следящие золотники, дроссели, регуляторы скорости, исполнительными устройствами как объектами управления являются гидроцилиндры, которые перемещают суппорты и другие целевые механизмы.
В практике часто используются станки с электрическими копировальными устройствами, обеспечивающими копирование обрабатываемых деталей с требуемой точностью при значительных размерах детали.
В электрокопировальных полуавтоматах кинематика главного движения идентичная, элементы системы управления (копировальные головки, усилители, исполнительные устройства) строятся на электрической основе. В качестве примера на рис. Х-22 приведена электрокинематическая схема токарно-копировального полуавтомата Heid. Основным элементом системы управления является копировальная головка 4, которая для управления движением копирования имеет три пары электрических контактов /К, 2К и 37(. Приводом системы являются электромагнитные муфты 10 и 12 специальной конструкции. Муфты имеют постоянное вращение в противоположном направлении, которое осуществляется от ходового вала 15 через пару конических колес 16 и зубчатый вал 8. Муфта 10 перемещает суппорт 18 в поперечном направлении, а муфта 12 —в продольном направлении. Электромагнитные тормоза 9 и 11 предотвращают перебег салазок и тем самым обеспечивают требуемую точность при копировании. Питание электрической части системы идет через выпрямитель 3. Вращающиеся муфты 10 и 12 благодаря большой массе имеют большой момент инерции, что улучшает динамические характеристики привода.
Процесс копирования заключается в следующем. Профиль, который должен быть перенесен на деталь, считывается щупом 2 с копира 1. Копир может иметь круглую или плоскую форму. Щуп 2, перемещаясь вдоль копира 1, через рычаг 19 замыкает и размыкает контакты /К, 2К, ЗК. В начальный момент, когда щуп не касается копира, пружина 20 поворачивает рычаг 19 вокруг своей оси и замыкает контакты /К, которые подают сигнал на муфту 10. За счет возникновения магнитного потока начинает вращаться
диск якоря 7, который через колеса 17 и ходовой винт 6 поперечной подачи перемещает суппорт 18 в поперечном направлении. Происходит подвод резца 5 к детали, а щупа 2 —к копиру 1. В тот момент, когда щуп касается копира, контакты 1К размыкаются, а контакты 2 К замыкаются; подается сигнал на муфту 12. Диск 13 приводится во вращение, и движение передается на реечную передачу 14, т. е. включается продольная подача —движение щупа вдоль копира и инструмента вдоль оси детали; происходит обработка. Если щуп находит на выступ копира, контакты ЗК замыкаются, и происходит изменение направления поперечной подачи. Направление обхода копира может быть выполнено
С ПОМОЩЬЮ специального рычага, установ- Рис. Х-23. Схема управления электро-ленного на фартуке станка (обработка может К0^0Б”го ^ного полуавто' вестись по направлению к передней бабке
или к задней бабке). В большинстве же гидравлических копировальных систем может быть использована продольная подача только в одну сто-
рону.
Электрокопировальными системами управления оснащаются и многие фрезерные станки. На рис. Х-23 представлена структурная схема следящей системы управления копировально-фрезерного станка ЛР-63, состоящая из двух каналов: следящего и задающего, причем в режиме строчного автоматического фрезерования следящей является продольная подача, а задающей в зависимости от вида строчек —вертикальная или горизонтальная. При контурном фрезеровании продольная подача выключается, и роль следящей подачи выполняет горизонтальная или вертикальная подача в зависимости от угла копирования.
Измерение рассогласования фактической траектории фрезерной головки относительно обрабатываемой заготовки 12 и траектории, заданной копиром 2, производится копировальным прибором 4, корпус которого механически связан с фрезерной головкой, а щуп 3 касается копира. Датчик копировального прибора формирует сигнал, пропорциональный величине рассогласования. Этот сигнал через усилительно-преобразующее устройство воздействует на двигатель подачи 10 таким образом, чтобы скорость стола 1 станка была пропорциональна величине сигнала, а направление его перемещения определяется знаком рассогласования и соответствует уменьшению рассогласования. Подача, осуществляемая этим двигателем, называется следящей. Вторая подача, осуществляемая двигателем 17 через ходовой винт 18, определяет направление копирования и не зависит от полярности сигнала рассогласования. Эта подача называется задающей. В процессе копирования продольная задающая подача перемещает стол 1 в заданном направлении, вследствие чего формируется сигнал, определяющий скорость и направление следящей подачи.
Первичные обмотки индуктивного датчика копировального прибора 4 питаются напряжением промышленной частоты. Выходом индуктивного датчика является первичная обмотка трансформатора. Вторичные обмотки этого трансформатора подключены к сеткам фазочувствительного усилителя 5. Управляющее напряжение на входе усилителя 5 пропорционально величине рассогласования положения щупа 3 и фрезерной головки 11. Сигналы с усилителя 5 поступают на электронные усилители: следящего 9 и задающего 14 каналов. Электронные усилители передают сигналы на электромашинные усилители 8 и 13, которые соответственно охвачены обратными связями 7
и 16, корректирующими сигналы. Суммирующие устройства 6 и 15 формируют сигналы для осуществления подачи.
Рассмотренная электромеханическая система управления позволяет фрезерному станку обрабатывать по копиру заготовки сложной конфигурации со скоростью до 375 мм/мин. Величина скорости копирования, зависящая от быстродействия следящей системы, ограничивается недостаточно эффективной обратной связью и малым коэффициентом электронного усилителя.
§ 4.	СТАНКИ С ПРОГРАММНЫМ
УПРАВЛЕНИЕМ
Появление и развитие станков с программным управлением явилось качественно новым этапом в развитии станкостроения и автоматостроения. Оно не только привело к созданию новых механизмов и систем управления, но и к пересмотру конструктивных решений тех кинематических элементов, функции которых формально полностью сохранялись (редукторы привода, пара винт—гайка, приводные двигатели и т. д.). Главной задачей при составлении кинематики станка с программным управлением является обеспечение высокой точности отработки требуемых рабочих перемещений, задаваемых программой. В современных станках с программным управлением, оснащенных позиционными системами, точность исполнения команд на перемещение доходит до 1 мкм, а у станков с контурными системами управления до 2,5 мкм. Такая точность перемещения доступна лишь для станков, имеющих высокую конструкционную жесткость, превышающую жесткость обычного станка того же назначения в несколько раз.
Другим важным условием повышения точности отработки команд программы на перемещение является исключение всякого рода нелинейностей в динамической характеристике привода. К ним относится «залипание» в направляющих при малых скоростях перемещения, зазоры в передачах кинематической цепи и т. д. В силу этих условий кинематическая схема станка должна строиться короткой и состоящей из механизмов с минимальной массой, максимальным быстродействием и без зазоров в механических передачах. Сокращение длины кинематической цепи способствует значительному повышению как статической, так и динамической жесткости привода. Это достигается созданием автономных приводов для всех рабочих движений в станке и заменой механических передач электрическими, электронными и гидравлическими, обеспечивающими малые величины постоянных времени. Комбинированная кинематическая цепь позволяет составить привод станка из малоинерционных элементов, обеспечить высокую жесткость и большое быстродействие.
На рис. Х-24, а представлена принципиальная электрогидрокинемати-ческая схема шагово-импульсной системы программного управления по одной координате без обратной связи. Она включает устройство ввода программы /, считывающее устройство 2, усилитель 5, электронный коммутатор 4, шаговый электрогидравлический усилитель 5 и ходовой винт 6. Эта цепь управляет движением стола 7 с заготовкой 5, которая фрезеруется фрезой 9. Как видно из схемы, все механизмы должны точно передавать команды, чтобы за один импульс стол переместился строго на один шаг. Трудность выполнения этих условий на станке вызвала необходимость в обратной связи, которая позволяет управлять точностью перемещения стола.
На рис. Х-24, б представлена принципиальная электрокинематическая схема станка с отрицательной обратной связью. Здесь сигнал от источника 1 проходит через отверстие перфоленты 2, усиливается в усилителе 3 и преобразуется в передаточно-преобразующем устройстве 4. Далее сигнал поступает на электродвигатель 5, который через безлюфтовый редуктор 6 вращает ходовой винт 7 и перемещает стол S. Перемещения стола с заготовкой 9 300
-9
Рис. Х-24. Принципиальные электрокинематические схемы привода станков с программным управлением:
а — с шаговой импульсной системой без обратной связи; б — с обратной связью; в — с адаптивным управлением
в процессе фрезерования фрезой 10 регистрируются датчиком обратной связи 11, который замеряет величину перемещения и дает команду устройству 4 на прекращение подачи сигнала. Кинематическая схема станка, построенная по такому принципу, будет значительно сложнее предыдущей (см. рис. Х-24, а), но она обеспечивает более высокую точность перемещений, а следовательно, точно обработанную деталь на станке.
Развитием системы программного управления с обратной связью являются системы адаптивного управления, позволяющие улавливать помехи, возникающие как в системе СПИД, так и в системе управления. На рис. Х-24, в представлена принципиальная электрокинематическая схема системы программного управления с адаптивным устройством. Как и в предыдущем случае, сигнал с устройства /, пройдя перфоленту 2, усиливается усилителем 3, преобразуется в передаточно-преобразующем устройстве 4, поступает на электродвигатель 6, который через безлюфтовый редуктор 7 вращает ходовой винт 9 и приводит в движение стол 12 с заготовкой 13. Отрицательная обратная связь осуществляется через редуктор И, датчик 10 и преобразующее устройство 3, обеспечивая высокую точность перемещения стола
Рис. Х-25. Кинематическая схема токарного станка 1К62ФЗ с программным управлением
станка. Кроме этого, имеется адаптивный блок 5, который через измерительное устройство 14, связанное с передаточно-преобразующим устройством 4, контролирует заданные параметры системы СПИД и управляет скоростью перемещения стола, обеспечивая соответственно оптимальное управление.
Рассмотрим кинематические схемы некоторых станков с программным управлением, построенных по указанному принципу. На рис. Х-25 представлена кинематическая схема токарного станка 1К62ФЗ. Привод главного движения осуществляет вращение шпинделя И от электродвигателя 1 мощностью 7,5 кВт. Вращение происходит через клиноременную передачу 2, колеса 3, 4, 5, 6, 7 и их комбинации, а также с помощью передвижных блоков вала 8 и блока 10, в результате чего на шпинделе 11 может быть получено 23 различных значения частоты вращения. Торможение шпинделя осуществляется муфтой 9, установленной на ведущем валу коробки скоростей. Продольная подача осуществляется от шагового электродвигателя 19 модели ШД-4 с частотой до 800 Гц и далее через гидроусилитель МГ-18-14м и шариковую винтовую пару 17. Этот привод обеспечивает суппорту 12 перемещение 0,05 мм на каждый импульс, прошедший через гидроусилитель 18. Поперечная подача осуществляется от шагового электродвигателя 13 модели ШД-4, гидроусилителя 14 типа МГ18-12 через шариковую винтовую пару 16. Зубчатые колеса 15 безлюфтового редуктора выполнены составными (из двух половин). Они выбирают зазор, возникающий в кинематической цепи поперечной подачи. Безлюфтовый редуктор дает возможность обеспечить этой цепи цену импульса 0,005 мм, т. е. величина перемещения суппорта 12 в поперечном направлении равна 0,005 мм на один импульс, прошедший через гидроусилитель 18.
Передача командных импульсов в цепи подач производится от магнитной ленты шириной 35 мм через пульт управления ПРС-ЗК. Для управления одним шаговым электродвигателем используются три дорожки магнитной ленты. Каждый импульс на магнитной ленте записан в виде кратковременного сигнала переменного тока, так называемого «пакета» синусоидальных колебаний. Считанные магнитной головкой сигналы поступают в трехканальный усилитель одной из координат, где они усиливаются и преобразуются в импульсы прямоугольной формы. С выхода усилителя импульсы прямо-302
угольной формы напряжением 25 В подаются на соответствующие секции обмотки шагового электродвигателя.
Применение станка 1К62ФЗ в мелкосерийном производстве дает большой экономический эффект. Значительно сокращается время переналадки при переходе от обработки одних деталей к обработке других деталей, при этом обычно необходимо сменить лишь магнитную ленту.
Системой программного управления с обратной связью оснащены фрезерные станки 644 ШР, которые обеспечивают высокую точность обработки. Типовыми элементами систем программного управления кроме программоносителей являются считывающие устройства, механизмы ввода программы, передаточно-преобразующие устройства, исполнительные устройства, приводные элементы, связывающие исполнительные устройства с целевыми механизмами станка, датчики обратной связи и т. д. Все они, за исключением передаточно-преобразующих устройств (электронные блоки), являются конструктивными элементами, представляющими значительный интерес и для других типов автоматов.
Важнейшей особенностью кинематики станков с программным управлением является наличие безлюфтовых кинематических передач: зубчатых редукторов, шариковых винтовых пар, а также направляющих качения. На практике создание безлюфтовых механизмов осуществляется либо путем устранения только первоначально имеющихся зазоров (выборка зазоров, появляющихся в механизме при износе, производится периодически), либо путем постоянной выборки зазоров, которые появляются не только первоначально, но и возникают по разным причинам в процессе работы. На рис. Х-26, а показана принципиальная кинематическая схема безлюфтового редуктора с замкнутым кинематическим контуром, который образуется двумя
Рис. Х-27. Схема привода подач с электромагнитной муфтой
кинематическими ветвями с одинаковым передаточным отношением путем взаимного их разворота в противоположные стороны нагружающим устройством. При выборке люфтов в кинематических ветвях муфты 1 и 2 поворачиваются в противоположные стороны и соединяются болтами. Усилие в редукторе передается поочередно в зависимости от направления то одной, то другой кинематической ветвью. Выборка люфтов в безлюфтовом редукторе может производиться также косозубыми передачами 1 и 2, смещающимися под действием пружины 3 в своем направлении (рис. Х-26, б).
Шариковые винтовые пары отличаются большой плавностью движения
и высоким коэффициентом полезного действия, что достигается большой точностью изготовления. Это особенно важно, так как шариковая винтовая пара является последним звеном передач движения к исполнительному органу станка. Современные конструкции шариковых винтовых пар изготовляются с ошибкой, не превышающей 1—2 мкм на 1 м длины. Люфты устраняются взаимным осевым смещением двух полугаек с помощью пружины, жестким замыканием через мерную промежуточную шайбу или взаимным разворотом двух полугаек. На рис. Х-26, в показана конструкция шариковой винтовой пары. Шарики 3 расположены между ходовым винтом / и гайкой 2, которая делается из двух частей. Люфт устраняется взаимным осевым смещением двух полугаек с помощью пружины 5. Для возврата шариков 3 из конца резьбы в начало в корпусе гайки сделаны специальные каналы 4.
Существуют конструкции шариковых винтовых пар, в которых люфты устраняются жестким замыканием через мерную промежуточную шайбу или взаимным разворотом двух полугаек. На рис. Х-26, г показана конструкция шарикоподшипниковых пар с отсутствием возврата шариков в начало резьбы гайки, так как шарики 7 в гайке перемещаются не по винтовым канавкам, а по желобам шарикоподшипниковых колец 2. Гайка состоит из корпуса 1 и наружных колец обычных радиальных или радиально-упорных подшипников. Таким образом, новая винтовая пара представляет собой как бы шарикоподшипник, в котором вместо внутреннего кольца применен ходовой винт 5. Это позволяет значительно упростить конструкцию винтовой пары, сделать менее трудоемким ее изготовление, уменьшить размеры гайки. Число шариков в каждом кольце равно числу заходов ходового винта и должно быть не менее двух. Количество колец гайки также зависит от нагрузки на винтовую пару и от равномерности расположения шариков по диаметру винта. Для того чтобы шарики всегда находились в определенных положениях, они помещены в общем сепараторе 6. Люфты устраняются созданием натяга при помощи гайки 4 и пружины 3.
На рис. Х-27 показан пример использования электромагнитной муфты в приводе подачи по одной координате рабочего стола фрезерного станка с цифровым программным управлением. Движение от приводного вала 1 подается на ходовой винт 4 через электромагнитные муфты 5 (прямой ход) и 2 (обратный ход). Для точной остановки ходового винта при отключении муфт 5 и 2 на нем установлена тормозная муфта 3.
Все исполнительные устройства работают от соответствующих реле, на которые поступают сигналы от схемы управления. Для выполнения команд на перемещение в кинематических схемах станков с программным управлением применяются исполнительные устройства в виде различного рода двигателей, работающие по заданной программе. В зависимости от метода управ-304
ления исполнительные двигатели, осуществляющие перемещение рабочих органов станка, разделяются на двигатели, управляемые отдельными командами, и на двигатели, работающие в следящем режиме. Первые применяются в позиционных, вторые — в непрерывных системах управления.
Кроме обычных асинхронных двигателей широкое применение нашли двигатели постоянного тока с бесступенчатым регулированием частоты вращения, что особенно важно для осуществления различных скоростей подач при подходе регулируемого органа к заданной точке. В качестве двигателей, работающих в следящем режиме, находят применение двигатели самого различного типа, в том числе и гидравлические.
Электродвигатели постоянного тока, как правило, работают с электро-машинным усилителем (ЭМУ), который представляет собой электромеханический генератор постоянного тока, приводимый в движение асинхронным электродвигателем. В настоящее время созданы полупроводниковые схемы управления, которые успешно заменяют громоздкие ЭМУ. С этой точки зрения наиболее перспективным является применение трехэлектродных полупроводниковых приборов (тиристоров) работающих, как и обычные тиратроны: при подаче напряжения (сигнала) на управляющий электрод прибор начинает пропускать через себя ток, прекратить который может только снятие напряжения «зажигания». Выбирая различное время «зажигания» тиристора К, включенного в цепь переменного напряжения, можно контролировать среднюю величину тока, идущего через тиристор, что используется для управления приводным электродвигателем.
В последнее время ведутся работы по созданию новых видов малоинерционных электродвигателей постоянного тока с беспазовым и печатным ротором. Главной особенностью электродвигателя с беспазовым ротором является конструкция ротора, в котором отсутствуют пазы, а обмотка, пропитанная эпоксидной смолой с ферромагнитным накопителем, укладывается в несколько слоев на его наружную поверхность. Между ротором и статором допускается большой воздушный зазор, что снижает электромеханическую постоянную времени, а отсутствие насыщения зубцов ротора позволяет увеличить магнитный поток, что приводит соответственно к увеличению магнитодвижущей силы. Электродвигатели с печатным дисковым ротором (рис. Х-28) имеют целый ряд преимуществ перед электродвигателями обычной конструкции: низкое внутреннее сопротивление, малый момент инерции диска ротора, малая собственная индукция печатной обмотки якоря, отсутствует пульсация магнитного потока, что позволяет электродвигателю развивать постоянные по величине вращающие моменты и скорость в пределах одного оборота.
Шаговые электродвигатели (рис. Х-29) используются в системах программного управления разомкнутого типа без обратной связи. Они являются многополюсными электродвигателями с импульсным питанием. Ротор при возбуждении статора стремится занять такое положение, при котором сопротивление магнитному потоку будет наименьшим. Если на роторе имеется обмотка возбуждения или ротор выполнен из постоянного магнита, то в шаговом электродвигателе используется активный синхронизирующий момент.
Схема работы шагового электродвигателя показана на рис. Х-29, б. Электромагниты, расположенные вокруг ротора, сдвинуты относительно друг
Рис. Х-28. Двигатель с печатным ротором:
1 — щетки; 2 — кольца магнитопровода; 3 — ротор;
4 — полюсные наконечники; 5 — постоянные магниты; а — лобовая часть обмотки; б — активная часть обмотки
друга на целое число шагов S плюс 3/3 шага. Расстояние между полюсами электромагнитов равно расстоянию между зубцами ротора. Поочередная подача напряжения на обмотки электромагнитов (1—2—3) вызывает прерывистое (шаговое) вращение ротора (каждый раз на 3/3 шага S зубцов). Для получения большей мощности ротор шаговых электродвигателей делается с большим числом зубцов, участвующих в работе. Ротор имеет три секции зубцов по 8 шт. в каждой. Каждая секция сдвинута относительно другой на 3/3 шага зубцов. Статор имеет соответственно три секции полюсов по 8 электромагнитов в каждой секции, которые расположены по одной образующей. Поочередное включение обмоток электромагнитов вызывает вращение ротора с поворотом на одну треть шага зубцов от каждого поданного импульса.
Существуют два варианта привода на основе шагового электродвигателя: привод с силовым шаговым электродвигателем и привод с шаговым серводвигателем. В первом варианте вал шагового двигателя непосредственно соединяется с кинематической цепью станка и характеристика привода в основном определяется шаговым двигателем. Во втором варианте шаговый двигатель выполняет управляющие функции, а само перемещение механизма исполнительного органа передается через следящую систему. Динамические характеристики привода в этом случае определяются, в основном, параметрами следящей системы, быстродействие которой ниже, чем у шагового двигателя.
Гидравлические двигатели имеют по сравнению с электрическими высокое быстродействие, большие значения рабочих сил при меньших размерах, значительную жесткость характеристик, плавность хода, обеспечивающую большой диапазон скоростей. Кроме того, они не боятся перегрузок. В станках с программным управлением в качестве гидравлических двигателей находят применение как гидроцилиндры, так и гидравлические двигатели вращения. Первые нашли применение в станках с небольшой длиной рабочего перемещения (1—1,5 м), где они непосредственно соединяются с исполнительным органом, исключая редукторы, винтовые пары, которые являются источниками люфтов и износа.
Управление гидравлическими двигателями и гидроцилиндрами осуществляется посредством следящих золотников — с поступательным и вращательным перемещением. Следящий золотник имеет связь с электромеханическим преобразователем, который получает команды от системы программного управления. В качестве электромеханического преобразователя с не-
Рис. Х-30. Конструкция гидроусилителя МГ-18 с вращающимся золотником:
1 — резьбовая втулка для отвода воздуха из системы; 2 — вал; 3 — радиально-упорный шарикоподшипник; 4 — толкатели; 5 — ведущая часть ротора; 6 — плунжеры; 7 — ротор; 8 — опорно-распределительный диск; 9 — шарнир; 10 — кольцевые канавки; 11 — корпус золотника; 12 — втулка обратной связи; 13 — сердечник; 14 — корпус
прерывным вращением используют шаговые электродвигатели. Электромеханические преобразователи для золотников с возвратно-поступательным перемещением выполняют в виде различных магнитоэлектрических устройств. Совместная работа гидравлического двигателя с золотником образует следящую систему с жесткой отрицательной обратной связью по углу поворота двигателя. При наличии шагового двигателя, вращающего золотник, такая система может рассматриваться как усилитель мощности.
На рис. Х-30 показана конструкция гидроусилителя типа МГ-18 (ЭНИМС). Гидроусилитель состоит из гидравлического двигателя и золотника. При повороте сердечника золотника масло, нагнетаемое насосом, поступает в одну из полостей двигателя, где оно воздействует на цилиндрические плунжеры, а затем через толкатели воздействие передается шарикоподшипнику, наклоненному относительно ротора. При этом одна полость сообщается с напорным каналом, а другая — со сливом. Тангенциальные составляющие силы вращают барабан ротора, и вал двигателя поворачивается в ту же
сторону, что и золотник.
Типовыми устройствами, специфичными для систем программного управления, являются вводные устройства, включающие в себя программоноситель, считывающее устройство и механизм ввода программы. Их конструкция и принцип действия определяется обычно видом программоноси
телей (перфолента, магнитная лента и др.). В качестве примера на рис. Х-31 приведена оригинальная конструкция вводного устройства с использованием барабана с шариками.
Основной частью устройства является программоноситель /, который представляет собой пустотелый барабан с нарезанными на наружной поверхности 32 кольцевыми канавками, каждая из которых разделена перегородками на 63 части. Барабан с механизмом привода размещен в кожухе 2; вдоль которого уложена планка 3 со щелью. Таким образом, в каждое гнездо программоносителя через щель можно заложить один
шарик 4. Программоноситель поворачивается шаговыми перемещениями на угол деления кольцевой канавки. Поворот осуществляется через зубчатую передачу 5. Качающийся рычаг 6, на котором закреплена собачка 7, приводится в движение электромагнитом 11. Ход магнита 11 преобразуется в качание рычага 6 и через храповой механизм — в шаговый поворот про
граммоносителя. Команды на шаговый поворот дает микропереключатель 10, который посылает в схему управления сигнал о начале поворота и его окончании. На задней стенке кожуха устройства установлены 32 микропереключателя 9. Если в каком-либо гнезде программоносителя находится шарик, то при повороте программоносителя он надавит на толкатель 8 и через него — на микропереключатель 9. Против каждой из канавок программоносителя установлен свой микропереключатель.
По составленной программной карте производится собственно закладка шариков. Шарики диаметром 4 мм подаются в специальную головку сжатым воздухом. При нажатии на верхнюю часть головки из нее выпадает только один шарик, который попадает в соответствующее гнездо программоносителя. Заполнение программоносителя происходит строчка за строчкой. «Считывание» программы производится микропереключателями, которые передают сигналы на механизмы привода исполнительных органов станка. После выполнения всех команд, «записанных» в данной строчке, электрической схемой дается сигнал на совершение шагового поворота программоносителя. Наиболее широко используется устройство ввода программы с перфоленты, представленное на рис. Х-32. Световой луч формируется источником /, проходит через отверстие перфоленты 2 и улавливается фотодиодом 3. Тем самым обеспечивается считывание программы.
Для контроля за перемещением или положением рабочих органов применяются датчики обратной связи, которые позволяют получить сигнал рассогласования между фактическим и заданным значением регулируемого параметра. От них зависят точность отработки станком заданных перемещений и величина дискретности системы, т. е. минимальная величина перемещения, которая может быть задана системе управления. Датчики обратной связи подразделяются на датчики, которые выдают информацию на всем пути перемещения исполнительного органа, и датчики, выдающие информацию при достижении исполнительным органом установленного положения. По методу преобразования пути в сигналы датчики обратной связи можно разделить на датчики положения и датчики перемещения. Датчики положения выдают информацию в схему управления о положении исполнительного органа станка относительно какой-то фиксированной точки независимо от того, стоит или движется объект измерения, а датчики перемещения выдают информацию только о величине и направлении перемещения, и поступает она в схему управления только во время перемещения объекта.
Круговые датчики можно использовать для измерения как круговых, так и линейных перемещений, для этого поступательное движение с помощью механических передач (зубчатых и винтовых) преобразуют в круговое. Сигнал, который поступает от датчика обратной связи в схему управления, может быть дискретным в виде импульсов или аналоговым в виде какой-то изменяющейся физической величины (фазы, напряжения), в зависимости от 308
Рис. Х-33. Схема щелевого импульсного фотоэлектрического датчика перемещения с приводом:
1 — винт-рейка; 2 — моментный электродвигатель для выборки люфта; 3 — источник света; 4 — конденсор; 5 — фотоприемники; 6 — металлический диск со щелями
Рис. Х-34. Фотоэлектрический линейный датчик:
1 — источник света; 2 — конденсатор; 3 — стеклянная линейка; 4 — фотоприемники; 5 — линза; 6 — индексная линейка
этого датчики обратной связи делятся на дискретные и аналоговые. Линейные датчики обеспечивают более высокую точность измерения перемещений, но конструктивно они сложнее.
В качестве примера на рис. Х-33 показана схема щелевого импульсного фотоэлектрического датчика перемещения, который состоит из металлического диска с радиальными прорезями, диафрагмы (шторки), четырехкремниевых фотоэлементов и осветителя. Диск датчика приводится в движение через механический редуктор с i > 1. Люфт в редукторе выбирается каким-нибудь упругим элементом или моментным двигателем. Фотоэлементы сгруппированы попарно, и одна пара фотоэлементов относительно другой расположена со сдвигом в половину шага прорезей диска. Этот сдвиг позволяет повысить разрешающую способность 1 датчика (при сохранении прежнего расстояния между прорезями основной шкалы) и определить направление перемещения. Осветитель, который состоит из лампы накаливания и объектива, создает параллельный пучок света. При повороте входного вала с диском происходит модулирование светового потока, падающего на чувствительные фотоэлементы, что вызывает появление фототоков. С четырех фотоприемников снимаются четыре сигнала, попарно смещенные по фазе на 180°. Эти сигналы поступают на вход формирователя и формируются. Разрешающая способность (цена импульса) такого датчика составляет 0,02 мм.
Линейные импульсные датчики используют в качестве измерительной шкалы растровые стеклянные или металлические линейки, работающие в проходящем или отраженном потоке света. Типовой датчик (рис. Х-34) состоит из растровой линейки, неподвижно закрепленной на станине, и шторки (или индексной линейки), закрепленной на рабочем столе. Пучок света от источника падает на линейку и через шторку с нанесенными на ней штрихами попадает на фотоприемник. Шторка закреплена так, что ее штрихи наклонены на небольшой угол относительно штрихов неподвижной растровой линейки. При относительном перемещении линеек в результате взаимодействия штрихов образуются поперечные интерференционные полосы в виде муаровой сетки, которая используется для съема фотоэлектрического сигнала. Направление перемещений поперечных полос зависит от направления относительного движения растровой линейки и шторки. Перемещение шторки
1 Разрешающая способность определяется минимальной величиной пути, информации о которой может быть выдана в схему управления.
Рис. Х-35. Винтовые индуктивные датчики обратной связи:
а — винтовой дифференциальный трансформатор; б — датчик, разработанный Одесским заводом фрезерных станков им. Кирова
на величину одного штриха вызывает чередование света и тени в какой-либо определенной точке, что фиксируется фотоприемником. Для определения направления движения устанавливают не менее двух фотоприемников, сдвинутых по шагу на х/4 расстояния между штрихами растровой линейки. Главным достоинством таких датчиков является непосредственное измерение движущихся узлов станка, невысокая чувствительность к колебаниям зазоров между подвижным и неподвижным элементами датчика (шторки и линейки) и отсутствие трения и износа этих элементов. Датчики положения бывают кодового и фазового типа. Основным элементом кодового датчика является кодовый стеклянный (может быть металлический) диск или кодовая линейка. Сигнал с датчика снимается как контактным, так и фотоэлектрическим способом. Рисунок линейки или стеклянного диска датчика образован из ряда чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, а для металлического диска — из токопроводящих и изолированных участков. При перемещении исполнительного органа диск датчика поворачивается на определенный угол, и фотоэлементы выдают сигнал, соответствующий углу поворота вала. Кодовые датчики применяются в позиционных системах программного управления с абсолютным отсчетом координат.
Фазовые датчики относятся к циклическим датчикам положения аналогового типа. Принцип работы фазового датчика состоит в том, что выходная величина этого датчика сдвинута по фазе относительно опорного, периодически повторяющегося во времени сигнала. Опорный сигнал, подаваемый на датчик, имеет независимую частоту, отличающуюся от частоты сигнала, снимаемого с датчика; частота последнего строго пропорциональна скорости перемещения измеряемого объекта. При неподвижном объекте оба сигнала имеют одну и ту же частоту, но по фазе они сдвинуты на величину, пропорциональную расстоянию контролируемого исполнительного органа от нулевых точек, расположенных на измерительной шкале. В нулевых точках оба сигнала совпадают по фазе, что используется для определения положения исполнительного органа. Основное достоинство этих датчиков состоит в отсутствии накопленной ошибки при возможной кратковременной потере управляющей информации, дискретности выходного сигнала и способности их работать как в непрерывных, так и позиционных системах программного управления. В качестве датчиков положения большое применение находят индуктивные датчики обратной связи, использующие принцип максимальной магнитной проводимости.
На рис. Х-35, а показана схема винтового дифференциального трансформатора, который состоит из неподвижного длинного изолированного цилиндрического стержня 1 и подвижной втулки 2, скользящей по винту с неболь-310
шим воздушным зазором. На стержне нарезана двухзаходная резьба, во впадины которой запрессованы на смоле проводники, образующие первичную обмотку. На одном конце эти проводники подсоединены к контактным кольцам, а на другом соединены, образуя длинную бифилярную катушку. На внутренней поверхности втулки также нарезана двухзаходная резьба, в которой расположена такая же бифилярная вторичная обмотка. На первичную обмотку через контактные кольца подается переменный ток, который образует вокруг каждого проводника электромагнитное поле. Если витки вторичной обмотки (втулки) находятся против винтов первичной обмотки, то во вторичной обмотке индуктируется максимальное напряжение. При смещении втулки в ту или другую сторону на половину шага обмотки (р) ее витки занимают среднее положение по отношению к виткам первичной обмотки. В этом случае напряжение на выходе равно 0. При дальнейшем смещении втулки еще на половину шага получаем опять полное совпадение обмотки втулки, но уже с обратной обмоткой стержня. На выходе вторичной обмотки имеем напряжение, сдвинутое по фазе на 180°. Таким образом, напряжение на выходе вторичной обмотки при перемещении втулки изменяется примерно по синусоиде с длиной волны, равной шагу намотки. В местах баланса, когда выходное напряжение на вторичной обмотке равно нулю, датчик работает как дифференциальный трансформатор.
Одесским заводом фрезерных станков им. Кирова разработан индуктивный датчик обратной связи, схема которого показана на рис. Х-35, б. Датчик состоит из двух стальных сердечников — полугаек 4 с надетыми на них катушками и якоря в виде точно изготовленного ходового винта 3, который замыкает при своем осевом перемещении магнитный поток по граням винтовой нарезки через переменный воздушный зазор. Шаг и форма винтовой нарезки полугаек и ходового винта одинаковые. Полугайки в датчике установлены так, что их выступы сдвинуты относительно друг друга на половину шага. В результате при перемещении (или вращении) винта-якоря воздушный зазор увеличивается в одной полугайке и уменьшается в другой, вследствие чего изменяется магнитный поток, а с ним индуктивное сопротивление в катушках и ток, величина которого характеризует величину перемещения.
§ 5.	МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СТАНКИ
С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
В последние годы бурный рост промышленности вызвал появление станков с программным управлением и с автоматической сменой инструментов, т. е. многоцелевых. Эти станки, получившие также название «обрабатывающие центры», начинают широко использоваться во всех отраслях машиностроения.
Основной причиной появления станков с автоматической сменой инструмента можно считать повышение требований к быстросменности, мобильности, переналаживаемости технологического оборудования, необходимости автоматизации мелкосерийного производства. Несмотря на значительное усложнение и удорожание станков с автоматической сменой инструмента, использование подобных станков в машиностроении оказывается целесообразным благодаря значительному повышению производительности, главным образом в результате резкого сокращения вспомогательного времени, улучшения организации труда, повышения точности обработки детали путем сокращения числа перебазировок и высокой степени автоматизации, позволяющей осуществлять быструю переналадку оборудования на изготовление другой детали.
Несмотря на многовариантность конструктивных решений и компоновок (см. гл. XV), можно выделить ряд наиболее характерных особенностей в их конструкции. Это главным образом одношпиндельные рабочие машины или машины с револьверными шпиндельными головками, работающими пооче-
редно. Изготовляются многоцелевые станки с программным управлением и с двумя шпинделями, один из которых предназначен для выполнения тяжелых операций, например черновое фрезерование, а другой — для выполнения легких операций (сверление, чистовое растачивание и пр.). Инструмент меняется автоматически путем индексирования револьверной головки или с помощью автооператора посредством разгрузки и загрузки оправок с инструментами из накопителя в шпиндель. Привод станков допускает автоматическое изменение режимов обработки при смене инструментов.
Станки оборудуются позиционными поворотными столами, индексирующимися на любые углы от заданной программы, что позволяет вести обработку детали с разных сторон без дополнительных перестановок. Некоторые модели станков оснащаются дополнительными сменными столами, что резко снижает время установки и съем детали. В качестве привода широко используются гидравлические двигатели и электродвигатели постоянного тока. В настоящее время строятся станки, позволяющие иметь емкость накопителя на 60, 80 и 100 инструментов, которые автоматически поочередно выбираются из накопителя по программе.
Приведенный в качестве примера на рис. Х-36 многоцелевой станок С201 завода Union (ГДР) оснащен системой цифрового программного управления, управляющей перемещениями по трем координатам. Информация вводится с помощью перфоленты и считывается со скоростью 50 строк/с. Для достижения высокой точности позиционирования система обеспечивает ступенчатое снижение скорости. Система выполняет автоматическую смену 102 инструментов, выбирая нужный для данной операции инструмент из поворотного дискового накопителя. Во время обработки режущий инструмент может автоматически выниматься из накопителя и посредством транспортного автооператора, который перемещается по верхним направляющим, подаваться в позицию смены инструмента. На столе станка устанавливаются две сменные плиты, которые позволяют закреплять новую деталь во время обработки предыдущей на другой плите. Узел может работать как от перфоленты, так и при управлении от кнопки. Кинематика, конструкция и компоновка механизмов управления многоцелевых станков имеют ряд характерных особенностей по сравнению с обычными станками с программным управлением.
В результате большого количества перемещений исполнительных органов объем рабочей программы значительно превышает объем программы обычных одноинструментальных станков с ЦПУ. Высокая продолжительность автоматической работы станка, значительное число технологических (цикловых) команд делают необходимым использовать в качестве программоносителя исключительно перфорированную ленту. Для быстрой перенастройки станка на изготовление новой детали, а также для сокращения времени, связанного с перемоткой отработанной перфоленты, многоцелевые станки обычно снабжаются двумя считывающими устройствами, которые работают поочередно, с автоматическим переключением.
Многоцелевые станки оснащаются главным образом позиционными системами, предназначенными для управления прямоугольными циклами обработки (фрезерные операции), осевыми перемещениями инструмента (сверлиль-312
ные, расточные операции и т. п.), а также непрерывными системами. Основным требованием является обеспечение высокой точности отработки программы при большом диапазоне скоростей перемещения исполнительных органов станка. В большинстве станков с автоматической сменой инструмента точность позиционирования составляет ±(0,01—0,025) мм, что необходимо при координатной установке для обработки большого количества отверстий без кондукторов. Большой диапазон скоростей перемещений обусловлен разнообразием применяемых инструментов, необходимостью ступенчатого замедления скорости с дальнейшим переходом на «ползучую» скорость при подходе рабочего органа к опорным и конечной точке перемещения, а также быстрыми холостыми перемещениями (5 м/мин). Наличие широкого диапазона скоростей оказывает влияние на выбор датчиков обратной связи, числа разрядов, их точности, разрешающей способности и других характеристик систем ЧПУ. Системы управления обладают широкими технологическими возможностями, что выражается в увеличении числа управляемых координатных движений (предусматриваются управляемые угловые установки поворотного стола и шпиндельной бабки, перемещения шпиндельных гильз в направлении перемещения координатного стола и пр.).
Системы цифрового программного управления многоцелевых станков осуществляют подачу команд на выполнение следующих вспомогательных функций: автоматический поиск необходимого инструмента в накопитель и автоматическая смена инструмента после отработки; индексирование поворотного стола для обработки детали с одной установки; автоматическая смена готовой детали; реверс шпинделя при выполнении резьбонарезных операций; фиксация узлов станка после их позиционирования, установка шпинделя в определенное положение при автоматической смене инструмента; включение и отключение подачи СОЖ в зону обработки; варьирование частоты вращения шпинделя при смене инструмента; изменение скоростей рабочей подачи в процессе обработки и смены инструмента. Системы программного управления допускают возможность перехода на ручное управление в процессе выполнения программы; возможность смещения начальной точки отсчета программы; возможность ручной коррекции размеров перемещений узлов станка, режимов резания и особенно скорости рабочей подачи инструмента. Системы программного управления многоцелевых станков могут выполнять переменные и постоянные функции.
К постоянным функциям системы программного управления следует отнести поиск и подготовку к смене последующего инструмента; смену и фиксацию рабочего инструмента в шпинделе; фиксирование углового положения шпинделя для осуществления замены инструмента; индексацию стола и автоматическую смену заготовки. Постоянные функции повторяются многократно в процессе эксплуатации системы управления, поэтому их стремятся не вносить в основной программоноситель, что значительно сокращает его длину и, следовательно, емкость. Управление постоянными функциями осуществляется средствами путевой автоматики и вспомогательными командо-аппаратами. В основной программоноситель при этом, как правило, вносят лишь команды на включение вспомогательных устройств в процессе отработки программы. Одним из средств уменьшения емкости основного программоносителя является выделение подпрограмм обработки с использованием дополнительного (второго) программного устройства. Этими устройствами могут быть специальные выносные панели с многопозиционными переключателями, настройка которых 'осуществляется вручную. При этом в подпрограмму выделяют взаимосвязь частоты вращения шпинделя и скоростей рабочих подач, коды инструментов, расположенных в накопителе, а в основной программоноситель вносят лишь сигналы на смену рабочего инструмента. При наличии такого сигнала вся процедура замены инструмента осуществляется от подпрограммы.
Панель подпрограммы содержит различные средства настройки предохранительных устройств, средства коррекции величины перемещений, световую сигнализацию и пр. Одно из основных достоинств подпрограмм заключается в возможности корректировать скорость рабочей подачи в ходе выполнения программы обработки.
Под типовыми циклами обработки в цифровых системах программного управления подразумевается определенное сочетание включений, например, рабочей подачи и быстрого холостого перемещения, реверса движения и реверса вращения шпинделя, зажима узлов и пр. Программирование типовых циклов обработки также дает возможность уменьшить емкость главного программоносителя и наносить на него только лишь код цикла и величину перемещений. Допускается выбор типовых циклов на панели подпрограммы. Программирование сложных циклов осуществляется путем комбинирования простых типовых циклов с дальнейшим переносом кода типовых циклов в основной программоноситель.
Наиболее характерным конструктивным признаком многоцелевых станков с программным управлением является, как было сказано ранее, наличие устройства для автоматической смены инструмента. В настоящее время существует несколько способов автоматической смены инструмента. Один из них — с помощью автоо.ператора (рис. Х-37, а—в), другой—без автооператоров (рис. Х-37, г—з). Особенно распространенным способом автоматической смены режущего инструмента с применением автооператора является расположение его между магазином инструментов и шпинделем станка (рис. Х-37, а). Для сокращения времени смены инструмента автооператор выполняют с двумя захватами: для отработанного и нового инструмента.
Во время обработки детали магазин индексируется в положении, при котором необходимый инструмент поступает в позицию разгрузки. После окончания работы станка инструмент со шпинделем координируется в позицию 1 разгрузки—загрузки. Затем автооператор поворачивается и захватывает инструмент в шпинделе и в магазине (поз. 2). Механизм зажима освобождает оправку в шпинделе, и автооператор выдвигается в осевом направлении. Далее автооператор поворачивается на 180°, меняя местами инструменты, и, перемещаясь обратно в осевом положении, посылает один инструмент в шпиндель, другой в гнездо магазина (поз. 5). Механизм зажима закрепляет новую оправку в шпинделе, и автооператор поворачивается в исходное положение 4.
Для защиты инструментальных оправок от стружки, пыли, эмульсии и других видов загрязнения магазин с инструментами часто отдаляют от шпинделя на некоторое расстояние, что требует применения дополнительных транспортных автооператоров. Транспортные автооператоры перемещают оправки с инструментами от магазина к месту загрузки в шпиндель и обратно (рис. Х-37, б). В процессе обработки детали магазин с новым инструментом устанавливается в позицию, где его захватывает транспортный автооператор и переносит к месту смены инструмента (поз. 2). При этом выполняются следующие движения: поворот автооператора из исходного положения в рабочее с одновременным захватом инструмента в шпинделе и транспортном автооператоре (поз. 3). Затем инструменты выводятся и автооператор поворачивается на 180°, меняя их местами (поз. 4)\ новый инструмент попадает в шпиндель станка, старый устанавливается в гнездо транспортного автооператора, который переносит его в магазин (поз. 5, 6).
Для сокращения времени смены, а также для частичного удаления магазина из рабочей зоны станка используют комбинированный способ автоматической смены инструмента —одновременное применение магазина, разгрузочно-загрузочных автооператоров и револьверной головки (рис. Х-37, в). С этой целью между магазином и револьверной головкой устанавливается перегрузочный автооператор (поз. 1). Для смены инструмента автооператор из исходного положения поворачивается и захватывает инструменты в ма-314
газине и револьверной головке (поз. 2). Далее инструменты выводятся из гнезд и автооператор поворачивается на 180°, меняя местами инструменты (поз. 3). Затем идет ввод и закрепление инструмента, и автооператор поворачивается в исходное положение 4. Широко используется для автоматической смены инструмента применение револьверных инструментальных шпиндельных головок. Инструменты заранее укрепляются в шпинделях (поз. /), и их смена осуществляется индексацией корпуса головки (поз. 2) (рис. Х-37, а). Для дальнейшего сокращения времени смены инструмента используют сочетание работы револьверной шпиндельной головки и координатных перемещений магазина с инструментами (рис. Х-37, д). Пока шпиндель револьверной головки находится в работе (поз. /), противоположно ему расположенный шпиндель разгружается от отработавшего инструмента (поз. 2—5). По окончании работы инструмента шпиндельная головка поворачивается на 180° и в действие вводится другой шпиндель с новым инструментом. В некоторых конструкциях для автоматической смены инструмента используют магазины шпиндельных гильз с предварительно закрепленными
Механизмы и инструменты
Время
Инструмент №1 Инструмент!!0? Инструмент №3 Инструмент №4
Инструмент №5
Механизм замены инструмента'
Инструмент^
Механизмы и инструменты
| Инструмент!!0?
Инструмент^
g Инструментам
Инструментам “Механизм замены инструмента
а)
IIIIIIIIIIIIIIIIIII
Рис. Х-38. Циклограммы работы многоцелевого станка
в шпинделях инструментами — поз. 1 (рис. Х-37, ё). Гильзы поочередно занимают рабочее положение. При этом шпиндель соединяется с приводом главного движения, а сама гильза —с приводом подачи (поз. 2, 3).
Наиболее простым способом автоматической смены инструмента является использование координатных перемещений шпинделя станка и магазина с инструментами, расположенного на столе станка (рис. Х-37, ж). Для смены инструмента шпиндель станка должен быть подведен к свободному гнезду магазина, в которое оправка с инструментом выталкивается из шпинделя (поз. 7), далее шпиндель подводится к гнезду со следующим инструментом (поз. 2) и захватывает оправку (поз. 3), после чего возвращается в рабочую зону станка (поз. 4).
Простым способом автоматической смены инструмента является также использование позиционного магазина с инструментами, располагающегося на шпиндельной бабке (поз. 1) таким образом, что в одной из позиций оправка оказывается соосной со шпинделем станка (поз. 2) (рис. Х-37, з). При выдвижении шпинделя оправки захватываются им и инструмент вступает в работу (поз. 3).
В многоцелевых станках в связи с наличием автоматической смены инструмента простои, связанные со сменой, установкой, регулировкой (коррекцией) и закреплением режущего инструмента, перестают быть внецикло-выми потерями, какими они являются в обычных автоматах и полуавтоматах, и становятся частью холостых ходов рабочего цикла станка —цикловыми потерями. Это дает возможность не только сократить и стабилизировать время смены инструмента, но также путем дублирования инструмента в магазине станка осуществить интенсификацию режимов обработки некоторых инструментов и всю обработку в целом. На рис. Х-38, а приведена циклограмма работы многоцелевого станка, откуда видно, что наряду с длительными операциями существуют кратковременные операции: снятие фасок, развертывание, нарезание резьб и т. д. В этих условиях интенсификация режимов резания должна проводиться для наиболее длительной операции, выполняемой инструментом № 3 (рис. Х-38, а) с дополнительным резервированием этого инструмента в магазине станка (рис. Х-38, б). При этом появляется некоторое увеличение количества смен инструмента, но общее время обработки сокращается: 2 Ч < 2 ‘„Г
В настоящее время существуют самые разнообразные конструктивные схемы магазинов для инструментов. Наибольшее распространение получили магазины дискового типа: однорядные (рис. Х-39, а) и многорядные (рис. Х-39, б). Однорядные дисковые магазины удобны в обслуживании, просты по конструкции, компактны и, как правило, размещаются на шпиндельной бабке станка. Отсутствие возможности наращивать емкость магазина в связи с обработкой различных деталей уменьшает технологическую гибкость оборудования, на котором они стоят. Дисковые многорядные инструментальные магазины для загрузки инструмента используют всю полезную площадь магазина.
Рис. Х-39. Схемы инструментальных магазинов
В связи с необходимостью изменять емкость магазина в зависимости от сложности обработки детали появились цепные (осевые 1 и радиальные 2) магазины (рис. Х-39, в). Их преимущество — большая емкость, возможность увеличения ее без существенного изменения конструкции станка, компактность. Преимуществом многосекционных (рис. Х-39, г) и барабанных (рис. Х-39, (5) магазинов кроме большой емкости является возможность использования в работе станка одной из секций магазина без перемещения всего запаса инструментов, что сокращает время поиска инструмента. Подобные магазины состоят из обычных однорядных 2 или многорядных 1 дисковых инструментальных магазинов, установленных соосно один над другим. Иногда используют инструментальные магазины в виде неподвижного стеллажа, расположенного на столе станка (рис. Х-39, е). Такой магазин состоит из двух плит, на которых размещены рейки с гнездами для инструментов, причем центр каждого инструмента расположен строго на заданных
координатах, а инструменты противоположной стороны магазина попарно соосны. Подобные магазины не получили распространения, поскольку усложняют позиционирование и увеличивают время смены инструмента.
В связи с увеличением выпуска многоцелевых станков важное значение приобретает проблема нахождения оптимальности емкости магазина для инструментов. Емкость магазина относится к категории величин, численное значение которых может находиться в широких пределах. Анализ различных моделей станков показывает, что емкость в большинстве случаев составляет 20—40 инструментов и в некоторых моделях достигает 120. Очевидно, что подобная задача по определению оптимальной емкости магазина не может решаться субъективно, так же как нельзя признать верным создание сверх-емких магазинов, рассчитанных на обработку простых и сложных деталей.
Рис. Х-40. Расчетная схема для выбора ем кости магазина
Определение емкости инструментального магазина необходимо решать вероятностными методами на основе большого статистического материала по анализу обрабатываемых деталей различных производств. Такой анализ позволяет определить оптимальную емкость магазина, технологические возможности станка и наметить конструктивную схему магазина.
Емкость однорядного дискового магазина можно выбирать по формуле, которая учитывает использование инструментов большого диаметра, так как при установке таких инструментов, например торцовой фрезы, имеет место перекрытие соседних гнезд, что сокращает полезную емкость магазина (рис. Х-40):
где D3 —эффективный диаметр магазина в мм;
t —окружной шаг расположения инструментального гнезда в мм;
п —количество инструментов с наибольшим диаметром, перекрывающим соседние гнезда.
Явления перекрытия можно избежать, если использовать однорядный дисковый магазин с т 0 или с ф = 90°. В магазинах такого типа ввиду наличия угла ф происходит как бы увеличение диаметра D3 на величину 5С, определяемую из треугольника АВС. Тогда число гнезд
дг л (£>э + 2AC cos ф)
где АС — вылет инструментов в мм;
Ф — угол между осью магазина и осью инструмента в град.
Глава XI
ПРОГРАММИРОВАНИЕ
РАБОЧЕГО ЦИКЛА АВТОМАТОВ
§ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Для программирования необходимы чертеж обрабатываемой детали и технические данные автомата, на основе которых разрабатывается технологический процесс обработки, рассчитываются и изготовляются программоносители: копиры и шаблоны для копировальных систем управления, кулачки для системы управления с распределительным валом, магнитные и перфорированные ленты для систем программного управления и т. д.
Автоматизация рабочего цикла машины вытеснила квалифицированный труд рабочего-оператора, заменив его трудом инженера-технолога, проектирующего рабочий цикл, слесаря-лекальщика, изготовляющего кулачки и копиры, оператора, изготовляющего перфоленты, магнитные ленты и т. д., и наладчика автоматов. Появление систем программного управления позволяет вытеснить ручной труд из процесса программирования, широко использовать при подготовке производства быстродействующие вычислительные машины.
Программирование охватывает как универсальное оборудование, так и специальные автоматы и полуавтоматы. Если изделия должны изготовляться на существующем универсальном оборудовании, необходимо проанализировать технические данные всех существующих автоматов, чтобы выбрать тот, который при обеспечении заданного качества обработки обеспечит максимальную производительность. Если автомат или автоматическую линию проектируют вновь и ни один из существующих типов оборудования не удовлетворяет предъявленным требованиям, например по производительности или точности обработки, то на проектирование необходимо составлять техническое задание, за основу которого принимают промышленное задание по производству требуемых изделий.
Таким образом, программирование рабочего цикла для специального оборудования, особенно агрегатных станков и автоматических линий, производят в процессе их проектирования, после чего автомат и автоматическая линия уже не могут быть переналажены на другой рабочий цикл. В связи с этим программирование рабочего цикла универсальных автоматов и полуавтоматов, специальных станков и автоматических линий, станков с программным управлением имеет свои характерные особенности, хотя методика программирования является общей для любых систем управления.
Процесс программирования состоит из двух этапов:
1) проектирование рабочего цикла (разработка технологического процесса, составление расчетного листа настройки, построение циклограмм); 2) проектирование программоносителей. Рассмотрим методику выполнения этих этапов применительно к двум наиболее распространенным в машиностроении типам автоматизированного оборудования: токарным автоматам с распределительным валом и станкам с программным управлением.
Программирование работы автоматов с распределительным валом. При разработке технологических процессов обработки на автоматах с распределительным валом необходимо соблюдать следующие правила.
1.	Максимально использовать принцип возможных совмещений операций путем совмещения работы отдельных рабочих органов (суппортов, агрегатных головок и т. д.). Для многошпиндельных автоматов и автоматических линий желательно добиваться одинаковой продолжительности времени обработки на всех позициях. Этого достигают, в частности, разбивкой длин обработки на равные участки и увеличением подачи или скорости резания на позициях с большей длиной обработки. Кроме того, целесообразно максимально совмещать холостые ходы целевых механизмов (суппортов, приспособлений, поворотных и фиксирующих механизмов и т. д.) как с рабочими операциями, так и между собой.
2.	В первую очередь необходимо производить наиболее тяжелые обдирочные операции, переходя затем к чистовым операциям. Это способствует повышению точности обработки, так как деталь еще не ослаблена подрезкой или сверлением и вибрации детали от воздействия обдирочного инструмента не отразятся на чистоте и точности работы чистового инструмента. При работе на многошпиндельных автоматах эти операции следует производить на первых позициях, которые имеют более массивные суппорты и приспособления.
3.	При сверлении отверстий необходимо предварительно центровать заготовку коротким центровочным сверлом большого диаметра, в противном случае происходит увод сверла, особенно при их малых диаметрах. Не следует пользоваться следом сверла, остающимся после отрезки отработанной детали, в качестве направления при сверлении последующих деталей, так как после сверления нескольких деталей будет иметь место значительный увод сверла.
4.	При сверлении ступенчатых отверстий для сокращения времени обработки целесообразно начинать сверление с отверстий больших диаметров, что позволяет сверлу малого диаметра совершать меньший рабочий ход, хотя это с точки зрения распределения усилий не совсем выгодно.
5.	В целях сохранения дорогостоящих фасонных инструментов при работе по «корке» и для получения чисто обработанных деталей следует производить предварительную обработку более простым инструментом. Для обработки фасонных деталей с большой точностью рекомендуется применять два фасонных инструмента: один для чернового, другой для чистового прохода.
6.	Необходимо всегда предусматривать свободный сход стружки. Лучшему сходу стружки способствует установка инструментов передней поверхностью вниз. При сверлении глубоких отверстий следует выводить сверло для удаления стружки. В случаях, когда необходимо дробить стружку при ее сходе, следует предусмотреть на рабочих участках кулачков небольшие углубления.
7.	По окончании операций для достижения чистой поверхности необходимо инструменту дать некоторую выдержку в крайнем положении без подачи.
8.	В случае работы отрезным резцом необходимо увеличить ширину фасонного резца или длину хода проходного резца на величину, равную ширине отрезного резца. Это сокращает длину пути последнего. Следует иметь в виду, что отрезной резец часто является лимитирующим.
9.	При необходимости обеспечения строгой концентричности наружных и внутренних, а также ступенчатых цилиндрических поверхностей детали окончательную обработку этих поверхностей следует вести в одной позиции, так как распределение обработки между несколькими позициями может привести к несоосности обработанных поверхностей.
10.	Необходимо проследить по схеме обработки, чтобы суппорты и приспособления с инструментами не мешали их взаимному движению. На рис. XI-1 показана работа поперечного 1 и продольного 2 суппортов. Первый подходит к детали по мере отхода второго, который в это время 320
Рис. XI-1. Последовательность взаимодействия продольного и поперечного суппортов
с большой подачей осуществляет зачистку стержня. Таким образом, скорость перемещения поперечного суппорта (уменьшения размера а) должна быть строго согласована со скоростью отхода продольного суппорта.
11.	Окончательно проверенную схему обработки вычерчивают в масштабе 1:1, что облегчает проектирование инструментов и приспособлений. Все операции вычерчивают в крайнем рабочем положении инструмента.
Имея схему обработки и рабочий чертеж детали, можно перейти к определению продолжительности как рабочих, так и холостых операций, для чего необходимо предварительно определить длину относительного перемещения заготовки и каждого инструмента. Длина рабочего хода инструмента складывается из длины обработки и минимальной величины зазора А между инструментом и заготовкой:
I - li + А.	(ХМ)
Минимальный зазор А является необходимым для предотвращения удара инструмента о заготовку, что может вывести инструмент из строя. Следует иметь в виду, что этот отрезок пути (величина зазора А) будет пройден с рабочей скоростью подачи, и время на это будет затрачено непроизводительно, почему и следует максимально сокращать величину зазора.
Для каждого типа автомата в зависимости от его размеров и конструкции рабочих органов —суппортов и приспособлений, а также скоростей их подвода величины минимального зазора А будут различные, так как удар между инструментом и заготовкой в основном возможен из-за возникающих сил инерции. Величина минимального зазора также зависит от состояния автомата, т. е. от величины износа его целевых механизмов. Ориентировочные значения А для различных типов автоматов приведены в табл. XI-1.
Минимальный зазор для различных автоматов
Таблица XI-1
Типы автоматов	Зазор Д (в мм) для суппортов	
	продольных	поперечных
Фасонно-отрезные		0,2—0,5	0,1—0,3
Фасонно-продольные (при производительности до 35 шт./мин) Револьверные с диаметром обработки:	0,3—0,7	0,2—0,5
до 18 мм		0,4—0,6	0,25
до 45 мм 		0,5—1,0	0,25—0,5
Многошпиндельные . 			0,5—1,0	0,25—0,5
Полуавтоматы		0,5—2,0	0,5—1,0
11 Г. А. Шаумян
321
Имея расчетную длину хода Z, можно перейти к определению продолжительности операции, для чего необходимо знать подачу (минутную) sM. Время обработки при sM = const
Для металлорежущих автоматов принято пользоваться подачей s на относительный оборот обрабатываемой детали и инструмента, поэтому в большинстве случаев удобнее определять количество оборотов, необходимое для осуществления данной операции:
п— 4- Дп,
где ni —число относительных оборотов шпинделя или инструмента (Z — порядковый номер операции);
—длина хода рабочего органа;
Si —подача в мм/об;
Д/г —добавочное количество оборотов детали (инструмента) при остановке инструмента для обеспечения более высокой чистоты поверхности (Д/г = 2 4-5).
Для определения продолжительности операций необходимо знать минутное число относительных оборотов заготовки и инструмента /гш:
Расчетный лист настройки содержит все подсчитанные величины: длину хода, принятые скорость и подачу, количество оборотов или время на операцию, время или углы на холостые ходы и рабочие операции. На основе этих данных строят циклограмму: в полярных (рис. XI-2, а) и в прямоугольных (рис. XI-2, б, в) координатах.
Циклограмма автомата дает графическое изображение рабочего цикла, являясь как бы зеркалом, отражающим все происходящие в автомате процессы. Составление циклограммы, как следующий этап после составления технологической карты обработки, должно выявить все ошибки, допущенные как при разработке технологического процесса, так и при проектировании отдельных механизмов автомата. Следовательно, наряду с составлением циклограммы ведут проверку и окончательную корректировку всех предшествующих работ. Циклограмма и технологическая схема обработки дают возможность установить последовательную работу каждого механизма во времени и пространстве и тем самым позволяют судить о работе всей машины.
Циклограмма строится на основе расчетного листа настройки автомата следующим образом. В левую вертикальную графу пишется название механизмов, участвующих в цикле автомата. Справа, напротив каждого механизма, строится кривая, характеризующая работу механизма в зависимости от угла поворота распределительного вала или времени. Эта кривая строится в координатах: угол поворота вала в градусах или сотках —перемещение механизма. Перемещение механизма желательно откладывать в масштабе, тогда по циклограмме легко судить о характере и величине перемещения отдельных звеньев относительно друг друга.
Циклограмма для автоматических линий составляется в том же порядке, охватывает работу всех станков линии и всех вспомогательных механизмов и позволяет обеспечить последовательность выполнения всех операций и блокировку рабочих органов.
Пользуясь расчетным листом настройки и циклограммой, приступают к составлению программ работ всех рабочих органов, которые затем задаются профилем кулачков или копиров.
323
2
L о
5
6
7 £
9
11
Механизм су порта 8°1
Механизм су порта №2
Механизм супорта №3 поперечное перемещение Механизм супорта н°з продольное перемещение_____
Механизм супорта 5° 4
Механизм Оключения фрикциона
Механизм подачи винторезного шпинделя	________
SHU3M супорта 9а5
ильное перемещение_____
Механизм супорта N°5 поперечное ^перемещение____
Механизм зажима прутка
Механизм подачи прутка
Ж
шш
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
5 10 15 20 25 30 35 40.05 50 55 60 05 70 75 80 85 90 95 100% В)
Рис. XV2. Еариянты построения циклограммы
Программирование цикла станков с программным управлением. Составление программы обработки для станков с цикловыми и цифровыми системами программного управления требует значительно большего количества расчетов, чем при составлении программы для систем управления с распределительным валом и кулачками. При этом объем перерабатываемой информации и количество расчетов в значительной степени зависят от выбранного типа оборудования, сложности изготовляемой детали, а также формы рабочего инструмента. Использование станков с большим числом управляемых координат, применение различных устройств, расширяющих его технологические возможности, как правило, позволяют сократить объем перерабатываемой информации, а следовательно, и количество расчетов при составлении программы.
Программа обработки детали состоит из последовательной цепочки команд, которые должен выполнить (отработать) станок. Отдельное звено команды представляет собой определенное сочетание цифр, букв и других знаков, при помощи которых управляющая информация передается к рабочей машине. Команды можно разделить на два основных вида:
1) команды на перемещения исполнительных органов станка с заданной скоростью на требуемые расстояния;
2) команды на переключение скоростей, включение и выключение охлаждения, выбор инструмента, реверс и т. д.
Команды на перемещение строятся на основе цифр, проставленных в чертеже детали, они характеризуют форму и размеры обрабатываемой детали, точность изготовления детали. Расчет величины рабочих перемещений исполнительных механизмов и длительности рабочих и холостых ходов производится так же, как и для автоматов с распределительным валом. Цикловые команды есть результат назначения технологом соответствующих режимов обработки, определенной последовательности операций и т. п. Помимо рассмотренных команд программа обработки обычно включает еще служебную информацию, обеспечивающую правильность отработки станком, всех команд. Объем служебной информации зависит от принятой системы кодирования команд.
Построение программы обработки осуществляется таким образом, что для каждого перемещения рабочегоюргана в программе указывается комплекс команд, необходимых для получения соответствующего перемещения. Полная программа обработки в станках с цифровым программным управлением состоит как бы из отдельных цифровых блоков информации или кадров программы, которые последовательно отрабатываются системой управления станка. Построение программ в виде цифровых блоков информации или кадров является главной особенностью систем цифрового управления.
В позиционных системах управления отдельный кадр программы содержит полную цифровую информацию, необходимую для обработки одного отверстия, а в непрерывных системах управления кадр программы содержит данные для обработки элементарного участка криволинейного контура в зависимости от способа его аппроксимации. Таким образом, в системах цифрового управления станками программа обработки представляет собой строгую последовательность отдельных цифровых блоков информации (кадров), содержащих в себе в виде отдельных целых чисел данные о перемещении рабочих органов станка, соответствующее количество цикловой и служебной информации.
Представленная в таком виде цифровая информация еще не может быть введена и отработана системой управления станком. Для этого она должна быть закодирована в соответствующей системе счисления и нанесена на программоноситель. Кодирование программы обработки состоит из двух основных этапов. Первый этап заключается в обозначении команд на перемещение, цикловых команд и необходимой служебной информации через соответствующую выбранную совокупность цифровых и буквенных символов. Второй 324
этап заключается в нанесении этих символов на программоноситель (перфоленту) путем пробивки в ней отверстий автоматическим перфорирующим устройством.
Рассмотрим вопрос кодирования команд на перемещение, что тесно связало с выбором системы счисления информации. Известно, что в десятичной системе счисления любое число может быть записано с помощью 10 различных цифр, но его реализация в машине связана с существенным усложнением аппаратуры и использованием нестандартных программоносителей. Поэтому в настоящее время большинство систем цифрового управления используют, как правило, двоичную систему счисления, где в качестве основания принята цифра 2.
Представление чисел в двоичной системе счисления осуществляется всего двумя цифрами 1 и 0 вместо обычных 10 цифр. Это дает возможность машине достаточно просто и надежно реализовать ее с помощью устройств, имеющих два устойчивых, рабочих состояния. Известно, что каждая цифра в десятичной системе счисления имеет значение (вес) в 10 раз больше цифры, стоящей вправо от нее, а в двоичной системе счисления соответственно в 2 раза больше.
Запишем число 349 в десятичной и двоичной системе счисления. В десятичной системе оно может быть представлено как 3* 102 + 4-101 + 9-10° = = 349, а в двоичной системе оно может быть представлено: 1-28 + 0-27 + + 1-26 + 0-25 + 1-24 + 1-23 + 1-22 + 0-21 + 1-2° = 101011101. Написание чисел в двоичной системе счисления длиннее, чем в десятичной. Кроме того, применение чисто двоичной системы счисления связано с трудностью чтения значения числа, требующего известного навыка; затруднительны расчеты, связанные с двоичным кодированием; становится невозможным применять существующие перфоленты из-за трудности записи двоичного числа поперек ее, так как количество разрядов у двоичного числа может быть велико.
Для устранения этих недостатков в системах цифрового программного управления стали использовать двоично-десятичные системы счисления, сущность которых состоит в том, что перевод обычного числа производится в ней поразрядно, т. е. каждому разряду десятичного числа соответствует свое четырех разрядное число, называемое тетрадой. Десятичное число 349 может быть представлено в двоично-десятичной системе счисления в виде трех тетрад:
0011	0100 юо!
Простым и наиболее удобным для программирования является нормальный двоично-десятичный код 8—4—2—1 (восемь, четыре, два, один), где разряды каждой тетрады имеют значения (вес), являющиеся степенями основания двойки.
К цикловой командной информации, как уже отмечалось выше, относятся указания о направлении перемещений исполнительных органов, информация по коррекции команды управления, информация о смене инструмента, включении и выключении охлаждающей жидкости, переключении скоростей, подач и т. п. Поэтому в отличие от цифровой записи команд на перемещение, для цикловых команд применяются как буквенные обозначения, так и различные смысловые знаки (символы), выражающие суть того действия, которое должен выполнить станок, что облегчает запоминание и расшифровку программы. С этой целью координаты перемещения обозначаются через буквы X, К, Z и т. д. Команды о смене соответствующего инструмента обозначаются порядковыми номерами (1, 2, 3, . . ., р), символы «+» и «—» служат для обозначения направлений перемещений, а время отработки кадра задается числом секунд.
Размещение всей совокупности цифровой информации в кадре программы и методы записи ее на программоноситель зависят от аппаратуры, применяе-325
(5)
(1)
(2) (V
Лх	4X	Лх
DO D □ D □ D □ D □ □ □ ооооооооооо О оооооооооооо ооооооооооо о ооооооооооо о оооооооооооо □ □□DDDODDDDO
12 3^ 5 6 7 8 9 10 11 12
Рис. XI-З. Кадр программы интерполятора для параллельного способа ввода информации с перфоленты
мой для этой цели, и способа ввода кодированной программы в систему управления.
Применяются два способа ввода (считывания) кодированной информации с перфоленты: последовательный и параллельный. В первом случае кадр программы вводится последовательно —строка за строкой, после чего перфолента останавливается и начинается отработка командной информации, содержащейся в кадре. При последовательном вводе цифровой информации количество считывающих головок в устройстве ввода равно числу дорожек на перфоленте, а схема
управления характерна наличием запоминающих устройств. При этом способе ввода применяются узкие пятидорожечные телеграфные перфоленты шириной 17,5 мм (ГОСТ 1391—71); за рубежом применяются восьмидорожечные перфоленты шириной 25 мм.
При параллельном способе ввода цифровой информации кадр программы
сразу подается на всю длину, останавливается, и считывающие головки, число которых равно числу пробивок на перфоленте, одновременно считывают записанные команды и одновременно посылают их в систему управления. Пример построения кадра при параллельном способе ввода информации показан на рис. XI-З. Запись программы осуществляется на киноленте шириной 35 мм (может быть и больше), предназначенной для интерполятора ЛКП конструкции ЭНИМСа.
В настоящее время используются три способа построения кадра программы на перфоленте: фиксированный, переменный и адресный. В фиксированном кадре количество поперечных строк, предусмотренных на каждый вид информации, и их определенное расположение всегда строго постоянны и независимы от объема информации, что является основным недостатком
данного построения кадра.
При переменном кадре также сохраняется строгая последовательность в записи различных видов информации. Но в этом случае имеется возможность не повторять в следующем кадре те команды, которые не изменяются по сравнению с командами предыдущего кадра, например, необходимо сохранить перемещение по одной координате, когда другие координаты неизменны. Для этого в программе проставляется специальный знак, заставляющий систему отработать информацию предыдущего кадра повторно.
Наиболее совершенным является адресное построение кадра. В нем перед каждым видом информации (перемещения, цикловая или служебная) проставляется адрес, который указывает ее назначение и место в запоминающем устройстве схемы управления. Адресный кадр дает возможность записывать на ленте повторяющуюся информацию, а также допускает возможность записи команд в произвольной последовательности.
Весь процесс составления программой обработки для станков с цифровыми программными управлениями можно разделить на четыре основных этапа. На первом этапе программирования, называемом технологической подготовкой программы, технолог-программист выбирает станок и рабочий инструмент для обработки и согласно чертежу детали разрабатывает технологический процесс обработки детали: устанавливает оптимальную траекторию перемещения рабочих инструментов, намечает последовательность операций, выбирает режимы обработки. Необходимо отметить, что от правильного решения этого этапа программирования во многом зависят точность и качество изготовления детали, а также производительность и эффективность всего процесса обработки и выбранного оборудования.
Второй этап программирования состоит в математической подготовке программы и включает в себя расчет координат опорных точек траектории
движения инструмента и детали и в выборе других числовых данных, закладываемых в программу (скоростей перемещения инструмента, детали, времени отработки кадра и др.). Этот этап программирования считается особенно трудоемким, и для его выполнения используются электронные вычислительные машины.
Третий этап программирования состоит в кодировании всей технологической и числовой информации, полученной от первых двух этапов, и переносе ее в кодированном виде на программоноситель. Расчет программы для третьего этапа ведется на вычислительных машинах и осуществляется автоматически самой электронно-вычислительной машиной. Для случая «ручного» программирования этот этап выполняется оператором на ручном перфораторе путем пробивки отверстия в соответствии с выбранным кодом. Для станков, оснащенных позиционными системами программного управления, а также непрерывными системами программного управления со встроенными интерполяторами, работающих от перфоленты, процесс программирования заканчивается третьим этапом. Для станков, работающих от магнитной ленты, процесс программирования содержит четвертый этап. Этот этап состоит в записи рабочей программы в декодированном виде на магнитные ленты с перфоленты (полученной после третьего этапа) с помощью отдельного интерполятора. Программа, записанная на магнитной ленте, непосредственно используется для управления процессами обработки.
Одним из основных вопросов процесса подготовки программ является выявление и предупреждение ошибок, которые могут возникнуть на каждом этапе подготовки программы, поэтому полученные программы прежде чем поступить на станок, подвергаются контролю. Контрольное устройство состоит из координатографа, работающего в трех координатах, и реверсивных счетчиков, работающих по пяти одновременно управляемым координатам. Оно вычерчивает запрограммированный профиль получаемой детали в масштабах от 4 : 1 до 1 : 16; возможно вычерчивание объемных деталей в аксонометрической проекции.
Для проверки правильности проведенных расчетов при программировании рабочих перемещений исполнительных органов станка используется такой способ программирования, при котором движение исполнительных органов станка обязательно начинается и кончается в одной и той же точке, причем алгебраическая сумма приращения координат по всем направлениям должна быть равна нулю. Однако эти методы в состоянии выявить только те ошибки, которые были допущены при расчете программ или при их записи на магнитные ленты и перфоленты. Ошибки, допущенные технологом-программистом на первом этапе, выявляются только непосредственно после обработки самой детали.
Методика подготовки программ для станков, оснащенных позиционными и непрерывными системами цифрового программного управления, различна, так как последние требуют значительно большего объема расчетов, чем первые.
Разработанная программа работы станков с программным управлением кодируется условным кодом на программоносителях, в качестве которых используются перфокарты, перфоленты, магнитные ленты, кинофотопленка, магнитные барабаны и т. д.
§ 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ТОКАРНЫХ АВТОМАТОВ С РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМ ВАЛОМ
Выбор метода обработки и типа автомата. Пусть требуется осуществить массовое изготовление болтов (рис. XI-4) из латуни. Необходимо выбрать метод обработки и тип автомата. Основные операции обработки: обтачивание стержня болта; нарезание резьбы; отрезка. Указанные рабочие операции
могут быть выполнены различными вариантами и, следовательно, различными инструментами и целевыми механизмами. Рассмотрим несколько вариантов.
Вариант I (рис. XI-5). После подачи и зажима прутка производится обтачивание стержня при продольном перемещении суппорта, затем нарезается резьба и
производится отрезка болта. Общее время на рабочие ходы /р состоит из суммы времен на операции обточки, нарезания резьбы и отрезки. Сократить его можно лишь частичным уменьшением времени на нарезание
резьбы, совмещая его с отрезкой. При этом критерием совмещения является глубина надрезки, которую следует производить до такого диаметра, чтобы надрезанная заготовка могла выдержать крутящий момент до резьбонарезного инструмента. Практически принято считать, что это условие соблю
дается, если отрезаемый диаметр остается равным внутреннему диаметру нарезаемой резьбы.
Вариант II. Операции нарезания резьбы и обтачивания стержня
полностью совмещены, так как пруток подается до упора с предварительно обточенным стержнем, тогда при помощи тех же инструментов можно одновременно с обтачиванием нарезать резьбу, а затем и отрезать деталь. Этот способ является более производительным, однако не всегда может быть применен, так как при больших длинах стержня затруднена отрезка готовой
детали.
Вариант III (см. рис. XI-5). Обтачивание стержня без продольного точения резцом с поперечным движением, совмещая с обтачиванием нареза-
Рис. XI-5. Варианты обработки болта: а == подача прутка; б = отрезка
ние резьбы. Этот вариант является наиболее производительным для одношпиндельных автоматов.
В рассматриваемом примере размеры болта позволяют вести обработку по варианту III, т. е. с максимальным совмещением операций, используя лишь фасонно-отрезное точение. При этом потребуются следующие инструменты и приспособления: винторезный шпиндель с круглой плашкой, работающий по методу обгона; поперечный суппорт с фасонным резцом для обтачивания стержня болта; отрезной суппорт.
Из приведенного перечисления ясно, что указанную деталь можно обработать на фасонно-отрезном автомате, хотя не исключена возможность изготовлять ее на автоматах фасонно-продольного точения и на револьверных автоматах. Поэтому остается решить последний вопрос: какому типу автомата отдать предпочтение? На этой стадии проектирования уместно производить лишь приближенные расчеты по определению технологической производительности, коэффициента производительности и цикловой производительности автомата.
Задаваясь режимами резания для каждой операции, можно определить ориентировочное количество оборотов шпинделя на каждую операцию и тем самым технологическую производительность автомата. Произведем приближенный расчет этих величин на примере изготовления болта.
Для нарезания восьми ниток потребуется 16 оборотов шпинделя, так как резьбу по латуни обычно нарезают при числах оборотов шпинделя, вдвое меньших, чем при точении. Для схода плашки потребуется 8 оборотов, так как сход осуществляется при тех же оборотах шпинделя, что и обтачивание. На обтачивание стержня при ходе резца 1,5 мм и подаче s = 0,03 мм/об потребуется 50 оборотов; на отрезку при ходе резца 3 мм и подаче 0,05 мм/об — 60 оборотов.
Таким образом, из трех одновременно осуществляемых операций наиболее продолжительной является отрезка, на которую требуется 60 оборотов; с этой операцией полностью совмещены обтачивание стержня (50 оборотов) и нарезание резьбы (16 + 8 = 24 оборота). За 24 оборота отрезной резец пройдет путь 24-0,05 = 1,2 мм, т. е. надрезанный диаметр составит 3,5 мм, что соответствует внутреннему диаметру резьбы, и, следовательно, нет опасения поломки детали во время нарезания резьбы при одновременной ее отрезке. Следовательно, можно принять суммарное количество учитываемых оборотов пр == 60.
Зная частоту вращения шпинделя легко определить технологическую производительность К- Принимая v = 150 м/мин, при обработке латуни
п = 2222. nd
1000-150
3,14-6
8000 об/мин;
гл	8000	1 ли
К. — —— — —хтг- — 132 шт./мин.
/1р	ЬО
Автоматом фасонно-отрезного точения, удовлетворяющим этим условиям, является автомат группы I, у которого при производительности Q
60 шт/мин потребный угол на подачу и зажим прутка Р == 14 соток, а при Q 5> 60 шт/мин угол Р — 24 сотки. Следовательно, ориентировочная производительность автомата
в =	- 4г) = «ч = 132 (1 - -и-) ~ 100 “Т./М»н.
Если обработку вести на револьверном автомате 1Б112, то Иштах = = 4000 об/мин. Принимая, как в предыдущем случае, ир = 60, получим 4000 ае I
1\ —	66 ШТ./МИН.
ЬО
Учитывая два переключения револьверной головки по 0,5 с каждое, а также на подачу и зажим прутка 0,5 с, определяем ZXjI = 3-0,5 = 1,5 с.
Холостые ходы по группе I (отвод отрезного резца, работа захвата) ориентировочно составляют Pj = 20 соток:
«... = «^7+т (1 - 4) =	= 66^<— Г66'0’3 =20
60
Если же довести частоту вращения шпинделя револьверного автомата до 8000 об/мин, то
К= 60 ~ 132 шт./мин,
и
Q^-т^гтт^—= 132.0,186 = 25 шт./мин. ioZ*1,0	1
— 60 н
Как видим, при пш — 4000 об/мин коэффициент производительности и ~ 0,3, а при пш = 8000 об/мин ц = 0,186. Следовательно, от двукратного увеличения скорости резания производительность увеличивалась с 20 только до 25 шт./мин, т. е. в 1,25 раза. Таким образом, при изготовлении данного болта на автомате группы III можно достичь лишь 20% производительности автомата группы I.
Определение продолжительности холостых ходов и углов поворота распределительного вала. Для автоматов групп I и III удобнее продолжительность холостых ходов в угловых величинах поворота распределительного вала. Зная величину I холостого хода рабочего органа, можно определить угол поворота вала для осуществления этого хода, пользуясь шаблонами или таблицами для кривых холостых ходов, которые обычно приводятся в паспорте автомата.
Для тех органов, время холостых ходов которых постоянно (автоматы групп II и III), необходимо определять tx из кинематической схемы:
где рх — центральный угол на кулачке распределительного вспомогательного вала;
пх — постоянная частота вращения распределительного или вспомогательного вала во время холостого хода.
Значения пх и ix берутся из паспорта станка или определяются по кинематической схеме.
При определении углов поворота распределительного вала для каждой операции необходимо различать три случая в зависимости от группы автомата.
Для автоматов группы I по схеме обработки для рабочих и холостых ходов необходимо производить раздельный расчет времени на операцию или углов поворота вала, или оборотов шпинделя на операцию. Зная элементы времени на рабочие операции ZPi; /Рз; /Рд; . . .; Zp., а также на холостые ходы ZXi; ZXg; t^k\ можно определить время обработки, т. е. период рабочего цикла 7, учитывая, что некоторые элементы времени совмещены с другими операциями и не войдут в сумму Т. Зная период рабочего цикла Т, можно определить коэффициент для определения углов поворота распределительного вала:
а = -уЦ	(XI-3)
Для определения углов поворота распределительного вала для каждой рабочей операции и холостого хода умножим о на продолжительность операции /р:
pi ; ₽i = nt*!;
С%2 5= о/р2 ‘ р2 ~
а3 — а/Рз; р3 = о/Хз >	(ХЬ4)
аг- — о7р^.	— ^хз
Cl-O/p P=otfx J
откуда
a + ₽ = 2л,
где az — угол поворота распределительного вала для рабочих операций; р. — угол поворота распределительного вала для холостых операций;
аир — суммарные углы поворота распределительного вала для рабочих и холостых операций.
Следует иметь в виду, что при суммировании совмещенные углы, например а2, рп р2, которые условно взяты в скобки, не учитываются. Углы поворота для совмещенных операций определяются теми же методами, что и для основных операций, так как эти углы необходимы для построения кривых на кулачках. Необходимо вначале определить сумму углов р поворота распределительного вала для холостых ходов, а затем, зная величину р, получить значение угла на рабочие ходы a — 2л — р. Коэффициент для нахождения углов поворота
2л— р
где tp — сумма времени на все учитываемые рабочие ходы.
Если элементы рабочего цикла выражены Для рабочих ходов в оборотах рабочего органа — шпинделя автомата, а холостые ходы определяются по участкам кривых холостых ходов, то аналогично будем иметь
(XI-5)
Пр откуда
(Xj == 072*
a2 = 07Zg
a = оПр ‘
Для автоматов группы III, для механизмов, осуществляющих холостые ходы через вспомогательный вал, определяют время на холостые ходы так как обороты вспомогательного вала всегда постоянны. Для холостых же ходов, осуществляемых распределительным валом, определяют углы поворота Pi, так как частота вращения распределительного вала зависит от настройки. В результате для данной настройки будем иметь — const и Pj ~ const. При этом рабочие операции выражены в оборотах шпинделя.
Для нахождения времени цикла Т по формулам, приведенным в § 4 гл. VII, определим рп = 2л(?ш/Х111, где
Q —	%	(1 _ А
AGU + 1 V 2л Г
Подставляя в эту формулу значения К. = и tK fh, известные из ftp	11
процесса обработки, определим производительность автомата Qin и угол ри. При этом следует иметь в виду, что для автоматов 1112 и 1118 угол Рп
1 сотки, а для автоматов 1124 и 1136 угол 2 соток. Время цикла Т == —.
Qin
Часто в соответствующих руководствах рекомендуется определять приближенное значение Т	отбрасывая tx , и по специальным табл и-
чш	*
цам заводов—изготовителей автоматов устанавливать приближенные значения углов ри на холостые ходы. После этого весь расчет ведут так же, как для автоматов группы I, и определяют продолжительность обработки. При больших расхождениях между заданной величиной и полученной рекомендуется повторить тот же расчет, задаваясь уже новым значением Т. Этот весьма неудобный метод, к сожалению, получил широкое распространение. Применение формул производительности автоматов группы III делает расчет простым и удобным.
Для автоматов и полуавтоматов группы II легко определить время и tx, а следовательно, время цикла Т. Однако определять углы поворота для каждой операции затруднительно, так как частота вращения распределительного вала на участке холостых ходов больше, чем на рабочем участке.
Зная из кинематической схемы частоту вращения пх распределительного вала на холостом ходу, рассчитываем угол, приходящийся на данный холостой ход:
Р — 2л/х^х*
Определяя таким образом ₽ = рх. или графически из чертежей для
каждого отдельного целевого механизма, можно вычислить угол а поворота распределительного вала для совершения рабочих операций: а = 2л — |3. После этого можно перейти к определению коэффициента угла поворота
а распределительного вала: а = -т— и в опи-?р
санном порядке вычислить углы его поворота: ai ~ otp,.
Программирование одношпиндельных автоматов. Рассмотрим в качестве примера настройку автомата фасонно-продольного точения 1Б10П на обработку детали, показанной на рис. XI-6. Из схемы обработки (рис. XI-7) видно, что особенностью настройки этих автоматов является необходимость одновременною учета перемещений не только резцов, но и шпиндельной бабки с обрабатываемым прутком.
Рис. XI-6. Деталь (ось), типичная для обработки на авто матах фасонно-продольного точения
Рис. XI-7. Технологические операции обработки оси
Рис. XI-8. Расположение суппортов автомата 1Б10П (а) и резцы для обработки оси'’(0
Рис. XI-9. Схемы для расчета перемещений бабки и суппортов автомата , фасонно-продольного точения
Выбираем технологические режимы: скорость резания v — 60 м/мин; юосю частота вращения при максимальном диаметре 10 мм п = —— =	= 1920 об/мин; подача при продольном обтачивании
= 0,015 мм/об; при врезании s = 0,005 мм/об, при отрезке s = 0,004 мм/об.
Обработка начинается со ступенчатого обтачивания резцом 1 при продольном перемещении обрабатываемого прутка. Затем резец 2 врезается при радиальной подаче суппорта на определенную глубину и производит продольное обтачивание за буртом. Отрезка детали производится при одновременном движении обрабатываемого прутка и отрезного резца 3, вследствие чего образуется коническая поверхность среза. На рис. XI-8 показано наиболее рациональное расположение режущего инструмента на суппортах автомата, а также резцов для обработки детали (оси).
Для построения кулачков, согласно сказанному выше, заполняют расчетный лист настройки (табл. XI-2). Произведем вычисления некоторых длин ходов инструмента и шпиндельной бабки. Согласно табл. XI-2, операции 2 и 4 необходимы для обтачивания длин 2 и 8,5 мм (рис. XI-9, а). Добавок на подвод резца здесь не дается исходя из того, что обтачивание ведется одним резцом, который после обработки соответствующего диаметра отходит назад и вслед за этим начинает обтачивание следующего большего диаметра. Закончив обтачивание поверхности диаметром 2,5 мм, резец 1 отходит в нейтральное положение. Вслед за этим бабка с прутком перемещается вперед и подводится резец 2 (операция 6 расчетного листа). Схема для вычисления пути перемещения бабки показана на рис. XI-9. Как видно, путь слагается из ширины бурта 6,5 мм и ширины резца 1 мм.
Путь прохождения резца для операции 10 подсчитывается (рис. XI-9, б) исходя из того, что необходимо снять слой металла для облегчения последующей работы отрезного резца.
При совершении операции 12 пруток необходимо продвинуть на высоту конуса 1 мм, а также иметь гарантированный зазор 0,1 мм; поэтому I = 333
= 1,1 мм. Расположение инструмента и нарезаемой детали показано на рис. XI-9, в.
Зная величины перемещений прутка и инструмента, а также подачи, переходим к определению количества оборотов для совершения отдельных рабочих операций. Так, для операции 4 п~~~-^~~567 об.
Все данные заносим в табл. XI-2. Угол распределительного вала на выполнение отдельных холостых ходов определяем в зависимости от высоты подъема соответствующих кулачков по специальным таблицам, которые приводятся в паспорте каждого автомата, а также по шаблонам, чертежи которых даются заводом-изготовителем. Найдя углы для совершения всех холостых ходов, определяем их сумму (2 £ = 102°), а следовательно, и сумму
Таблица XI-2
Расчетный лист настройки автомата 1Б10П
№ операции	Наименование операции	Длина хода инструмента в мм	Подача главного шпинделя в мм/об	Количество оборотов шпинделя на операцию		Число лучей окружности				Лучи	
						на рабочую операцию		на холостые ходы		о	о
				всего	учитываемые	всего	учитываемые	1 всего	учитываемые		
1	Отвод резца 3 . . .	3,6											11	И	0	11
	Подвод резца 1 на диаметр 2 мм . .	2,5												10	10	11	21
2	Обтачивание поверхности диаметром 2 мм		2,0	0,015	133	133	20	20			21	41
3	Отвод резца 1 на диаметр 2,5 мм . . .	0,25											3	3	41	44
• 4	Обтачивание поверхности диаметром 2,5 мм 		8,5	0,015	567	567	85	85			44	129
5	Отвод резца 1 в нейтральное положение 		2,25						7	7	129	136
6	Перемещение бабки вперед 		7,5												10				147	157
7	Подвод резца 2 . .	0,8			—	—	—	21	21	136	157
	Врезание резца 2 на диаметр 3,5 мм	0,95	0,005	190	190	29	29		.	—	157	186
8	Обтачивание поверх-• ности диаметром 3,5 мм 		3,2	0,018	178	178	27	27			186	213
9	Врезание резца 2 на диаметр 2 мм . .	0,75	0,005	150	150	23	23					213	236
10	Обтачивание поверхности диаметром 2 мм 		3,3	0,015	220	220	33	33			236	269
11	Отвод резца 2 . . .	2,5		—-		—	—	8	8	269	277
	Подвод резца 3 . .	2,5		—		—			7			270	277
	Отвод бабки . . .	1,1	—	—	—	—			2			275	277
12	Обтачивание конусов — отрезка сложным движением 		1,1	0,004	275	275	41	41			277	318
13	Разжим цанги . . .	—	—		—.	—	—	10	10	318	328
14	Отвод бабки ...	24,4	—	—	—	—	—	15	15	328	343
15	Зажим прутка . .	—	—	—	—	—	—	17	17	343	360
	S пр	= 1713 об; '		Sa =	258°;		• = 102°				
Рис, XI-10. Кулачки к автомату 1Б10П:
а — шпиндельной бабки; б — балансира; в — верхнего суппорта
углов на все рабочие ходы (см. табл. XI-2): 2 ® — 2л — S ₽ == 360°— 102’ = = 258°.
Для определения углов поворота на отдельные операции необходимо подсчитать сумму всех оборотов, затрачиваемых на рабочие ходы (см. табл. Х1-2): У п{ = 1713 об. Тогда коэффициент пропорциональности
X 258
Q	-----
1713
0,1506,
а
а2 = от2 = 0,1506 133 = 20°;
а4 = (Ш2 = 0,1506 567 = 85° и т. д.
При заполнении графы' углов рабочих ходов необходимо производить округление дробных величин с таким расчетом, чтобы сумма углов составила 2 а 258°. Пользуясь расчетными данными и шаблонами для построения холостых участков, строим кулачки (рис. XI-10).
Цикловая производительность для автоматов группы I, к которым относятся и автоматы фасонно-продольного точения,
где К — технологическая производительность;
У р — суммарный угол поворота распределительного вала на холостые ходы.
Для данной наладки
К =	=	= 1.12 шт./мин; = Ю2°.
Отсюда
фц= 1,12(1------^-) = 0,81 шт./мин.
\ out) /
Фактическая производительность автомата при коэффициенте использования цЙС = 0,85
Q = РцЛис “ 0,81 0,85 = 0,79 шт./мин.
Программирование многошпиндельных автоматов. Рассмотрим в качестве примера программирование автомата типа 1265 на обработку ролика (табл. XI-3), изготовляемого из стали 45.
Расчетный лист наладки автомата
Таблица XI-3
1
Позиция	|	Схема обработки						Наименование операций	Ход инструмента		Подача в мм/об I	Количество оборотов	
								1 расчетный	рабочий		на операцию	принятое
1	2						3	4	5	6	7	8
I	Ь	JS-	92-2# , \бОу _		Cs С*	ч ч Эк	1. Центровать до 22 мм, проточить до диаметра 78 мм	 2. Подрезать торец и проточить уступ . .	50,5 20,0	65,0 22,8	0,17 0,06	383 380	394 394
II	।	g QVrfc	э ?у_	. Г £ -4-—Ч ц •jrJu		ч Л L_		3. Проточить поверхность диаметром 78 мм, сверлить отверстие диаметром 17,3 мм	 4. Проточить выточку до диаметра 62 мм	62,0 11,0	65,0 13,7	0,17 0,04	383 380	394 394
			уу									
												
III	1		97 £j	3				5. Сверлить отверстие диаметром 15 мм 6. Проточить уступ фасонным резцом . .	38,0 10,5	65,0 15,5	0,10 0,04	181 378	394
					1 J							
	к			|йц								
												
IV		 92-го		25			7. Нарезать	резьбу М20Х2.5 ...... 8. Отрезать деталь . .	30,0 20,0	25,6	2,0 0,07	23 376	394
За каждый оборот распределительного вала автомат нормально обраба-тывает один ролик. Следовательно, за полный оборот вала должны быть осуществлены следующие операции:
1)	освобождение прутка от зажима и подвод упора;
2)	подача прутка до упора;
3)	зажим прутка;
4)	поворот шпиндельного блока на оборота с освобождением и последующим его фиксированием;
5)	подвод инструментов к прутку на быстром ходу;
6)	выключение быстрого (холостого) хода;
7)	обработка ролика;
8)	включение быстрого (холостого) хода распределительного вала;
9)	отвод инструментов от прутка.
При составлении технологии обработки необходимо учитывать, что основным фактором, определяющим эффективное использование автоматов данного типа, является равенство продолжительности времен обработки на всех четырех позициях. Поэтому наиболее рациональной будет следующая схема обработки (см. расчетный лист—табл. XI-3).
Позиция I — центровка и протачивание прутка с продольного суппорта, подрезка торца и обтачивание уступа ролика с поперечного суппорта;
Позиция II — дальнейшее обтачивание прутка и сверление под резьбу с продольного суппорта, протачивание фасонным резцом с поперечного суппорта;
Позиция III — сверление отверстия меньшего диаметра быстросверлильным приспособлением продольного суппорта, окончательное обтачивание уступов ролика с поперечного суппорта;
Позиция IV — нарезка резьбы резьбонарезным приспособлением, отрезка ролика.
При выборе скорости резания обычно ориентируются на наиболее нагруженный инструмент. Для нашего случая таким инструментом является фасонный резец (позиция II). По этому резцу выбираем v = 32 м/мин.
Частота вращения шпинделей
ЮООу
Пш~~ nd
1000-32
3,14-80
= 127,2 об/мин.
Заполнение расчетного листа наладки начинаем с определения величины ходов инструментов. Рабочий путь продольного суппорта определяется по наибольшему пути одного из его инструментов. Таким инструментом является сверло диаметром 17,3 мм. Учитывая зацентровку глубиной 5,5 мм, произведенную на позиции I, величину зазора А = 3,5 мм и конус сверла, получим /прод = 60 + 4 + 3,5 — 5,5 = 62 мм. Проходной резец позиции I будет протачивать пруток на меньшем пути, т. е. 50,5 мм, хотя его общий путь составит также 62 мм.
Путь сверла диаметром 15 мм
/св = (97 + 4,35) — 65 + 1,65 == 38 мм, где 4,35 мм — высота конуса сверла диаметром 15 мм;
65 мм - глубина отверстия, полученного сверлом диаметром 17,3 мм; 1,65 мм — зазор А.
Метчик пройдет путь
ZMeT4 — 25 + 5 = 30 мм,
где 5 мм — зазор А, равный двум шагам резьбы.
4 Рабочий ход инструментов поперечных суппортов
= 53-22	1>5 з 20 мм>
где 1,5 мм ~ величина перебега подрезного резца за кромку центровки диаметром 22 мм:
3 мм — зазор Д.
По аналогии
.	78 — 62 • о « 1
Zjj = — ---р з ~ 11 мм:
/ш =--------+ 1,5 = 10,о мм,
где 1,5 ям — зазор Д.
Так же
ZIV ==	4- 1,5 = 20 мм.
Перемещение продольного суппорта обеспечивается постоянными кулачками. При этом величина рабочего и холостого ходов устанавливается по шкале привода продольного суппорта.
Заполним графу 5 расчетного листа. Для этого выберем из набора те кулачки, которые имеют подъем, равный или ближайший больший по отношению к подсчитанным рабочим ходам. Так, для продольного суппорта установим ход /2прод = 65 мм, для поперечного суппорта позиции I — 20 мм; позиции II — 12 мм; позиции III — 12 мм; позиции IV — 20 мм.
Учтем далее передаточные числа рычагов привода поперечных суппортов, для верхних поперечных суппортов (позиции I и II) это число равно 8 : 7, а для верхних позиции III и IV 9 : 7. Таким образом, в графу 5 расчетного листа запишем рабочие ходы суппортов:
1\ = 20--^- = 22,8 мм; Гц = 12*-у- = 13,7 мм; 1{п = 12*-^- == 15,5 мм;
Zfv = 20--|- = 25,6 мм.
В графу 6 расчетного листа занесем подачи для каждого перехода. Предварительно, пользуясь справочниками по режимам резания, установим, что для данной обработки при продольном обтачивании и сверлении = = 0,15 — 0,2 мм/об, при обтачивании узкими фасонными и отрезке отрезными резцами s2 = 0,054-0,07 мм/об, при обтачивании широкими фасонными резцами s3 = 0,034-0,04 мм/об. Выбор подач проведем на основании ориентировочного подсчета количества оборотов на каждую операцию по формуле ппрод = 0^5 = 371 об;
=-W =380 об: ^=w = 392 o6; «3=wr3I0°6;
п4 = -^-=365 об.
Наладка автомата может считаться правильной, если разница между полученными числами оборотов невелика. Если это условие не соблюдается, необходимо составить новый технологический процесс.
Все кулачки постоянного набора имеют угол а = 150°. Поэтому за время поворота распределительного вала на этот угол шпинделя сделают вполне определенное количество оборотов, определяемое кинематической связью шпинделей и вала (см. рис. Х-15). При этом из всех подсчитанных выше оборотов шпинделей нужно выбрать наибольшее и по табл. XI-4 подобрать ближайшее к нему.
Наибольшим является 392 об, ближайшее большее по табл. XI-4 п — = 394 об, что обеспечивается установкой на гитаре подач колес
с± аг ____ 24	42
"51	42 в
Это количество оборотов должно быть занесено в графу 8 расчетного листа. Окончательный выбор подач производится по таблицам, приведенным в паспорте автомата.
Для продольного суппорта при подъеме кулачка 10.мм и~ сменных коле-24	42
сах -= • подача составит 0,026 мм/об. При рабочем ходе 65 мм подача Ы 42
0,026-65 п w snp ~	— = 0,17 мм/об.
Для нижнего поперечного суппорта при подъеме кулачка 10 мм подача $ ~ 0,03 мм/об, а при подъеме кулачка 20 мм
S[ = Т’03,20- = 0>06 мм/об_
Аналогично
s„ =	= 0,036	0,04 мм/об;
Sin = -4^41 = 0,036 0,04 мм/об;
sIV = °-0^-2°. == 0,068 0,07 мм/об.
Полученные данные занесем в графу 6 расчетного листа.
В графу 7 заносятся прокорректированные количества оборотов. Например,
Определим также количество оборотов, затрачиваемых при работе сверлом диаметром 15 мм быстросверлильного приспособления. Скорость резания при сверлении примем 13 м/мин. Частота вращения сверла
1000-13
П..п = -344715- — об/мин.
Таблица XI-4
Таблица настройки цепи подач автомата 1265
Сменные зубчатые колеса гитары подач	«1	26	28	30	•33	35	37	40	42	44	47	49	51	54
	by	58	56	54	51	49	47	44	42	40	37	35	33	30
Частота вращения	При q _ 24 dY “ 51	880	790	710	610	552	502	434	394	359	310	282	256	220
	При q _ _51_ dr ~ 54	195	170	157	135	122	112	96	87,5	79,5	69	62,5	56,6	48,5
Механизм
Угол поворота в град
Продольный суппорт ' Нижний передний попе речкыи суппорт (поз.и) Нижний задний поперечный суппорт (поз.Н!
Верхний задниц поперечный суппорт (поз. 111)
Верхний передний поперечный суппорт (поз. !У)
Подача прутка ~ Зажим прутка Упор прутка Подъём барабана Поборот барабана Фиксация барабана Выключение подачи Включение ускоренного вращения распредели -тельного Вала
°	60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
“3g 46°'\ JhF'
47°
165',
т{
381
82\
И101
Включение 66°,
.'Рабочий ход^ ^Ра^очиа ход. ^PfiKnutiti упд
, Рабочий ход
213^-----^Рабочцй ходу
1	^й°	, Рабочий ход
P't' i ।
175
165°^ Поддрд
175
?.13°-
160°Ъ^£1
18’/
тай
Выключение
J„i J , I J



Рис. XI-И. Циклограмма автомата 1265
Коэффициент приведения
с == 128. = 0,464.
^СВ	0
Полученный коэффициент необходимо прокорректировать в соответствии с имеющимися значениями на автомате. Эти значения составляют ряд: 0,348; 0,365; 0,382; 0,405; 0,445; 0,476; 0,5; 0,525; 0,55; 0,562. Ближайшим к подсчитанному значению будет С' = 0,476.
Приняв подачу при сверлении SCB = 0,1 мм/об, получим
nCB = -bt с' = -Д- 0,476 = 181 об. св s 0,1
Аналогично определим частоту вращения при нарезании резьбы. Приняв °нар = 6 М/МИН, ПОЛУЧИМ
^резьбы —
= 80 об/мин.
0,1т: • ZU
Коэффициент приведения

^резьбы
презьбы *0
После корректировки по паспорту автомата Срезьбы ~ 1,54.
Количество ниток с учетом зазора Л составит г — 15, поэтому количество оборотов для резьбонарезания будет 15 1,54 = 23 об.
Ясно, что нарезание резьбы, так же как и вывинчивание метчика, будет полностью совмещено с отрезкой.
На рис. XI-11 производительность
показана циклограмма работы автомата. Цикловую автомата подсчитаем по формуле
Q =_____
Чц + 1 ’
К = 5™- =	= 0,325 шт./мин.
72р	оУ4
Из паспортных
данных находим ZXn — 3,5 с — 0,0585 мин.
^ц— 0,325-0,0585+ 1 ~ °’32 шт-/мин-
Фактическая производительность при коэффициенте использования цио = 0,8 Q ~ Qu.'Hhc ” 0>32 0,8 = 0,26 шт./мин.
Разработка и внедрение высокопроизводительных технологических процессов обработки позволяют создавать принципиально новые наладки автоматов, которые обеспечивают существенное повышение их производительности.
При обработке подшипниковых колец из штучных заготовок (поковок) традиционным является последовательная обработка на двух многошпиндельных автоматах при зажиме в патроне (операция
этих циклов выдается
I) и на оправке (операция II); в результате двух
одно внутреннее или одно наружное кольцо.
Применение поковки в виде стакана, которая является заготовкой сразу для двух колес (рис. XI-12), позволяет коренным образом изменить наладку автомата. Заготовка закрепляется в патроне первого станка (рис. XI-13, а) узким концом (поз. I), благодаря этому производится не только полная обработка наружного кольца, но и обработка базовых поверхностей внутреннего кольца. На поз. 5а отрезной резец поперечного суппорта разделяет оба кольца, однако большое кольцо не падает, так как предварительно надевается на отделочный шпиндель (поз. 56), благодаря этому производится обработка последней из четырех фасок наружного кольца. На поз. 6 первого станка обрабатываются торец и фаска внутреннего кольца, после чего кольцо сбрасывается в отводной лоток.
Второй станок, также оснащенный автооператором для автоматической загрузки и выгрузки, производит остальные операции обработки (рис. XI-13, 6). Рабочий цикл первого станка 7\ = 9 с, второго Т2 — 4,7 с. Таким образом, два станка первой операции и один станок второй обеспечивают производительность О = 700 “750 комплектов колец в час. Технологический процесс и наладки разработаны фирмой Amtec-France (Франция) для токарных автоматов New Britain.
§ 3. ПРОГРАММИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ЦИКЛА СТАНКОВ С ЦИКЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
*
В станках с Цикловым программным управлением последовательность выполнения рабочих и холостых движений рабочего цикла задается обычно вставлением штекеров в контактные гнезда коммутатора, а величина перемещений — расстановкой упоров либо на специальных барабанах, либо непосредственно на станке, либо на специальных линейках (см. § 5 гл. VII).
Программирование рабочего цикла содержит те же основные этапы, что и для станков-автоматов с распределительным валом, а именно: проектирование рабочего цикла (разработка технологического маршрута, выбор методов и режимов обработки, составление расчетного листа наладки, построение циклограммы) и проектирование программоносителей (перфокарты — шаблона для штекерной панели и системы упоров на координатных линейках). Первый этап, как правило, выполняется по тем же правилам, как и для автоматов с распределительным валом (выбор режимов обработки, расчет величины рабочих и холостых перемещений механизмов и т. д.), с тем, однако, отличием, что системы программного управления позволяют назначать режимы независимо для каждой операции, что существенно
56
a)
б)
Рис, XI-13. Наладка многошпиндельных автоматов на обработку комплекта колец подшипника
Рис. XI-14. Технологическая схема обработки тормозного шкива
повышает интенсивность обработки и производительность машин. Поэтому расчетный лист наладки имеет несколько иной вид и содержит дополнительный объем информации.
Пример расчета программы токарно-копировального многорезцового станка с цикловой системой программного управления на обработку типовой детали-шкива, показанного на рис. XI-14, а. Согласно технологическому маршруту, на данном станке при закреплении детали в кулачках по внутренней поверхности обода должны быть произведены операции обтачивания наружной поверхности, прорезки канавки, проточки торца и фасонирования (рис. XI-14, б). Полуавтомат имеет суппорт, обладающий возможностями продольных и поперечных перемещений; на верхней части суппорта смонтировано гидрокопировальное приспособление. Кинематика станка предусматривает четыре диапазона частот вращения (ид = = 100 об/мйн, = 140 об/мин, пБ — 200 об/мин, Пг = 280 об/мин) и соответственно четыре диапазона подач («д == 0,16 мм/об, $Б = 0,22 мм/об, $Б = 0,32 мм/об, = 0,45 мм/об). Кроме того,- имеются две ускоренные подачи для холостых ходов (vt = 25 мм/с, v2 — 50 мм/с). Первый этап программирования в соответствии с выбранными методами и последовательностью обработки состоит в разработке траектории, выборе направления и величины перемещений суппорта, выборе режимов обработки.
Принимаем последовательность операций (I—IV) согласно технологической схеме, приведенной на рис. XI-14, б, откуда и рассчитываем траекторию перемещения суппорта, начиная с исходного положения, когда суппорт отведен в правое крайнее положение. Резец установлен на глубину резания для обтачивания (Z) наружной поверхности (положение /; рис. XI-15). Первое перемещение — быстрый подвод резца в исходное положение 2, далее движение производится со скоростью рабочей подачи в точку 5, что соответствует окончанию операции / (см. рис. X1-14, б). Расположение инструмента на суппорте должно быть такое, чтобы в этот момент второй, прорезной резец оказался точно по оси шкива. Далее должен следовать поперечный ход из точки 3 в точку 4
на величину и со скоростью, необходимой для прорезки канавки глубиной 1 мм (см. рис. XI-14, б). Затем следует отвод суппорта, который должен быть выполнен на малой скорости, так как одновременно подводится гидрокопировальное приспособление с третьим резцом. В точке 5 начинается проточка торца до точки б, где третий резец выходит из зоны обработки. Далее поперечная подача между точками 6 и 7 (см. рис. XI-15) может быть для сокращения цикла совершена на скорости холостого хода, после чего снова вступает в действие третий резец — при поперечном ходе суппорта из точки 7 в точку 8 происходит с помощью приспособления обтачивание по копиру. Далее следует на большой скорости возврат суппорта в продольном направлении до точки 9 и возврат в поперечном направлении до исходной точки. Для увеличения точности поперечного положения, что определяет размер обрабатываемого наружного диаметра, большая часть хода (до точки 10) совершается быстро, остальная— медленно до точки 11, которая должна совпасть с исходной точкой 1 замкнутой траектории перемещения суппорта.
Рис. XI-15. Траекторий перемещения суппорта станка
Следующим этапом программирования является определение величины всех ходов согласно разработанной траектории движения суппорта (см. рис. XI-15), которая состоит из десяти рабочих и холостых перемещений. Первоначальное расстояние между первым инстру?.. ментом и заготовкой (50 мм) выбираем из условия удобства снятия и закрепления заготовки и доступности инструмента. Из них последний отрезок (предварительный зазор Аг = 2. мм)-должен быть во избежание поломки инструмента пройден со скоростью рабочей подачи; Отсюда G-2 = 50 — 2 = 48 мин.
Длина рабочей подачи определяется длиной обработки (см. рис. XI-14, а) плюс предварительный зазор Аг — 2 мм и перебег А2— 5:
?2-з == 2	102	5 = 109 мм.
Величина поперечного хода для получения канавки при предварительном зазоре А = = 0,5 мм будет
0,5 *4“ 1 === 1,5 мм.
Аналогично по методике, одинаковой и для автоматов других типов (см. стр. 330), рассчитываем величину остальных перемещений в прямом и обратном, продольном и поперечном направлениях. При этом должны быть выдержаны соотношения
Z8-9 = Zleg + ^2-з “ 48 + 109 — 157 мм;
то же самое для возврата суппорта в поперечном направлении. Все полученные результаты заносим в расчетный лист наладки (табл. XI-5).
Следующим этапом программирования является выбор режимов для рабочих и холостых операций цикла обработки. Согласно справочникам по режимам обработки и в соответствии с возможностями станка выбираем рабочие подачи; для фасонного обтачивания $7 = 0,16 мм/об (диапазон А), для протачивания канавки и поперечного обтачивания s3 = s5 = 0,22 мм/об (диапазон Б), для наружного обтачивания s2 = 0,32 мм/об (диапазон В), для холостых перемещений, выполняемых на малых скоростях, s4 = s10 == 0,45 мм/об (диапазон Г). Все эти данные, а также направление перемещений для каждого элемента цикла суппорта вносим в расчетный
Таблица XI-5
Расчетный лист настройки
№ операции	Наименование операций	Длина хода суппортов в мм	Подача			Скорость быстрого хода в мм/с	Частота вращения шпинделя		Число оборотов на операцию	Время на операцию	
			ю о § ю S	я я Ж	Направление		ю о § m S	я С я а и		п-	и
1	Быстрый подвод резца 1	48	-		А	<—	50	100	А						1
2	Обтачивание резцом 1 поверхности диаметром 394 мм ....	109	0,32	В			140	Б	350	150	
3	Протачивание канавки диаметром 384 мм резцом 2 		1,5	0,22	Б	t		140	Б	7	3	
4	Отвод резца 2, подвод копировального приспособления с резцом 3 		10	0,45	Г	4		140	Б	22		8,8
5	Поперечное обтачивание резцом 3 до диаметра 200 мм ...	28	0,22	Б	4		200	Б	128	32,5	
6	Быстрый подвод резца 3 для копировального обтачивания ....	57		А	4	25	10	А			2,2
7	Обтачивание по контуру резцом 3 до диаметра 394 мм 		0,56	0,16	А	4		100	А	352	212	
8	Быстрый отвод суппорта и копировального приспособления . .	157		А		50	100	А			3,1
9	Быстрый подвод суппорта 		139,5				А	f	25	100	А				5,7
10	Медленный подвод суппорта в исходное положение 		10	0,45	Г		—-	100	А	22	—-	13,2
										397,5	34
лист, сюда же заносим и выбранную скорость быстрых холостых ходов, что необходимо для расчета длительности цикла*
Частоту вращения шпинделя выбираем для каждой операции в соответствии с рекомендуемыми скоростями и диаметрами обработки, с учетом припуска. Так, для наружного обтачивания (операция 2) согласно справочникам v% = 170 м/мин. Частота вращения шпинделя
ЮООо 1000	170	1О_
п -е; ——— ~  ----j-- =137 об/мин. nd зт 398	'
По характеристикам станка выбираем п = 140 об/мин (диапазон Б). Аналогично рассчитывается частота вращения шпинделя для остальных операций: результаты заносятся в расчетный лист наладки. Так как при холостых ходах вращения шпинделя не выключается, программируем минимальную частоту (дх = п6 = п8 = п9 == пхо = 100 об/мин), что также заносится в расчетный лист наладки.
. Далее по методике, подробно рассмотренной для токарных автоматов с распределительным валом, определяем числа оборотов шпинделя для выполнения всех рабочих операций и их длительность /р. по формулам
Я._Л- / п‘
' SZ ’ ₽z пш ’
где — длина хода при данной операции в мм;
Si — рабочая подача в мм/об;
— частота вращения шпинделя в об/мин.
Все необходимые данные содержатся в расчетном листе настройки. Для наружного обтачивания шкива
^=Т- = -^ = 350 об:
, zig 350 г» е	i кл
= 140" = 2’5 мин=150 °-
Аналогично для протачивания канавки
1,5	7 .	.	7-60
"8 ““7 об; ~"но" ~3 с'
Для холостых ходов, выполняемых на быстрых скоростях, длительность определяется по формуле
х V
Для операции 1 /х = 48 мм, v = 50 мм/с, = 1 с, для операции 6	= 57 мм, v ==
— 25 мм/с, /хб = 2,2 с.
Все результаты заносятся в расчетный лист настройки, который теперь содержит весь объем информации для построения циклограммы, заполнения перфокарты, расстановки упоров на линейках, расчета ожидаемой производительности станка. Заполнение перфокарты (рис. XI-16) сводится к пробивке отверстий в соответствующих местах, куда после наложения перфокарты на панель управления будут вставляться штекеры. Левая часть панели (три вертикальные строки) заполняется в соответствии со схемой расстановки упоров согласно траектории перемещения суппорта (см. рис. XI-15). Как видно из схемы, упоры прямого и обратного хода расположены вперемежку, и при считывании их сигналов необходимо дополнительное кодирование. Так, при пуске суппорта он в первую очередь проходит над упором 2 продольной линейки (см. рис. XI-15). Его сигнал определяет отработку первой команды и поэтому должен быть подан в систему управления (отмечено пробивкой первого отверстия — на рис. XI-16 черный кружочек). Аналогично пробивается и следующее, второе отверстие, так как достижение третьего упора означает отработку операции обтачивания и переключение суппорта на поперечную подачу. Третий по очереди сигнал от системы упоров (до упора 4 при достижении заданной глубины канавки) также должен поступить в систему управления (третье отверстие пробивается) и вызвать реверс суппорта. Четвертым упором, который встретит на своем пути суппорт уже при поперечном ходе, будет упор 11, однако его сигнал не должен поступить в систему управления и вызвать новую серию команд, поэтому четвертое отверстий на перфокарте не пробивается и т. д. В соответствии с запрограммированным циклом и траекторией всего от упоров должно поступить 10 команд (9 пробивок), хотя за это время суппорт пройдет над упорами 16 раз.
В основной части перфокарты горизонтальные строки означают номера команд, вертикальные — их характер для различных управляемых механизмов и устройств станка. Для наглядности сверху или снизу перфокарты дается кодирование команд пробивкой соответствующих отверстий.
Рис. XI-16. Перфокарта с программой обработки тормозного шкива
Так, в перфокарте, показанной на рис. XI-16, где содержится программа работы по данным расчетного листа наладки, пробивки перфорации есть в первых 10 строках, т. е. запрограммированы все 10 команд на перемещение суппорта и сопутствующие им команды на приводные механизмы.
Пробивка отверстия в последнем столбце означает сигнал об окончании цикла и выключении станка, что и сделано в 10-й строке. Приведем расшифровку первой серии команд, соответствующей выполнению первой операции цикла — быстрому подводу суппорта (строки 1 в расчетном листе настройки); движение продольное, шпиндель вращается с частотой в диапазоне А, скорость подачи также в диапазоне А, движение быстрое, влево. Как только суппорт при выполнении этой серии команд дойдет до упора 2, шаговый искатель переключит управляющую систему на вторую серию команд, закодированную на второй строке перфокарты — начнется и вторая операция (обтачивание наружной поверхности).
Как видно из расчетного листа наладки, данный полуавтомат работает по группе II, так как холостые ходы от длительности обработки не зависят. Цикловая производительность определяется по формуле
о - к
Уц ЛА+1 ’
где К — технологическая производительность как величина, обратная общей длительности обработки /р; /р = 150 -f- 3 -f- 32,5 -f- 212 = 397,5 с = 6,6 мин (см. табл. Х1-5);
К — -тгз“ = 0,152 шт./мин;
6,6
/х — суммарная длительность холостых ходов, которая складывается из холостых ходов цикла обработки
(/Х1 ~ 34 с; см. табл. XI-5)
и холостых ходов на смену деталей, их зажим и разжим
e (/Х2 ~ 20 с); tx = 20 -К 34 = 54 с = 0,9 мин.
Цикловая производительность станка с программным управлением при обработке шкива
= T&Wi = 01133 шт-/мин = 8 шт-/ч-
Фактическая производительность при коэффициенте использования т|ис == 0,85
Q = фцг]ис = 0,133-0,85 ~ 0,113 шт./мин = 6,8 шт./ч.
§ 4. ПРОГРАММИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ЦИКЛА СТАНКОВ С ЦИФРОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Как сказано выше (см. гл. VII), системы цифрового программного управления бывают позиционные и контурные, которые отличаются не только структурой управления и характером подаваемых команд, но в известной степени и методами программирования рабочего цикла.
Программирование цикла станков с позиционными системами. Составление программы обработки деталей на станках, оснащенных позиционными системами программного управления, упрощается тем, что геометрические размеры детали, указанные в чертежах, могут быть непосредственно использованы для получения необходимых рабочих перемещений в станке. Следует отметить некоторую особенность программирования обработки на станках с позиционными системами управления, состоящей в необходимости задавать в каждом кадре программы большое количество цикловых команд. Огромное значение имеет выбор оптимального пути обхода инструмента от программы при обработке деталей с большим количеством отверстий, что заметно повышает производительность станков с цифровым программным управлением.
Рассмотрим методику программирования для станков, оснащенных позиционными системами управления на примере обработки отверстий в деталях типа плит. В рассматриваемом примере (рис. XI-17) в плите необходимо просверлить 9 отверстий диаметром 15А3 мм.
На первом этапе программирования инженер-технолог составляет расчетный лист настройки с указанием последовательности выполнения необходимых операций, по которой далее на перфокарте пробиваются отверстия. Величина перемещения исполнительных механизмов станка устанавливается согласно траектории их перемещений с помощью упоров на специальных линейках. Режущий инструмент выставляется и закрепляется в специальном приспособлении, которое затем устанавливается на суппорте станка. После этого на пульте управления по перфокарте устанавливаются штекеры, а на станине станка — линейки с упорами.
Когда программа обработки полностью подготовлена, составляется дополнительная технологическая карта, которая придается к магнитной ленте и поступает вместе с ней к оператору на завод. В технологической карте дается инструкция по наладке станка, указываются тип и диаметр фрезы, тип охлаждающей жидкости и задаются все остальные необходимые техноло-
гические данные.
Обработка отверстий ведется на координатно-сверлильном станке КСП с револьверной головкой. На первом этапе составления программы технолог согласно чертежу детали разрабатывает технологический процесс обработки
каждого отверстия: определяет количество необходимых переходов, назна-
чает рабочий инструмент для каждого перехода, выбирает и устанавливает
режимы обработки, режущий инструмент для каждого отверстия. Все эти данные технолог-программист заносит в технологическую карту обработки и тут же составляются эскизы обработки отверстий и эскиз размещения инструментов в револьверной головке. Эскиз обработки должен содержать начало и конец рабочей подачи инструмента, что достигается соответствующей установкой упоров для каждой позиции револьверной головки. В рассматри-
д-д
Рис. XI-17. Плита
ваемом примере обработка отверстий
Позиции tub Позиции 2и 5 Позиции Зи 6
8)
Рис. XI-18. Эскизы обработки отверстий (а) и схемы зарядки револьверной головки инструментами (б)
в плите ведется последовательно тремя инструментами: сверлом диаметром 14 мм, зенкером диаметром 14,8 мм и разверткой диаметром 15А3 мм (рис. XI-18).
Важное значение имеет выбор нулевой точки для установки инструмента перед началом обработки, системы координат в соответствии с особенностями станка и установление порядка (маршрута) обхода инструментом обрабатываемых отверстий. Эту процедуру должен выполнить технолог-программист и результаты занести в схему обхода инструментом обрабатываемых отверстий (рис. XI-19). Далее технолог заполняет таблицы координат всех узловых точек программы и указывает цену импульса, с которой должны отрабатываться перемещения станком (табл. XI-6). Затем эскизы обработки, схема обхода инструментом всех обрабатываемых отверстий и таблица координат узловых точек поступают к расчетчику-программисту (второй этап программирования), который координаты обрабатываемых отверстий пересчитывает в количество импульсов, отрабатываемых Таблица XI-6 станком для получения соответствующего
Таблица координат узловых точек программы				перемещения, и в расчете других числовых данных, содержащихся в отдельном кадре программы. Затем расчетчик-программист заносит все эти результаты в таблицу кодировки кадров программы (табл. XI-7).			
№ узловой точки	Координаты						
	X	Y					
0 1 2 3 4	о о о О’— 7741		0 г80 -200 -260 -230		1	,х 0	2
						"80		.... . .
5 6 7 8 9	—115 —115 —160 —160 —160		-170 -ПО -80 -140 -260				JT(1,2.3)	WMW zb)	zb> rh 1
							ЧЛад Ww,6) 		z-h
0	0		0				^81^,6)
Примечание. Цена импульсов по координатам 0,01 мм.				Рис. X и цикл	1-19. Схема обхода инструментов отверстий детали обработки. Маршрут обхода: 0—1 — 2—3 — 4— 5— 6—7—8—9—0		
Графа 1 таблицы кодировки кадров указывает порядковый номер кадров программы. Для обработки рассматриваемой детали требуется 13 кадров программы. Графа 2 содержит признак координаты. В станке КСП координатах обозначается через 1, координата Y — через 2, координата Z—через 4. В графу 3 заносятся величины перемещений в импульсах, которые получаются путем деления линейного приращения в миллиметрах на цену импульса. В графе 4 указывается шифр знака перемещения и условного останова: знаком «+» шифруется 0, знак «—» шифруется 1. Если возникла необходимость останова станка после отработки кадра, эти знаки шифруются через 2 и 3. В графе 5 указывают число поворотов револьверной головки. В графах 6—9 проставляются режимы обработки выбранного инструмента согласно их порядковому расположению в револьверной головке. Станок КСП позволяет автоматически выбирать по программе режимы обработки для каждого инструмента. В графе 10 указывается число повторений команд кадра программы, которые выполняет станок при обработке ряда одинаковых отверстий в детали. В графе 11 проставляется контрольное число, которое получается при делении всей суммы цифр рассматриваемого кадра на 10. Система управления станка КСП автоматически осуществляет проверку (контроль) программы по этому числу. В графе 12 указываются примечания, которые поясняют команду, заложенную в кадре.
После того как таблица кодировки кадров программы заполнена, она передается оператору (третий этап программирования), который переносит все данные программы в кодированном виде на перфоленту. Перфорирование ленты осуществляется на телеграфном аппарате СТА-2М путем построенной пробивки отверстий в соответствии с кодом 8—4—2—1. На рис. XI-20 показан второй кадр программы, нанесенный на перфоленту для станка КСП в соответствии с табл. XI-7.
Таблица XI-7 Таблица кодировки кадров программы
№ кадра	Признак координаты	Величина перемещения в импульсах	Знак перемещения и услов-i ный останов	Поворот револьверной головки	Режимы для инструмента				Повторение	Контроль	Примечания
					1	2	3	4			
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	2	08000	0	0	0	0	0	0	0	0	Подвод по Y
2	1	07000	1	1	1	1	2	0	0	4	Подвод по X и обработка отверстия 1
3	2	12000	0	1	1	1	2	0	0	0	Подвод по отверстию 2 и его обработка
4	2	06000	0	1	1	1	2	0	0	3	Подвод к отверстию 3 и его обработка
5	1	04500	1	0	0	0	0	0	0	1	Переход по X
6	2	03000	1	1	1	1	2	0	0	1	Подвод по Y и обработка отверстия 4
7	2	06000	1	1	1	1	2	0	1	5	Подвод к отверстию 5 и обработка отверстий 5 й 6 (повторение)
8	2	03000	1	0	0	0	0	0	0	6	Переход по Y
9	1	04500	1	1	1	1	2	0	0	6	Переход по X и обработка отверстия 7
10	2	12000	0	1	1	1	2	0	0	0	Подвод к отверстию 9 и его обработка
11	2	06000	0	1	1	1	2	0	0	3	Подвод к отверстию 8 и его обработка
12	2	26000	1	0	0	0	0	0	0	1	Отвод по Y в нулевую точку
13	1	16000	0	0	0	0	0	0	0	8	Отвод по X в нулевую точку
Программирование цикла станков с контурными системами. Программирование обработки деталей на станках с контурными системами программного управления требует большего объема информации и расчетов, чем для рассмотренных выше позиционных систем управления. Рассмотрим методику программирования на конкретном примере обработки кулачка (рис. XI-21) на фрезерном станке 6441 Пр.
На первом этапе программирования технолог согласно чертежу детали разрабатывает технологический процесс: выбирает инструмент, подбирает режимы обработки и вносит все данные в операционную карту обработки. Тут же составляется эскиз обработки с указанием нулевой точки для уста-
(8)	(В) (2) (1)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 74 16	О	о	О	О	© О	о	О	О	О о	о	е	©	® О	О	О	О	О О	О	О	О	О О	О	О	О	О о о	О	О	О	© о	О	О	О	© о	СХ-	о	О	@ О	о	О	®	О О	о	О	О	О О	о	О	О	О О	о	®	О	О ©	о	Признак координаты I Величина > перемещения в импульсах J Знак перемещения '--УслоВный останов Поборот реВоль - 'l Верной головки > Режимы инструментов 1-ь Повторение ковра Контроль Конец кадра
новки инструмента перед началом обра-Рис. XI-20. Кадр программы для по-зиционной системы программного уп- ООТКИ.
равления	Затем технолог-программист выбирает
траекторию перемещения инструмента, систему координат и узловые точки эквидистанты. Затем проставляются номера и координаты узловых точек траектории движения инструмента в соответствующую таблицу (табл. XI-8), в которой указывается цена импульса, допуск на аппроксимацию траектории и подачу инструмента на каждом участке траектории перемещения инструмента. Далее эти данные от технолога-программиста направляются к расчетчику-программисту. Наиболее часто в основу программирования рабочих ходов инструмента кладется метод линейной аппроксимации эквидистанты контура обрабатываемой детали, заданного функцией f (х). Длина прямолинейного участка эквидистанты выбирается в зависимости от заданной точности 6 (рис. XI-22). В результате аппроксимации эквидистанта ф (х) будет представлена в виде элементарных участков с приращением Дх и Дг/.
Угол (шаг) аппроксимации окружности
D __ g
Дф = 2 arccos -—
(ХЬ6)
где 6 — допуск на аппроксимацию; R — радиус эквидистанты.
а — рабочий чертеж; б — траектория движения инструмента с указанием узловых точек обработки
Таблица координат узловых точек
Таблица XI-8
Участок	Вид кривой	Координаты конца участка			Подача в мм/мин
		X	У	Z	
0		—45	4-25	0	
0—1	Прямая	—28	+ 19	—22	600
1—2	Прямая	—28	—19,32	—22	50
2—3	Прямая	4-31,44	—60,30	—22	50
3—4	Окружность (2?~68 мм)	4-68	0	—22	50
4—5	Прямая	4-68	+ 11	—22	50
5—5	Прямая	4-68	+ 11	0	600
5—0	Прямая	—45	+25	0	600
Примечания: 1. Цена импульса по координатам X, Y, Z 2. Допуск на аппроксимацию 0,02 мм.				0,02 мм.	
Вычисленное значение Лф округляется до целого значения числа. В рассматриваемом примере угол аппроксимации берется равным 3°. Далее для каждого значения угла аппроксимации рассчитываются величины Я cos ф и R sin ф в импульсах и определяются приращения координат:
Дх£. = 7? cos ф/+1 — У? cos фг-;
Аг/(. = 7? sin <рг — R sin <pz+1.
Полученные величины вносятся в таблицы аппроксимации окружностей отдельно для каждой окружности. Зная координаты узловых точек и данные по аппроксимации окружностей, расчетчик-программист составляет таблицу кодировки программы (табл. XI-9). В графе 1 указываются порядковые номера кадров. В нашем случае для обработки детали требуется 34 кадра. В графах 2—4 указываются приращения координат опорных точек в импульсах, определяемых по формулам:
= | xt — Xi_i |: 6;
где 6 —цена импульса.
В графе 5 проставляется шифр знака перемещения рабочего инструмента в соответствии с выбранным кодом. В графах 6—-8 указываются шифры
Рис. XI-22. Схема аппроксимации контура обрабатываемой детали прямолинейными отрезками
Рис. XI-23. Кадр программы интерполятора ИЛ-2 последовательного способа ввода информации (при трехкоординатной обработке)
Чет. (8)	(4) (2) (1)
Множитель частоты
Повторение
2
3
4
5 6
7
8 9
W 77 12 13 74 Ц 16 П 18 19
ДХ
Z1Z
Знак
— Условный к останов
\ Частота \ отработки ^Торможение ^Пропуск
У
Таблица кодировки программы
! кг ! № кадра	Приращения координат опорных точек			Шифр знака перемещения стола	Шифр множителя частоты	Шифр вобранной частоты	Шифр команды торможения	Число повторений кад- ра	Примечание
	Дх i		Дз?						
1	2	3	4	5	6	7	8	9		10
1	0 7 0 1	0 2 4 8	0 9 0 9	3	4	4	2	0	х~ -4-850
2	0 14 9	0 0 5 2	0 19 2	з	2	2	1	0	z/=—300
3	0 0 0 0	18 9 5	0 0 0 0	2	8	2	2	0	^=—1916
4	0 0 0 0	0 0 2 1	0 0 0 0	2	2	2	1	0	
5	2 9 5 5	2 0 3 7	0 0 0 0	2	8	1	2	0	£=4-2972
6	0 0 17	0 0 12	0 0 0 0	2	2	2	1	0	£/=—2049
7	0 12 8	0 0 7 1	0 0 0 0	0	4	2	8	0	
8	0 15 2	0 0 9 3	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
9	14 6 0	0 10 0	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
10	0 14 2	0 10 9	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
11	0 13 5	0 115	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
12	0 12 9	0 12 3	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
13	0 12 3	0 12 9	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
14	0 115	0 13 5	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
15	0 10 9	0 14 2	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
16	0 10 0	0 14 6	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
17	0 0 9 3	0 15 2	0 0 0 0	0	4	2	4	0	х=4-1828
18	0 0 8 5	0 15 6	0 0 0 0	0	4	2	4	0	г/=4-3015
19	0 0 7 7	0 16 1	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
20	0 0 6 8	0 16 5	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
21	0 0 6 0	0 16 7	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
22	0 0 5 0	0 17 1	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
23	0 0 4 2	0 17 3	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
24	0 0 3 2	0 17 5	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
25	0 0 2 3	0 17 7	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
26	0 0 14	0 17 7	0 0 0 0	0	4	2	4	0	
27	0 0 0 5	0 15 7	0 0 0 0	0	4	2	6	0	
28	0 0 0 0	0 0 2 1	0 0 0 0	0	2	2	1	0	
29	0 0 0 0	0 5 2 9	0 0 0 0	0	4	0	8	0	(/=4-550
30	0 0 0 0	0 0 2 1	0 0 0 0	0	2	2	1	0	
31	0 0 0 0	0 0 0 0	0 8 5 0	0	4	5	8	0	
32	0 0 0 0	0 0 0 0	0 2 5 0	0	2	2	1	0	х=4-1100
33	5 4 3 2	0 6 7 3	0 0 0 0	0	4	5	8	0	565
34	0 2 18	0 2 7 0	0 0 0 0	0	4	3	2	1	//=4-700
выбранной частоты отработанных кадров (импульсов) и знака торможения. Частота обработки кадров (импульсов)
= (ХЬ7) где s —подача в имп/с.
Для уменьшения влияния динамических ошибок на участках с резким перепадом скоростей обычно выделяются дополнительные участки для плавного торможения, которые вносятся в таблицу в виде отдельных кадров. В отечественном интерполяторе ИЛ-2 торможения осуществляется автоматически, для этого в графе 8 проставляется цифра, которая при заданной частоте интерполятора не отрабатывается.
В рассматриваемом примере кадры торможения для участков 0—-1, 1—2, 2—3, 4—5, 5—5, 5—0 введены в табл. XI-9 (см. также табл. XI-8). Время, 352
необходимое для торможения, может находиться в диапазоне 0,5 —А с и устанавливается на интерполяторе путем переключения тумблера. При наличии команды торможения скорость подачи в данном кадре автоматически снижается до величины, в десятки раз меньшей, чем та, которая указана в кадре. Но уже в следующем кадре она опять автоматически повышается до указанного значения.
При наличии в графе 6 нечетной цифры интерполятор после отработки данного кадра автоматически останавливается (условный останов), при этом единица, добавляемая в задании множителя частоты (графа 6), а также в графе 8, не отрабатывается интерполятором.
В графе 9 проставляется число повторений кадров, которое сокращает длину и упрощает контроль программы. Заполненная таблица кодировки кадров затем передается оператору, который наносит эту программу в кодированном виде на перфоленту. Перфорация осуществляется при помощи стандартного телеграфного аппарата СТА-2М. Программа наносится на перфоленту построчно, и каждая цифра пробивается на перфоленте в коде 8—4—2—1.
Для контроля программы на нечет на последней дорожке перфоленты пробивают отверстия. На рис. XI-23 приведен пример кадра программы для интерполятора ИЛ-2, что соответствует кадру 1 по табл. XI-9.
Если станок оснащен системой непрерывного управления, работающей от магнитной ленты, то с помощью интерполятора ИЛ-2 осуществляется передача рабочей программы на магнитную ленту, что соответствует четвертому этапу программирования. Готовая записанная лента проверяется на устройстве контроля программы, а затем поступает на станок.
12 Г. А. Шаумян
Глава ХП
МЕХАНИЗМЫ РАБОЧИХ ХОДОВ АВТОМАТОВ
§ 1. ТИПЫ ЦЕЛЕВЫХ МЕХАНИЗМОВ
Как указывалось в гл. IV, любой технологический процесс состоит из отдельных элементов —операций, которые совершаются исполнительным механизмом рабочей машины. В автоматических рабочих машинах исполнительный механизм должен обеспечить движения, непосредственно связанные с технологией обработки данной детали (рабочие ходы), и движения, подготовляющие условия для совершения рабочих ходов (холостые ходы). Для выполнения отдельных элементов технологического процесса и частных движений рабочего цикла служат целевые механизмы машины.
Отдельные целевые механизмы автомата должны быть взаимно увязаны как в пространстве, так и по времени работы для осуществления рабочего цикла без вмешательства человека. Весь комплекс взаимно увязанных целевых механизмов и образует исполнительный механизм рабочей машины. В автоматической рабочей машине исполнительный механизм занимает главенствующую роль как по количеству и сложности входящих в него механизмов, так и по их значению.
В настоящей главе рассматриваются частные механизмы автоматов, которые названы целевыми механизмами. Расчленяя все разнообразные исполнительные механизмы по их целевому назначению, можно найти общие принципы их конструирования и тем облегчить их выбор при проектировании автоматов различного назначения.
Однако при расчленении исполнительного механизма на отдельные целевые механизмы не следует их полностью изолировать друг от друга, так как нередко сложность конструктивного решения целевых механизмов зависит не столько от самого механизма, обеспечивающего выполнение данной операции, сколько от необходимости связать действие этого механизма с действиями остальных целевых механизмов во времени и в пространстве.
Практика автоматостроения показывает, что для выполнения одних и тех же действий в однотипных машинах существует большое количество типов целевых механизмов. Более того, даже в пределах одной и той же машины для выполнения одного и того же действия существует несколько типов целевых механизмов. Целевые механизмы автомата можно разбить на две группы.
Целевые механизмы для совершения рабочих ходов. К этому типу относятся все механизмы, непосредственно выполняющие операции по обработке данной детали и обеспечивающие рабочие движения детали и рабочих органов (суппорты, приспособления и т. д.).
Целевые механизмы рабочих ходов, как правило, несут на себе рабочие инструменты (суппорты одношпиндельных и многошпиндельных автоматов, агрегатные головки, различные приспособления), однако нередко целевые механизмы рабочих ходов служат и для закрепления заготовки (шпиндельные бабки автоматов фасонно-продольного точения, столы копировально-фрезерных полуавтоматов и станков с программным управлением и т. д.).
Термин «целевой механизм рабочего хода» не следует понимать формально. Эти механизмы нередко совершают и часть холостых ходов, например, быст-354
рый подвод и отвод инструментов, однако их основные функции заключаются в выполнении технологических операций обработки, контроля, сборки.
Целевые механизмы для совершения холостых ходов. К этому типу относятся целевые механизмы, выполняющие все холостые операции, не связанные с непосредственной обработкой детали и несущие функцию подготовки условий для осуществления рабочих ходов. К механизмам для совершения холостых ходов относятся механизмы питания, механизмы автоматического зажима заготовок, механизмы поворота и фиксации и т. д. Особое место занимают транспортирующие механизмы’автоматических линий. Все целевые механизмы холостых ходов связаны с операциями перемещения и закрепления обрабатываемой заготовки.
Анализируя целевые механизмы рабочих ходов, можно заметить, что их конструктивная общность наблюдается, как правило, только в пределах данного вида машин одинакового технологического назначения (токарных, шлифовальных, контрольных и т. д.). Наиболее распространенными типами автоматов и полуавтоматов в машиностроении являются в настоящее время токарные (для тел вращения) и агрегатные (для деталей, неподвижных при обработке). Поэтому наиболее типовыми механизмами рабочих ходов являются суппорты и силовые агрегатные головки. Их рассмотрению и анализу и посвящена настоящая глава.
Более широкую общность, как и механизмы управления (см. гл. X), имеют механизмы холостых ходов, где идентичные конструктивные решения можно применять в автоматах самого различного назначения (обрабатывающих, контрольных, сборочных). Эти механизмы рассмотрены в гл. XIII и XIV.
§ 2. СУППОРТЫ АВТОМАТОВ
Суппорты автоматов являются типичными целевыми механизмами рабочих ходов обрабатывающих автоматов, которые осуществляют перемещения инструмента согласно технологическому процессу обработки данной детали.
В технической литературе название «суппорт» используется в основном применительно к соответствующим целевым механизмам токарных полуавтоматов и автоматов (рис. XI1-1, а, б), расточных, протяжных, зубообрабатывающих станков и т. д. Однако в соответствии с вышеприведенным определением суппортов, которое выявляет самые общие черты определенной группы целевых механизмов, к суппортам необходимо отнести шлифовальные бабки шлифовальных станков и автоматов (рис. XII-I, в, а), ползуны зуборезных станков (рис. XI1-1, д), а также многочисленные механизмы рабочих ходов неметаллорежущих автоматов.
В универсальных автоматах и полуавтоматах, где технологический процесс не является стабильным, технологические возможности, которые обеспечивают суппорты автомата, в большой степени определяют универсальность всей машины.
При проектировании суппортов универсальных автоматов необходимо оценить те типовые технологические процессы, которые предполагается осуществлять на данном автомате, и в зависимости от этого предусмотреть число суппортов, их расположение, траектории рабочих и холостых перемещений и скорости этих перемещений.
Возможность при данных суппортах совмещать отдельные операции, совершать холостые перемещения в минимальное время, обеспечивать требуемые режимы обработки оказывает решающее влияние на скорость протекания всего технологического процесса, т. е. на производительность автомата. В тех случаях, когда суппорты не могут обеспечить осуществление всех операций заданного технологического процесса, применяются револьверные головки и различные приспособления.
Типы суппортов. Суппорты автоматов и полуавтоматов отличаются большим разнообразием конструкций, что объясняется принятыми методами
Рис. XI1-1, Суппорты автоматов различного технологического назначения
обработки, технологическими возможностями и типом производства (серийностью). В зависимости от числа обслуживаемых рабочих шпинделей различают одно- и многопозиционные суппорты. И те и другие в зависимости от числа и направления движений относительно обрабатываемых деталей могут быть продольными, поперечными и крестовыми. Многопозиционными являются все центральные продольные суппорты многошпиндельных станков и некоторые из поперечных. По кинематике движений различают суппорты с возвратно-поступательными движениями (плоские), качающиеся (рычажные) и вращающиеся (круговые). В зависимости от размещаемых на суппортах инструментальных позиций широко используются как одно-, так и многоинструментальные суппорты. Последние, в свою очередь, в зависимости от характера подвода инструментов в рабочую зону могут быть многорезцовыми (с одновременной подачей инструментов), револьверными (с параллельнопоследовательной подачей) и круговыми (с непрерывной подачей).
В зависимости от направления движения относительно заготовки различают поперечные и продольные суппорты. Последние, в свою очередь, можно разделить на суппорты для осевого перемещения инструмента (расточные и внутришлифовальные полуавтоматы) и суппорты для продольного и фасонного обтачивания (многорезцовые, многошпиндельные, гидрокопиро-вальные полуавтоматы и автоматы).
Важной характеристикой суппорта является цикл его работы, совокупность движений, совершаемых им во время рабочего и холостого хода, определенных во времени и пространстве.
На рис. XI1-2 показаны типовые циклы работы суппортов токарных автоматов и полуавтоматов. Наиболее простым циклом обладают поперечные суппорты. Цикл обычно состоит из быстрого подвода инструмента к детали, рабочего хода (фасонное обтачивание, отрезка, подрезка) и быстрого его отвода 356
(цикл /). При фасонном обтачивании для зачистки поверхности часто в конце рабочего хода необходимо дать выдержку (цикл 2). В автоматах фасоннопродольного точения, где продольное обтачивание совершается с поперечных суппортов путем осевого перемещения заготовки, цикл суппорта состоит обычно из быстрого подвода, выдержки и быстрого отвода (цикл 5). В тех случаях, когда на этих автоматах обрабатываются ступенчатые детали с подрезкой торцов, цикл поперечного суппорта состоит из чередующихся рабочих перемещений для торцевания, выдержек для продольного обтачивания и их холостого подвода и отвода инструмента (цикл 4). При обработке торцов после рабочего хода часто приходится инструмент отводить от детали, чтобы при обратном ходе он не сделал риски на обработанной поверхности (цикл 5). Цикл 6 встречается в поперечных суппортах автоматов фасонно-продольного точения при обтачивании и снятии фаски на конце детали. В многорезцовых полуавтоматах поперечный суппорт иногда может быть приспособлен для обтачивания конусов (внутренних и внешних) с большим углом при вершине (цикл 7).
Продольные суппорты имеют циклы, во многом сходные с циклами поперечных суппортов. Особый характер имеют циклы 3 и 4. Первый из них может иметь место, например, при сверлении двух стенок, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Второй цикл —сверление глубоких отверстий с выводом —применяется в агрегатных станках.
Суппорты для комбинированного обтачивания имеют большое разнообразие циклов. Наиболее простым будет подвод инструмента к детали, обта-
Рис. XI1-2. Типовые циклы движения суппортов: а — поперечные суппорты; б — продольные суппорты; в —_ суппорты для комбинированной обработки
Рис. XI1-3. Перемещения рабочих инструментов при обработке кольца шарикоподшипника:
а — на токарном многошпиндельном автомате; б — на автомате попутного точения; 1—20	номера резцов
чивание и быстрый возврат в исходное положение (цикл /). Траектория обратного отвода может быть самого различного характера и зависит от типа механизма, применяемого для этой цели. При необходимости обработать торец в конце хода дается выдержка (цикл 2); в этом случае отвод инструмента должен быть таким, чтобы не испортить ни цилиндрической, ни торцовой поверхности. При обработке валов одновременно несколькими резцами необходим .рабочий ход для врезания в деталь (цикл 5). При обтачивании фасонных поверхностей суппорт должен перемещаться по соответствующей траектории (цикл 4). Для ступенчатых деталей, когда обрабатываются цилиндрическая часть и торцы, суппорты перемещаются по циклу 5.
Переход от одноинструментальной обработки к многоинструментальной и многопозиционной, дифференциация и концентрация операций приводят к упрощению цикловых движений. Из рис. ХП-3, а видно, что полная обработка наружной поверхности кольца подшипника на многошпиндельном автомате осуществляется простыми цикловыми движениями пяти суппортов. Применение круговых суппортов еще более упрощает цикл (рис. ХП-3, б).
Рассмотренные циклы являются типовыми и не исчерпывают всего многообразия циклов, применяемых и необходимых для осуществления заданного технологического процесса автоматов различного технологического назначения. Так, в неметаллорежущих автоматах нередко инструмент совершает движение по сложным пространственным траекториям, получаемым обычно в результате кинематического сочетания простых движений.
Компоновка и конструкция суппортов. Конструкция суппорта определяется его технологическим назначением и зависит от типа привода, направляющих, передаточного механизма, регулировочного устройства и способа закрепления инструмента. На конструкцию суппорта существенное влияние оказывают ступень сложности цикла, сила подачи, количество режущих инструментов, требуемая точность обработки и возможность использования при проектировании унифицированных узлов и деталей.
Понятие «компоновка» в применении к суппортам включает вопросы пространственного расположения суппорта в автомате, определяемого общим количеством суппортов и их связью в процессе обработки. При этом надо учитывая требования удобства и быстроты обслуживания при переналадке 358
Рис. XII-4. Компоновочные схемы поперечных суппортов токарных автоматов:
а — автоматы фасонно-продольного точения; 1 — 1Б10П; 2 — 1П25; 3 — Tornos* 4 — 111П- б — токарно-револьверные автоматы; 1 — 1А118; 2—1125; 3 — 1Б140; 4 — DAR-50;’ в — многорезцовые полуавтоматы; 1 —-DF-315; 2	АТ-250П; 3 —-Wickman; 4 — Ikegal; г — четырехшпиндельные авто-
21°"4’ Л 77.г-1А-240-4; 3 — New Bretain; 4 — 1262 М; д — шестишпиндельные автоматы; 1 — ДАМ 6X25; 2	1А225-6; 3 — 1А240-6; 4 — 1265ПМ-6; е — восьмишпиндельные автоматы* 1— New
Bretain 816; 2 — 1265-8; 3 — New Bretain 826; 4 — Acme Gredley RR
и максимально возможного упрощения конструкции всей суппортной группы. Таким образом, компоновка и конструкция суппорта находятся во взаимной связи и при проектировании эти вопросы необходимо рассматривать в комплексе.
Различные схемы компоновки суппортов одношпиндельных и многошпиндельных автоматов и полуавтоматов показаны на рис. XI1-4. Фасонно-отрезная работа требует 2—4 поперечных суппорта, фасонно-продольная—4—7 (один из них продольный), а токарно-револьверная —3—6.
₽ис. хп-5. Суппорты автомата 1Б125	Особенно важно рациональное вза-
имное расположение суппортов в многошпиндельных автоматах. Лучше всего зарекомендовал себя центральный продольный суппорт, обеспечивающий наилучшую соосность между инструментальными и рабочими шпинделями и обслуживающий все позиции. Число поперечных суппортов обычно равно или на единицу меньше числа шпинделей.
Суппорты желательно иметь с независимой подачей. Для первых черновых операций суппорты должны быть более жесткими и массивными (обычно это нижние суппорты). При рассмотрении схем и конструкций суппортов автоматов обращает на себя внимание чрезвычайно большое их разнообразие. Рассмотрим некоторые типовые конструкции.
В фасонно-продольных автоматах (рис. XI1-4, а) классическими являются конструкции трех верхних плоских суппортов, одного нижнего качающегося суппорта-балансира с двумя резцедержавками и одного продольного для работы осевым инструментом. В качестве примера на рис. ХП-5 приведена конструкция суппортной группы автомата 1Б125. Верхние суппорты одинаковой конструкции устанавливаются своими основаниями, имеющими цилиндрический хвостовик, в суппортную стойку 4. Салазки 3, подпружиненные относительно основания, перемещаются по направляющим типа «ласточкин хвост» и несут на себе резцедержатель 2. Передаточный механизм имеет регулировку в пределах 1,33—0,8 (левый верхний суппорт) и 0,8—0,66 (остальные верхние суппорты); диапазон регулирования —1,67. Нижний суппорт-балансир установлен на регулируемой конической опоре 14 и получает качательное движение от кулачка непосредственно через башмак 1. Все резцедержавки имеют регулировки —радиальную, осевую и по центру. Так, на суппорте 5 для этой цели служат микрометрические винты 5, 7, 3, а для державки балансира —соответственно винты 10, 11, 13. Цена деления лимбов винтов 0,005 и 0,01 мм. Справа на балансире расположен жесткий упор 12, нажимающий в конце рабочего хода на регулируемый микрометрический винт 9. Таким образом, одним резцом, установленным на балансире, можно точно обработать две ступени, одна из них получается регулировкой винтом 11, другая —винтом 9.
В целом в конструкциях суппортов фасонно-продольных автоматов намечаются тенденции к увеличению числа поперечных суппортов, отказу от балансира ввиду целого ряда недостатков и применению в качестве продольного и револьверного суппорта.
Для токарно-револьверных автоматов (см. рис. XII-4, б) наиболее характерно наличие трех-четырех поперечных суппортов (в том числе одного-двух верхних) и одного продольного, на котором монтируется револьверная головка (револьверный суппорт). На рис. XП-6 показана в качестве примера конструкция поперечных суппортов автомата Index-60. Характерно симметричное расположение как боковых, так и верхних суппортов, защита на-360
Рис. ХИ-6. Суппорты автомата фирмы Index
правляющих от стружки с помощью щитков, жесткая конструкция как корпуса суппорта, так и инструментальной державки, что дает возможность применять высокие режимы обработки.
Наибольшим конструктивным и компоновочным разнообразием суппортов обладают многошпиндельные автоматы (см. рис. XII-4, г—ё). В качестве примера на рис. XI1-7 показаны суппорты автомата 1265. Автомат имеет один центральный продольный суппорт и шесть поперечных: два верхних, два нижних и два средних. Все поперечные суппорты (рис. X11-7, а) перемещаются в каленых и шлифованных V-образных направляющих, обеспечивающих высокую жесткость, долговечность и виброустойчивость конструкции. Верхние и нижние суппорты подаются до жесткого упора, отдельного для каждой позиции. Каждый суппорт имеет независимый привод от кулачков распределительного вала. Кулачки одинаковы для всех суппортов и позиций. Конструкция суппорта позволяет обрабатывать пруток на значительном расстоянии от цанги и в то же время не препятствует свободному сходу стружки. Верхняя направляющая суппорта неподвижно укреплена на корпусе шпиндельного блока. Нижняя —регулируемая, при помощи двух винтов /, завинченных в пальцы 2. После регулирования направляющая надежно закрепляется пятью винтами 5.
Конструкция продольного суппорта автомата 1265 показана на рис. XI1-7, б. Точка приложения осевой силы максимально приближена к оси суппорта, что уменьшает перекос. Суппорт скользит по круглой каленой направляющей; перемещение ограничивается жестким упором.
Особенностью механизма является бескулачковая наладка величины рабочего хода суппорта, что избавляет от необходимости иметь сменный комплект кулачков, облегчает и ускоряет наладку автомата, но связано с некоторым уменьшением жесткости.
Единые центральные продольные суппорты широко применяются в многошпиндельных токарных автоматах на протяжении нескольких десятков лет. Их недостатком является наличие единой для всех осевых инструментов подачи, что при некоторых видах обработки крайне нерационально. Поэтому большинство современных многошпиндельных автоматов снабжаются при-
способлениями с независимой подачей (быстросверлильные, резьбонарезные и т. д.), которые базируются на продольном суппорте, но имеют независимые от него перемещения. В последние годы появился ряд конструкций автоматов, где единый центральный суппорт вообще отсутствует, а каждый осевой инструмент приводится независимо. В качестве примера на рис. XI1-8 показана конструкция привода осевых инструментов многошпиндельного автомата фирмы Gildemeister, где подача осуществляется для каждого инструмента кулачками, закрепленными на двух вертикальных распределительных валах; отвод инструментов —с помощью пружин. Вращение инструменты получают от центрального вала автомата, от которого получают вращение рабочие шпиндели автомата. Каждый осевой инструмент может получить одну из трех скоростей вращения в диапазоне, установленном согласно сменным
Рис. ХП-8, Привод осевых инструментов с независимой подачей многошпиндельного автомата фирмы Gildemeister
Рис. XI1-9. Конструктивные схемы вариантов передаточных механизмов от кулачков к поперечным суппортам
колесам гитары главного движения. Это различие касается прежде всего передаточного механизма, сообщающего движение от ведущего звена (кулачка).
Для увеличения точности обработки деталей по диаметру и по длине в токарных автоматах широкое распространение получили жесткие упоры для продольных и поперечных суппортов. Жесткий упор ограничивает перемещение суппорта, и кулачок, продолжая перемещать толкатель, на некотором участке выбирает все зазоры, создавая в системе дополнительное усилие и образуя механизм с жестким замыканием кинематической цепи (см. § 1 гл. XIV). Конструктивно выполнение одного жесткого упора не вызывает затруднений. При многопроходной обработке с одного суппорта, применяемой на автоматах, конструируют блоки регулируемых упоров со специальными механизмами их переключения.
Обычно блок упоров монтируется на суппорте, а индексация нажимного упора производится от кулачка распределительного вала. В ряде случаев удается избежать применения специального привода упоров и конструктивно совместить его с механизмом переключения револьверных головок. В этом случае револьверная головка служит для осуществления как продольных, так и поперечных рабочих ходов.
Тип привода суппортов определяется принятой системой управления в данном автомате. В автоматах с управлением от распределительного вала привод движения суппортов осуществляется от кулачков через рычажные передаточные механизмы с постоянным или переменным (при бескулачковой наладке) передаточным отношением. В гидрофицированных автоматах с системами управления упорами, копирами, а также цикловыми системами программного управления суппорты приводятся от гидроцилиндров. Реже применяется привод от ходовых винтов, зубчатых реек, пневмоцилиндров и т. д.
Так как конструктивно распределительный вал компонуется обычно достаточно далеко от приводимых суппортов и передаточная рычажная система является многозвенной, основными требованиями при проектировании системы является минимальное искажение заданного закона движения и обеспечения высокой работоспособности механизма при малых углах давления, далеких от заклинивания.
На рис. XI1-9 показаны варианты построения передаточных механизмов от распределительного вала к продольному суппорту. Наименее рациональной, несмотря на конструктивную простоту, является схема, показанная на рис. XП-9, а, где появляется большой опрокидывающий момент, что приводит к большим давлениям в направляющих, их заклиниванию, преждевременному изнашиванию. Для уменьшения этих нагрузок применяются различ-364
ные конструктивные методы: введение дополнительных опор (рис» XI1-9, б), уменьшение плеч С рычажной системы (L = J- L2, рис. XI1-9, в). В автоматах с нижними расположениями распределительного вала (рис. XП-9, г) действие указанных факторов проявляется в меньшей степени, так как равнодействующая сил резания Р находится обычно ниже центральной оси (черновые операции выполняются с нижних суппортов), и расстояние между точками приложения сил Рх и Р& сокращается. Поэтому при создании автоматов можно использовать простейшие передаточные системы. Подробный анализ конструкций продольных суппортов автоматов и их приводов приведен в литературе [32].
Анализ развития токарных автоматов и полуавтоматов показывает, что возрастающие требования к производительности машин заставляют повышать концентрацию операций обработки. При этом определенная роль отводится увеличению числа поперечных суппортов, позволяющих в большей степени совмещать поперечные работы с продольными. Кроме того, увеличение поперечных суппортов позволяет сократить, а во многих случаях устранить «доделочные» операции, что особенно важно при обработке небольших, но точных по размерам деталей. Однако увеличение числа поперечных суппортов приводит к значительным трудностям в их размещении, усложнению и уменьшению жесткости передаточных механизмов и возрастающими в связи с этим затруднениями повышения точности обработки.
Наибольшие затруднения при увеличении числа суппортов появляются при создании многошпиндельных автоматов и полуавтоматов, где не удается разместить на каждом шпинделе более одного поперечного суппорта. Применение же револьверных поперечных суппортов не оправдывает себя из-за большей конструктивной их сложности. Указанные причины привели к тенденции замены поперечных суппортов круговыми суппортами, имеющими следующие достоинства.
1.	Установка требуемого числа инструментов на круговом суппорте позволяет заменить все поперечные суппорты одним круговым.
2,	Вращательное движение подачи избавляет от необходимости преобразовывать движение кулачка распределительного вала в возвратно-поступательное или качательное движение суппорта. Значительное сокращение числа звеньев и стыков обеспечивает собственную жесткость круговых суппортов и позволяет повысить точность обработки. Этому же способствует лучшая ориентация круговой направляющей суппорта относительно сил резания, чем при обычном исполнении суппортов.
3.	Совмещенные по времени, месту и направлению рабочая подача и холостые ходы инструментов, производимые без индексации, переводят поперечную токарную обработку на непрерывный метод, что является особенно важным в связи с тем, что точение остается одним из отстающих по степени непрерывности процессом.
4.	Конструкция автомата в целом и в частности автоматизация работы кругового суппорта упрощается. Сам круговой суппорт является одним из основных элементов распределительной системы, так как одновременно выполняет и рабочие ходы, и функции управления (переключения своих движений, остановы, синхронизацию с работой других целевых механизмов).
5.	Улучшение условий эксплуатации (удобство и упрощение наладки, сокращение потребности в кулачках) и возможность обработки относительно сложных, многоступенчатых по профилю деталей, без применения фасонного инструмента увеличивает возможность применения автоматизированных станков с круговым суппортом в серийном производстве.
На рис. XI1-10 приведена конструкция круговых суппортов одношпиндельного автомата ЕТ-50, с помощью которых производится попутное точение по схеме внешнего касания. Суппорты расположены параллельно шпинделю и вращаются в двух опорах, являющихся круговыми направляющими, на подшипниках скольжения. Осевые нагрузки воспринимаются
упорными подшипниками. Окружная подача инструментов, устанавливаемых в блоках на фланцах суппортов, осуществляется от привода с безлюфтовыми червячными передачами. Помимо автоматического предусмотрено ручное (наладочное) вращение суппортов. Конструкции круговых суппортов могут быть с успехом применены не только на специальных станках и автоматах, но и на автоматах фасонно-продольного точения, многошпиндельных автома-
Рис. XI1-10. Круговые суппорты автомата попут- ТЗХ И Т. Д.
ного точения	На рис. XI1-11 показана конст-
руктивная схема предложенного автором кругового суппорта автомата фасонно-продольного точения.1 Автомат имеет неподвижную шпиндельную бабку /, в которой размещен вращающийся шпиндель 2 с периодически перемещающимся подающим механизмом 3 с зажатой в нем обрабатываемой деталью 4, Цепи вращения и продольной подачи обрабатываемой детали имеют соответствующие звенья настройки. На переднем торце шпиндельной бабки установлен корпус 5 кругового суппорта 6, медленно вращающегося на опоре скольжения или качения, например, от безлюфтового червячного привода 7, также имеющего звенья настройки. На суппорте радиально расположены одна или несколько державок 8 с инструментом 9, взаимное расположение которых по отношению друг к другу и обрабатываемой детали регулируется винтами 10 и //.
Число державок инструментов и их тип определяются требуемой сложностью профиля обрабатываемой детали. На переднем платике 12 станины могут устанавливаться приспособления, обычно применяемые на автоматах фасонно-продольного точения. Предполагаемая конструкция станка по сравнению с существующими фасонно-продольными автоматами существенно упрощена благодаря устранению кулачков суппортов, передаточных звеньев и самих суппортов, а качество работы станка улучшено. Останов, переключение с рабочей подачи на быстрый поворот и обратно осуществляются от путевых упоров 13, установленных на круговом суппорте, с помощью путевых переключателей, а включение кругового суппорта — с помощью путевых переключателей, срабатывающих от упоров, установленных на механизме продольной подачи прутка. Круговой суппорт может работать и от регулируемого привода с помощью систем программного управления. На суппорте жестко закрепляются несколько инструментов с микрометрической регулировкой на размер.
Поперечное врезание в обрабатываемую деталь осуществляется благодаря эксцентрицитету между осями вращения суппорта и обрабатываемой детали. Продольный профиль формируется при остановке или медленном вращении суппорта, связанном с продольной подачей прутка.
Долговечность суппортов. К наиболее важным факторам, влияющим на точность обработки на станках, относятся износ направляющих и точ
ность позицирования суппортов станка, которая складывается из точности их перемещения и точности положения.
Направляющие суппортов относятся к наиболее изнашиваемым элементам станка, так как они воспринимают значительные нагрузки и длительное
1 Шаумян Г. А. Токарный автомат фасонно-продольного точения. «Бюллетень изобретений и товарных знаков». Авторское свидетельство № 294675, класс В23в, 702, 1971, № 7.
время подвергаются абразивному изнашиванию. В результате износа направляющих изменяются характеристики трения, траектория движения суппортов, форма поверхности направляющих, что в значительной степени влияет на точность позицирования и положение суппортов при обработке. Поэтому повышение долговечности направляющих суппортов является одной из важнейших проблем в современном станкостроении.
Все известные способы повышения долговечности направляющих можно разбить на четыре основные группы:
1) технологические мероприятия по улучшению физико-механических свойств несущей поверхности направляющих, к которым относятся улучшение структуры поверхностей трения, выбор способа обработки направляющих, упрочнение поверхностного слоя химико-термическими способами (закалка, нанесение покрытий и т. п.) и обкатыванием и т. д.;
2) распределение материалов пары трения между направляющими;
'3) выбор смазывающего материала, системы смазки поверхностей трения и защитных устройств направляющих;
4) изменение вида трения между несущими поверхностями направляющих и уменьшение давлений на поверхности контакта направляющих (разгрузка направляющих).
Как отмечалось выше, направляющие суппортов, в основном, подвергаются абразивному изнашиванию, величина которого пропорциональна пути трения и давлению на поверхности стыка направляющих. Так как с увеличением срока службы станков и повышения интенсификации работ общий путь трения суппортов по направляющим за время эксплуатации станка возрастает, то, следовательно, наиболее эффективными мероприятиями уменьшения износа направляющих при всех прочих равных условиях является разгрузка направляющих, обеспечивающая уменьшение давлений на поверхности контакта направляющих и изменение вида трения между направляющими (табл. XII-1).
Новый, весьма простой в техническом отношении способ разгрузки направляющих металлорежущих станков предложен автором. При этом достигается значительное снижение износа и характеристик трения в результате уменьшения давления на направляющие от веса суппортов, которое устанавливают до любого численного значения (при необходимости до нуля), не используя при этом сложных установок и устройств, не нарушая и не усложняя технологию изготовления направляющих.
Сущность способа разгрузки заключается в том, что большая часть веса суппорта, постоянно действующего на направляющие, переносится на пробки с малым коэффициентом трения. В этом случае пробки являются несущими
Вид А
Рис. XI1-11. Круговой суппорт автомата фасонно-продольного точения
Современные способы разгрузки направляющих
Таблица XII -1
Тип направляющих		Принципиальная схема					Вид трения
Г идростатические	Открытые						Жидкостное
	Закрытые			г			
С гидроразгрузкой		—_Г—			вей		Смешанное
Аэростатические							Газовое
С разгружающими катками						IP	Смешанное
С разгружающими пробками [24]			w=|jjTj				Скольжения
элементами суппорта, а его надежное соединение с направляющими станины, с целью сохранения первоначально заданного положения относительно оси станка, обеспечивается при малых давлениях.
На кафедре «Станки и автоматы» МВТУ им. Н. Э. Баумана были разработаны и исследованы устройства для разгрузки направляющих суппортов на механической и гидромеханической основе. Они предназначены для широкого применения при модернизации существующих и создании новых суппортов с целью снижения линейного износа направляющих и повышения устойчивости из движения при малых скоростях перемещения. Применение разработанных устройств для разгрузки направляющих обеспечивает снижение затрат при ремонте станка, повышение качества и производительности обработки.
На рис. XI1-12, а приведена конструкция устройства на механической основе. В отверстия суппорта 1 вставляются пробки 2, имеющие малый коэффициент трения, и закрываются фланцами 3, которые жестко крепятся к столу. Фланцы 3 имеют центральные резьбовые отверстия под микрометрический винт 4, который через пластину 4 и упругий элемент 6 поджимает пробку 2 к направляющим. При этом сила прижатия пробок определяет силу разгружения направляющих от подвижного узла. Так как пробки по условию разгрузки не изнашивают станину (или изнашивают незначительно) и сами при этом истираются, то с целью сохранения на пробках заданной силы разгрузки длительное время и упрощения ее регулирования разработано устройство для разгрузки, состоящее из гидростатической системы с пневмокомпенсатором.
Принципиальная схема устройства приведена на рис. XII-12, б. В отверстия суппорта 1 вставлены пробки 2 и гидроцилиндры 3 с плунжерами 4 368
3 4
5 b
б)
Рис. Х1Ь12. Конструктивные схемы устройств для разгрузки направляющих суппортов
в герметичными манжетами 5 (допускается применение сильфонов). Гидроцилиндры 3 связаны между собой и с пневмокамерой 6 трубопроводами 7. От гидросистемы станка или от встроенного плунжерного насоса в гидроцилиндры нагнетается масло до давления, обеспечивающего заданную силу разгрузки и сжимающего воздух в пневмокамере 6, аккумулируя тем самым давление масла в гидроцилиндрах. Давление в системе регистрируется по манометру 8. Уменьшение силы трения при движении стола по направляющим достигается применением материала для пробок, обладающего малым коэффициентом трения.
При условии разгрузки стола суммарная сила трения FTp складывается из силы трения разгруженного стола по направляющим FH и силы трения пробок Гпр, т. е.
(ХП-1)
Пробки при этом воспринимают часть веса стола G равным Q. Тогда, обозначив коэффициент разгрузки g = — , можно записать
+	(XII-2)
где /н — коэффициент трения разгруженного стола по направляющим; fnp — коэффициент трения пробок по направляющим.
После преобразований получим
=	(ХП-3)
Отсюда приведенный коэффициент трения при движении стола по разгруженным направляющим
/пр^/н ? (/н	/пр)«	(ХП-4)
По условиям настройки сила разгрузки, действующая на суппорт, может изменяться в пределах 0 sC Q < G, т. е. значение коэффициента разгрузки определяется границами 0	1. Приведенный коэффициент тре-
ния при движении разгруженного стола по направляющим определяется значением коэффициента разгрузки и находится в пределах
(хп-5)
Таким образом, приведенный коэффициент трения /пр зависит от коэффициентов трения стола и пробок по направляющим и коэффициентов разгрузки.
На рис. XI1-13, а даны экспериментальные зависимости приведенного коэффициента трения для различных материалов пробок и скоростей движения стола от коэффициентов разгрузки. По результатам экспериментов можно установить, что при выполнении пробок из фторопласта ФТ-4 и коэффициенте разгрузки В = 0,5-г-0,8 резкое падение силы трения происходит в зоне скоростей до 200 мм/мин (от 15 до 6 кгс и от 12 до 15 кгс или от 150 до 60 Н и от 120 до 50 Н), соответственно при этом коэффициент трения изменяется с 0,1
и 0,08 до 0,05 и 0,04, в то время как для бронзы при тех же изменениях коэффициентов разгрузки изменение силы трения и коэффициента трения примерно в 2 раза наблюдалось в зоне скоростей, превышающих 500 мм/мин. Дальнейшее увеличение скорости движения стола, превышающее названные выше значения, вызывало лишь незначительное изменение сил и коэффициентов трения.
Изменение коэффициентов разгрузки для несущих пробок, выполненных из фторопласта ФТ-4, резко приводит к снижению силы и коэффициента трения: при значениях % = 0,8 численные величины последних достигают своего минимума 0,04—0,05 и практически стабилизируются. Значения разности коэффициентов трения покоя и движения в функции коэффициента разгрузки при различных скоростях движения для несущих пробок, выполненных из бронзы и фторопласта ФТ-4, приведены на рис. XII-13, б. Для бронзы резкое падение значения % наблюдается до g ~ 0,6 (с 0,12 до 0,06), затем изме* нение не вызывает значительных изменений Д/ (Д/ = /п — /дв). Для фторопласта ФТ-4 значительное уменьшение наблюдается на всем диапазоне изменения, но наиболее резкое до значения с = 0,8. Таким образом, по характеристикам трения наиболее благоприятным и эффективным материалом для несущих пробок является фторопласт ФТ-4.
Экспериментальные исследования показали, что с увеличением коэффициента разгрузки резко меняется линейная величина износа направляющих и при значениях £ = 0,7-т-0,8 практически отсутствует (рис. X11-14, а)-
а)	5)
Рис. XII-13. Зависимость приведенных коэффициентов трения (а) и разности коэффициентов трения покоя и скольжения (б) при разгрузке направляющих:
а)
Рис. XII-14. Износ направляющих суппортов (а) и пробок (б) в зависимости от пути трения
Рис. XII-15. Износ направляющих суппортов и пробок в зависимости от степени разгрузки направляющих
Рис. XII-16. Диаграмма изменения АН в зависимости от —— ипр
Величина износа пробок для фторопласта ФТ-4 и текстолита ПТ в зависимости от коэффициента разгрузки и пути трения приведена на рис. XII-14, б. Характер изменения износа направляющих и пробок из фторопласта ФТ-4 (сплошные линии) и текстолита ПТ (штриховые линии) в зависимости от коэффициента разгрузки В показан на рис. XII-15.
Изменения коэффициента разгрузки и необходимого рабочего объема пневмокамеры в зависимости от линейного износа пробок определяются из условий pV ™ const при Т = const. Влияние температура на изменения р и V не учитывается, так как они составляют 0,4% на 1° С. Утечки масла отсутствуют. Первоначально установленное давление в гидросистеме и пневмокамере объемом V, обеспечивающее заданное значение коэффициента разгрузки g, после истечения некоторого времени работы вследствие износа пробок на величину U изменится до р2, а объем Ух до У2 = Ух + ДУ (где ДУ = = (7Snp), по закону Бойля—Мариотта получим
PiVi = р2 (У, + ДУ).	(XII-6)
Подставляя принятые выше значения параметров разгруженных направляющих в уравнение (ХП-5) и решая его относительно величины изменения коэффициента разгрузки Д|, получим
Аё = —И------•	(ХП-7)
_j. 1 t/Snp ‘
На рис. XII-16 приведена диаграмма изменения значений в зависимости от и Необходимый объем пневмокамеры для выбранного значения
v1 = aiz(A--i).	(XII-8)
Таким образом, простейшими техническими средствами достигаются необходимые благоприятные условия работы направляющих с минимальным износом при малых давлениях и низких коэффициентах трения.
На рис. XII-17 приведена конструкция гидромеханического устройства для разгрузки направляющих круглошлифовального станка.
В гидроцилиндрах 2 стола 1 установлены плунжеры 5 с манжетами 6, которые воздействуют на пробки 7. В плунжер встроен указатель 9 величины
Рис. XII-17. Конструкция гидромеханического устройства для разгрузки направляющих суппортов круглошлифовального станка
износа пробок 7. Гидроцилиндры соединены между собой и с пневмокомпенсатором трубопроводом 8. Давление в пневмокомпенсаторе 3 измеряется манометром 4.
§ 3.	СИЛОВЫЕ ГОЛОВКИ
Силовые головки являются основным исполнительным механизмом агрегатных станков и автоматических линий. Их назначение — сообщать режущему инструменту вращательное движение и движение подачи.
Циклы подачи силовых головок различны. Они зависят от выполняемых на станке операций. Наиболее характерным является следующий цикл подачи: быстрый подвод — рабочая подача—быстрый подвод инструментов в исходное положение. Переключение с быстрого подвода на рабочую подачу производится при достаточном приближении инструмента к обрабатываемой детали.
Большое разнообразие обрабатываемых деталей и различные условия их обработки привели к созданию разнообразных по конструкции и назначению силовых головок. Существующие силовые головки можно классифици-372
Рис. XII-18. Классификация силовых головок
ровать по многим признакам: по технологическому назначению, мощности, типу привода главного движения, типу привода подач и т. д.
Наибольшее применение нашли малые силовые головки и головки средней мощности. Все больше начинают пользоваться микросиловыми головками, что связано с обработкой очень мелких деталей в приборостроении. Силовые головки большой мощности находят применение при компоновке агрегатных станков тяжелого типа и автоматических линий для обработки деталей больших размеров или с большим количеством обрабатываемых поверхностей.
Главным движением у подавляющего большинства силовых головок является вращательное, которое почти у всех их осуществляется одинаково — от электродвигателя посредством зубчатых и других передач. Так как движение подачи осуществляется различными способами, то одним из основных факторов, определяющих конструкцию силовой головки, является тип и конструкция привода ее подачи. Поэтому силовые головки имеют наиболее разветвленную классификацию по типу привода подач.
В зависимости от расположения привода подач силовые головки бывают самодействующие, если привод подач встроен в головку, и несамодействующие, если привод подачи расположен вне головки.
В зависимости от конструкции механизма подач различают силовые головки с подвижным корпусом, с подвижной пинолью, с подвижным корпусом и пинолью. Головки с подвижным корпусом обеспечивают более жесткое направление инструментам, чем головки с подвижной пинолью. Однако последние более компактны, их можно устанавливать по две, а иногда и по три на одной позиции станка.
Классификация силовых головок в зависимости от типа привода подач приведена на рис. ХП-18.
Силовые головки в значительной степени определяют производительность агрегатных станков и автоматических линий. От величины мощности и силы подачи, которыми обладают силовые головки, зависит степень концентрации операций. От надежности работы и стоимости силовых узлов зависят надежность работы и стоимость агрегатного станка и автоматической линии. От точности перемещения силовых головок и своевременности цикловых переключений в ряде случаев зависит точность обработки детали. Следовательно, конструкция и надежность работы силовых головок влияют на основные технико-экономические показатели агрегатных станков и автоматических линий. Поэтому к силовым головкам предъявляется ряд требований.
1.	При минимально возможных габаритных размерах головка должна обеспечивать максимальную производительность. Это позволит устанавливать большое количество инструментов на головке, обрабатывать детали с большей концентрацией операций.
2.	Силовая головка должна обеспечивать получение необходимых скоростей резания и подач, а также удобство их регулировки.
3.	Конструкция головки должна быть достаточно жесткой для работы на оптимальных режимах с предельными нагрузками.
4.	Механизм подачи головки должен обеспечивать достаточную стабильность подач как в течение одного рабочего цикла, так и в течение всей работы на станке.
5.	Для уменьшения цикловых потерь времени скорость холостых ходов головки должна быть достаточно высока, при этом должны обеспечиваться высокая точность переключения инструментов с быстрого подвода на рабочую подачу и точность реверса (переключения с рабочей подачи на быстрый отвод).
6.	Силовые головки должны быть дешевыми в изготовлении и эксплуатации, удобными в ремонте.
Рассмотрим характерные конструкции и принцип работы некоторых силовых головок. Наибольшее применение получили гидравлические, пневмогидравлические и механические силовые головки. Одними из главных параметров любой силовой головки являются сила, допускаемая механизмом подачи, максимальная полезная мощность и минимальные габаритные размеры.
Гидравлические силовые головки получили наибольшее применение как в нашей стране, так и за рубежом. Это вызвано тем, что гидравлические силовые головки имеют значительные преимущества перед другими головками: они обладают большей осевой силой и большей мощностью при небольших размерах, допускают бесступенчатое регулирование подач, дают возможность получения автоматических циклов при большом ходе инструмента с быстрой его регулировкой, долговечностью и надежностью в работе, простотой и надежностью защиты от перегрузки. Гидравлические головки рассчитаны на выполнение как легких, так и тяжелых работ. Мощность электродвигателей этих головок 1—30 кВт, а осевая сила 500—1100 кгс (5—11 кН). Гидравлические головки обеспечивают быстрый подвод инструментов, одну или две рабочие подачи, работу на мертвом упоре, отвод инструментов в исходное положение и останов. Они предназначены в основном для выполнения сверлильных, расточных и фрезерных работ. При помощи гидравлических головок можно выполнять такие операции, как прошивание, запрессовка, хонингование.
Отечественная станкостроительная промышленность выпускает несколько разновидностей головок с гидравлическим приводом подач как самодействующих, так и несамодействующих.
По способу регулирования подачи гидроприводы силовых головок делятся на приводы с дроссельным и объемным регулированием. Гидравлические головки с дроссельным регулированием масла на входе в рабочий цилиндр получили на отечественных заводах наибольшее распространение. На рис. VI1-4 была показана гидравлическая схема силовой головки МСКБ АЛ и АС, у которой скорость регулируется дросселированием масла на входе в рабочий цилиндр, а насос рабочей подачи работает с давлением пропорциональным нагрузке.
На рис. XII-19 представлена гидравлическая схема головки Natco. Масло дозируется на входе с давлением, пропорциональным нагрузке. Схема имеет дифференциальный цилиндр и многопозиционный золотник, положение которого определяется установкой передвижных упоров головки. В момент пуска головки срабатывает соленоид /, который через двуплечий рычаг 2 устанавливает распределительный золотник 5 в крайнее правое положение. Пройдя через фильтр S, масло, нагнетаемое насосом 10, подается к распределительному золотнику 5 гидропанели, который направляет его в напорную полость цилиндра 7. Масло, вытесняемое из сливной полости, также направляется золотником 5 в напорную полость. Золотник фиксируется ступенчатым фиксатором 12. На одной оси с последним закреплен рычаг переключения. В конце быстрого подвода ролик набегает на упор, установленный на специальной линейке рядом с головкой. Фиксатор 12 374
поворачивается по часовой стрелке, а золотник 5 под действием пружины 4 перемещается влево и устанавливается на следующей ступеньке фиксатора. Это положение золотника 5 соответствует первой рабочей подаче. Масло подается к дозирующему клапану 3 и дросселю 6. Дозирующий клапан поддерживает постоянный перепад давления через дроссели, сбрасывает в бак избыток масла и устанавливает в системе нагнетания давление, соответствующее нагрузке.
При переключении на вторую рабочую подачу золотник 5 перемещается влево и устанавливается на третьей ступени фиксатора. Масло в переднюю полость поступает через дроссель 9. Из сливной полости масло сливается в бак. В конце второй рабочей подачи ролик рычага переключения наезжает на кулачок реверса, а золотник 5 перемещается на следующую ступень. Масло от насоса поступает в сливную полость цилиндра 7, а из напорной полости вытесняется в бак. В конце обратного хода срабатывает кулачок, останавливающий головку в исходном положении, устанавливая золотник 5 в крайнее левое положение; при этом масло от насоса направляется в бак. При работе на упоре масло сливается в бак через сливной клапан 11.
Исследования гидравлических головок позволили установить некоторые особенности их работы. На рис. XI1-20 показана зависимость полезной осевой силы PQ головки Natco от давления развиваемого в напорной полости цилиндра. Линия 1 характеризует силу, замеренную динамометром, а линия 2 — подсчитанную по формуле p^F. Из графика видно, что минимальное значение полезной осевой силы на 20—30% меньше силы, развиваемой гидроцилиндром. Следует отметить, что по сравнению с другими типами головок потери на трение у данной головки сравнительно невелики.
Все силовые головки имеют сходную структуру рабочего цикла, который включает в себя последовательное выполнение следующих элементов: быстрый подвод, рабочая подача, быстрый отвод, выстой в исходном положении.
На рис. X11-21 показана зависимость подачи s силовой гидравлической головки от функции пути L. После команды «Вперед» начинается быстрый подвод со скоростью s6 n до тех пор, пока рычаг переключения не нажмет на путевой упор «Рабочая подача» (на диаграмме этот момент отмечен точкой 4) и тем самым поднимет фиксатор гребенки главного золотника. Под
Рис. XII-19. Гидравлическая схема силовой головки Natco
Рис. XII-20. Зависимость полезной осе-
3,мм[мин
Рис. ХП-21. Зависимость подачи силовой головки от пути перемещения
действием пружины главный золотник перемещается вправо, соединяя трубопровод насоса быстрых ходов с баком, а масло от насоса рабочих подач через предохранительный клапан, фильтр и дозирующий клапан поступает к дросселю рабочей подачи и далее в правую полость цилиндра.
Ввиду нестабильности времени переключения рабочая подача начнется не в точке Д', а где-то
в зоне DT (среднее значение
в точке Л'). Величина дисперсии времени переключения (DJ зависит от
точности срабатывания главного золотника, утечек масла, инерционности системы и т. д. Скорость рабочей подачи силовых гидравлических головок sp также нестабильна, ее дисперсия Ds зависит от температуры, твердости материала обрабатываемой детали, сжимаемости и утечек масла, состояния
инструмента и т. д.
Переключение головки с рабочей подачи на быстрый отвод (точка В) происходит при достижении ею переднего крайнего положения. Однако останов головки произойдет не обязательно в точке В', а с рассеиванием £>2, величина которого зависит от многих факторов: температуры нагрева масла, способа переключения с рабочей подачи на быстрый отвод, нестабильности протекания переходного процесса и т. д.
Цикл подачи силовой гидравлической головки заканчивается быстрым отводом ее в исходное положение на величину /б. о. В конце отвода (точка О) рычаг переключения нажимает на путевой упор «Исходное положение», обе полости цилиндра соединяются с баком. Таким образом, точность исполнения заданного цикла зависит прежде всего от точности переключения головки на рабочую подачу (ВЦ), стабильности величины рабочей подачи (Ds); точности переднего положения (D2).
Точность переключения головки с быстрого подвода на рабочую подачу влияет на величину пути, совершаемого головкой на рабочей скорости, что сказывается на производительности агрегатных станков. Чем меньше величина тем точнее можно установить положение переключения инструментов с быстрого подвода на рабочую подачу, тем меньшим остается предварительный зазор (Д = /р#п— /обр), который головка проходит со скоростью рабочей подачи.
Как показали исследования, точность переключения гидравлических головок £>! = 0,1-т-0,55 мм. Нестабильность подачи отрицательно сказывается на чистоте обрабатываемой поверхности, стойкости инструментов и т. д.
На стабильность рабочей подачи силовых головок большое влияние оказывает температура масла. С возрастанием температуры увеличиваются утечки масла в узлах гидропривода и его расход через регулятор скорости. При этом в зависимости от схемы и конструкции узлов гидропривода, точности изготовления золотниковых пар, герметичности уплотнений и температурной характеристики дросселей скорость перемещения головки при рабочей подаче под нагрузкой может изменяться.
Стабильность конечного положения силовой головки при переключении с рабочей подачи на быстрый отвод влияет непосредственным образом на осевую точность обработки. Как показали исследования, проведенные в МВТУ им. Баумана, при осевых силах обработки порядка 300 кгс (3 кН) рассеива
ние переднего положения силовой головки при путевой системе управления D 1,2 мм. Для повышения осевой точности обработки вместо путевого управления применяют систему переключения по жесткому упору. Благодаря этому при тех же осевых силах стабильность переднего положения головки составляет не более 0,05 мм. Однако системы переключения по жесткому упору недостаточно надежны.
По данным исследований, проведенных кафедрой «Металлорежущие станки и автоматы» МВТУ им. Баумана, подавляющее большинство отказов силовых гидравлических головок было связано именно с непереключением силовых головок с рабочей подачи на быстрый отвод. Например, по линии «Блок-2» такие отказы достигали 88%, по другим линиям— 70—80% всех отказов по элементам рабочего цикла. Поэтому для повышения надежности автоматических линий из агрегатных станков необходимо обратить внимание, в первую очередь, на решение проблемы обеспечения надежного переключения силовых головок на быстрый отвод, т. е. проблемы управления циклом силовых головок.
Для выявления причин отказов, возникающих при переключении головок по жесткому упору, была исследована зависимость изменения рабочих давлений и давлений срабатывания от времени работы головки (количества обработанных циклов). Результаты исследований представлены на рис. X1I-22.
Оказалось, что давление, при котором срабатывает реле давления или переливной клапан, меняется, поэтому можно говорить о диапазоне разброса давлений срабатывания реле давления и переливного клапана. При этом с ростом температуры масла уровень настройки переливного клапана снижается, а реле давления несколько повышается.
Величина максимальной рабочей силы и давления в гидроцилиндре в зависимости от осевой подачи, твердости материала обрабатываемой детали, геометрии инструмента, степени износа его и т. д. может превышать минимальную рабочую силу более чем в 3 раза. Эта зона рабочих давлений и нанесена на рис. XI1-22. Диаграмма наглядно объясняет причины отказа системы управления агрегатных головок по жесткому упору.
При работе температура масла постепенно поднимается (кривая 2, рис. XI1-23). Средний уровень настройки переливного клапана (кривая /, рис. XII-22) снижается при неизменной зоне разброса срабатывания, а сред-
Рис. XH-22. Зависимость давления срабатывания гидравлических устройств о г температуры
Рис. XII-23. Зависимость температуры масла в силовой головке от количества обработанных циклов:
1 — при работе по жесткому упору с реле времени; 2 — при работе по жесткому упору;
3 — при работе по путевому упору
ний уровень настройки реле давления (кривая 2) поднимается, при этом зона разброса давлений, при котором происходит срабатывание реле давления, также расширяется, рано или поздно наступает температурный интервал (в данном случае при t = 35° С), когда зоны давлений срабатывания реле давления и переливного клапана частично перекрываются и переливной клапан может открыться прежде, чем сработает реле давления, в результате чего головка не возвращается в исходное положение и остается на жестком упоре — происходит отказ. Если изменить настройку реле в сторону увеличения, зона перекрытия увеличится, что приведет к возрастанию потока отказов. Если снизить средний уровень настройки, то может произойти перекрытие зоны срабатывания реле и рабочих давлений (кривая 3) в гидроцилиндре, что приведет к возможности срабатывания реле в середине цикла, когда еще не окончена обработка. Такие отказы крайне нежелательны, так как приводят либо к поломке инструмента, либо к браку. Поэтому наладчики стараются настраивать реле так, чтобы зоны рабочих сил и срабатывания реле гарантированно не перекрывались.
Динамика изменения среднего уровня настройки и зон разбрасывания объясняет также, почему систему управления по жесткому упору безотказно работает в слабонагруженных головках. В этом случае рабочие силы невелики и разница между нижней границей срабатывания переливного клапана и верхней границей возрастания осевых сил оказывается достаточной для того, чтобы в нее поместилась вся зона срабатывания реле без всякого перекрытия.
Для предупреждения отказов в начале смены, когда масло холодное, наладчики «зажимают» реле давления, т. е. настраивают его на более высокий уровень, чтобы был разрыв между рабочим давлением и зоной срабатывания реле давления. По мере роста температуры происходит перекрытие зон срабатывания переливного клапана и реле давления, что ведет к отказам. Таким образом, при возрастании нагрузок на силовой головке система управления по жесткому упору уже не может удовлетворять высоким требованиям к надежности в работе. Таким образом, для обеспечения высокой точности обработки и высокой надежности срабатывания силовых головок необходимо либо улучшить систему переключения по жестким упорам — повышение его надежности, либо совершенствовать систему путевого переключения в результате увеличения точности переключения. В первом случае применяют дополнительные элементы: реле времени, конечные выключатели и т. д., дублирующие работу реле давления.
Однако использование реле времени связано с дополнительным выстоем силовой головки на жестком упоре при максимальном давлении в гидросистеме, что приводит к перегреву масла (см. рис. XI1-23, кривая 1), интенсивному износу элементов гидросистемы и т. д. Поэтому перспективным является совершенствование путевой системы переключения (кривая 3)9 что позволило бы значительно расширить область их применения в силовых головках в соответствии с требованием точности.
Проведенные исследования показали, что разброс переднего положения силовых головок при работе по жестким упорам обычно в 5—10 раз ниже, чем при работе по путевым упорам, однако, эта точность останова головки в переднем положении не может быть самоцелью, так как решающим фактором является точность осевых размеров обрабатываемых деталей.
Пневматические силовые головки. В головках этого типа поршень перемещается сжатым воздухом, а скорость перемещения регулируется маслом, вытесняемым поршнем из цилиндра. Большим преимуществом пневмогидравлических силовых головок перед другими головками является возможность регулирования подачи с помощью дроссельного устройства, простота переналадки на работу по другому циклу, а также отсутствие довольно сложной и дорогой насосной установки. При обработке мелких деталей в большинстве случаев они незаменимы. Пневмогидравлические головки могут выполнять 378
13 74 16 15	17
Рис. ХП-24. Схема силовой головки ГС-5М
выдвижной пинолью, и в некоторых случаях по специальным направляющим.
и более тяжелую работу, однако в этом случае они должны иметь поршень боль-1 шого диаметра, так как давление воздуха, на котором они работают, не превышает 4—5 кгс/см2 (40—50 Н/см2), вследствие чего они перестают быть компактными и конструкции их становятся практически неприемлемыми.
Механизмы подачи пневмогидравлических головок развивают силу подачи до 500—600 кгс (5—6 кН), мощность электродвигателя привода главного движения не превышает 3 кВт. Как правило, пневмогидравлические головки изготавляются с корпус головки перемещается
Рассмотрим пневмогидравлическую схему головки ГС-5М, которая применяется для одношпиндельной и многошпиндельной обработки отверстий сверлами, зенкерами и развертками. С использованием насадок и других приспособлений на ней могут выполняться операции растачивания, легкого фрезерования и глубокого сверления.
На рис. ХП-24 представлена пневмогидрокинематическая схема головки ГС-5М, которая имеет следующий цикл работы. Сжатый воздух из сети через регулятор давления и электромагнитный воздухораспределительный клапан 6 поступает в воздушную полость цилиндра и перемещает пиноль 13 влево. При этом сначала осуществляется ускоренный подвод пиноли, так как стержень клапана 8 ускоренного хода находится в приподнятом положении на профильной шпонке 10, закрепленной в скалке 3, и масло имеет возможность через большое проходное сечение клапана 8 поступать из гидрополости цилиндра в полость 15. Когда клапан 8 при движении поршня вперед сойдет со шпонки и закроется под действием пружины, масло будет протекать только через редукционный клапан 9 и дроссель 7. Вследствие этого пиноли 13 и шпинделю 12 сообщается рабочая подача, величина которой регулируется степенью открытия дросселя 7.
Обратный ускоренный ход пиноли начинается после того, как регулируемый упор 2, укрепляемый на скалке 3, коснется корпуса головки и винт 4, ввернутый в упор 2, включит микропереключатель 5, который подаст импульс на переключение клапана 6. Благодаря этому открывается доступ сжатого воздуха в полость 14, а воздушная полость силового цилиндра соединяется с атмосферой. Сжатый воздух, поступающий в полость 14, давит на эластичную тонкостенную резиновую диафрагму 16, которая, деформируясь, вытесняет масло из полости 15. Под давлением масла открывается клапан 8, и через его большие проходные сечения оно поступает в гидрополость силового цилиндра, обеспечивая обратный ускоренный ход пиноли в исходное положение. Следующий цикл работы головки начинается включением конечного выключателя, который срабатывает от поворотного стола станка (или других устройств, блокирующих работу головки) и дает импульс на переключение клапана 6. В результате сжатый воздух подается в воздушную полость силового цилиндра и цикл работы головки повторяется. Вращение шпинделя осуществляется от электродвигателя 1 через редуктор 17 со сменными зубчатыми колесами. Зубчатое колесо 11 предназначено для перемещения пиноли вручную.
Сравнительно большее применение пневмогидравлические головки получили за рубежом. Это объясняется тем, что на некоторых заводах давление воздуха в цеховых магистралях доходит до 8—10 кгс/см2 (80—100 Н/см2). Это позволяет строить компактные головки для значительных нагрузок.
Механические силовые головки. Большую группу силовых головок составляют головки с механическим, как правило кулачковым, приводом подач. Рассмотрим наиболее употреб-ляемые из них.
Плоскокулачковые г о -
Рис. ХН-2 5. Кинематическая схема плоскокулач- ЛОВКИ обыЧНО ПрИМеНЯЮТ ДЛЯ ковои силовом головки	г „
выполнения легких работ при небольшой длительности цикла (5—30 с) и малой длине обработки. Плоскокулачковые головки, имея ход инструментов 35—75 мм и мощность электродвигателей 0,4—2,8 кВт, предназначаются главным образом для сверлильных и резьбонарезных операций. При резьбо-нарезании головки снабжаются реверсивным электродвигателем, который переключается конечным выключателем. В процессе обработки головка остается неподвижной, подача осуществляется благодаря перемещению пиноли. Рабочая подача, а также скорость подвода и отвода инструментов определяются профилем плоского кулачка, вращающегося от электродвигателя, служащего также для вращения шпинделя. Рабочий участок кулачка составляет 240°, а холостые перемещения осуществляются при повороте кулачка на 120°. Отсюда более 30% времени работы плоскокулачковых голо-
вок занимают холостые перемещения.
На рис. XI1-25 представлена кинематическая схема плоскокулачковой головки Харьковского завода агрегатных станков. От электродвигателя 1 через сменные клиноременные шкивы 2 и 3 вращение передается полому валу 4, имеющему внутренние шлицы для соединения со шпинделем 5. На валу 4 находится червяк 6, вращение от которого через червячное колесо 7, сменные колеса 3, 9 и колесо 10 передается колесу-кулачку 11. В паз кулачка входит ролик 12, ось которого запрессована в шпонку, закрепленную на пиноли 13. Ролик прижимается к пазу кулачка пружиной 15 и рычагом 14. Механизмы головки предохраняются от перегрузки шариковой муфтой, вмонтированной во втулку червячного колеса 7.
К преимуществам плоскокулачковых головок относятся надежность в работе, простота конструкции и, следовательно, простота обслуживания.
Недостатками этих силовых головок являются небольшая мощность и небольшие осевые силы, при которых может работать головка; небольшая величина хода инструментов; ступенчатое изменение подачи путем замены зубчатых колес; невозможность регулировки длины хода инструментов без смены кулачка; кулачковый механизм подач не обеспечивает работы с жестким упором; ненадежная защита от перегрузки.
Точность переключения головки на рабочую подачу и точность реверса влияют на величину подвода инструментов к детали на рабочей подаче и отвода их от детали. Установлено, что разброс положений реверса не превышает 0,1 мм. Средние величины разброса равны 0,025—0,04 мм. При увеличении скорости вращения шпинделя и кулачка максимальный разброс положений реверса несколько увеличивается, однако строгой закономерности при этом не наблюдается.
Основными параметрами силовых головок являются максимальная полезная сила, развиваемая механизмом подач головки, и максимальная полезная мощность головки. Величина полезной силы Ртах механических головок, установленная по условиям прочности механизмов, определяется настройкой предохранительных муфт. Сопоставление значений силы, соответствующей полезной мощности головки, и максимальной силы Рх механизма подач головки позволяет сделать вывод, что для головок с электродвигателем мощностью 1,7 кВт сила механизма подач Ртах = 400 кгс = 4 кН достаточна для полного использования мощности электродвигателя при сверлении отверстий со скоростью и ~ 254-35 м/мин. При работе на более низких скоростях требуется сила, превышающая Ртах, в противном случае недоиспользуется мощность электродвигателя головки. Для v — 25 4-4-35 м/мин дальнейшее увеличение Ртах за счет изготовления более прочных деталей головки может быть целесообразным лишь при увеличении ее полезной мощности.
Коэффициент полезного действия плоскокулачковых головок довольно высок по сравнению с электромеханическими и гидравлическими головками, так, для пшп ~ 4004-2000 об/мин т]гол = 0,84 4-0,72.
Барабанн о-к улачковые головки обычно предназначаются для выполнения более тяжелых работ по сравнению с плоскокулачковыми. Они изготовляются как с подвижной пинолью, так и с перемещающимся корпусом.
На рис. XI1-26, а представлена кинематическая схема барабанно-кулачковой головки СГ-01. Головка СГ-01 предназначена для сверления отверстий диаметром 1—6 мм. Мощность головки 0,18—0,6 кВт.
Шпиндель 1 вращается непосредственно от электродвигателя 2. Движение подачи осуществляется при помощи копира 3 (барабанного кулачка), получающего вращение от электродвигателя через червячную пару 4, сменные колеса 5 и червячную пару 6. Ролик 7 копира 3 неподвижно закреплен
Рис. XII-27. Кинематическая схема силовой головки Renault
в корпусе головки. Работа головки начинается в момент пуска электродвигателя, который выключается в конце цикла конечным выключателем 8.
На рис. XII-26, б представлен разрез головки с более мощным электродвигателем (1,7 кВт). Механизм подач — дифференциальный. Вращение сообщается шпинделю 1 от электродвигателя 2 через пару постоянных и пару сменных колес 3. Вторая пара сменных колес 4 сообщает вращение барабанному кулачку 5. Колеса подачи подбираются так, чтобы барабан за цикл сделал на один оборот больше, чем шпиндель головки. Ролик 6 прижимается к стенке паза кулака 5 пружиной 7.
Электромеханические силовые головки применяются для выполнения сверлильных резьбонарезных, расточных и фрезерных операций. Подача осуществляется от электродвигателя при помощи системы зубчатых колес и ходового винта. Конструкция головок более проста по сравнению с плоскокулачковыми. Они проектируются с электродвигателями мощностью 0,6— 15 кВт и могут быть выполнены как с подвижным корпусом, так и с выдвижной пинолью. Силовые головки этого типа обеспечивают практически любую необходимую подачу. В результате применения электромагнитных муфт силовые головки могут иметь две рабочие подачи. При помощи переставных упоров легко устанавливаются необходимые длины подвода и рабочей подачи инструмента. К недостаткам этих головок относятся большое количество электроаппаратуры и соответственно сложность электросхемы, что отрицательно сказывается на надежности в работе: происходит сравнительно быстрый износ винтовой пары, ступенчатое изменение величин подач.
На рис. XI1-27 представлена кинематическая схема силовой головки ТЕМ-И фирмы Renault. Главный шпиндель 12 приводится во вращение от электродвигателя 4 через две пары колес 6 и 7 (колеса 6 — сменные). Электродвигатель 4 также перемещает корпус 5 головки по салазкам 9 со скоростью рабочей подачи. При этом гайка 13 перемещается по неподвижному винту S. Вращательное движение передается гайке через пару конических зубчатых колес 11, цилиндрические сменные колеса подачи 10 и червячную пару 14.
Быстрые перемещения корпуса головки осуществляются от реверсивного электродвигателя холостых ходов 2. Через пару колес 3 вращение передается винту 8, который перемещает корпус головки. Для быстрого торможения головки при переключении на рабочую подачу и в конце обратного хода служит электромагнитный тормоз 1.
При необходимости получения точного размера обрабатываемой детали в направлении рабочей подачи используется жесткий упор 15, который крепится специальной плитой 16 к торцу салазок 9. В момент выстоя головок на упоре шпиндель 12 вращается, но подача не происходит, так как проскальзывает предохранительная фрикционная муфта. Эта же муфта служит для предохранения механизмов от поломки при перегрузке головки.
Цикл головки включает быстрый подвод инструментов, рабочую подачу, выдержку на упоре, возврат в исходное положение и останов.
Для управления циклом головки на наружной стороне корпуса 5 укреплен кулачок-копир 17, который воздействует на электрический многопозиционный переключатель 18, закрепленный на салазках.
Рабочие подачи регулируются путем смены зубчатых колес в цепи привода подач. Так, набор сменных зубчатых колес у головки ТЕМ-11, состоящий из 10 пар, обеспечивает получение 34 ступеней подач от 0,044 до 2,326 мм/об.. Таким образом, сменные колеса головки могут обеспечивать варьирование рабочих подач в очень широких пределах.
Быстрые (холостые) ходы осуществляются от отдельного электродвигателя. Средняя скорость холостого хода около 7,6 м/мин.
Разброс положений переключения головки составляет в среднем 1,2— 1,65 мм (при работе с sM = 37,8ч-315,7 мм/мин). По сравнению с плоскокулачковыми, пневмогидравлическими и гидравлическими головками разброс положений переключения у этой винтовой головки наибольший. В результате увеличивают время подвода инструментов на рабочей подаче во избежание поломки инструментов.
Реверсирование головок происходит не сразу, а через некоторое время после подачи команды на отвод. Это определяется запаздыванием включения тормозной муфты. Кроме того, тормозная муфта имеет разброс момента времени включения, равный 0,16 с. Таким образом, данные о точности исполнения головками заданного цикла свидетельствуют о том, что при наладке станков и автоматических линий величина врезания инструментов должна быть на 2—4 мм выше нормативной из-за разброса положений переключения с быстрого подвода на рабочую подачу. Это повлечет за собой дополнительные потери времени на холостые перемещения головок. Подобные явления характерны для всех электромеханических головок.
Величина осевой силы головки определяется настройкой и стабильностью работы фрикционной предохранительной муфты, сидящей на валу червяка механизма подач. При превышении осевой силой резания той силы, на которую настроена муфта, происходит проскальзывание дисков и рабочая подача прекращается. То же происходит при встрече головки с жестким упором.
Стабильность подачи силовых головок существенно влияет на производительность и надежность работы станка. Важное значение имеет увеличение подачи в момент выхода инструмента, что может вызвать его поломку. Поэтому иногда на выходе применяют вторую подачу, меньшую по величине, и тем самым увеличивают длительность цикла обработки. Уменьшение подачи происходит путем уменьшения частоты вращения вала электродвигателя под нагрузкой, выборки зазоров и люфтов в осевом направлении, а также путем увеличения межцентрового расстояния в червячных парах. При постоянной нагрузке подача практически остается неизменной. К жесткости электромеханических головок предъявляются высокие требования, так как они предназначены для выполнения широкого круга технологических операций.
В Советском Союзе наибольшее распространение получили электромеханические силовые головки конструкции Минского СКВ автоматических линий,^на базе которых Минским заводом автоматических линий выпускаются агрегатные станки и линии из агрегатных станков. Первые модели силовых головок (УМ2223, УМ2233 и др.) были самодействующими и по кинематике близкими к головкам фирмы Renault. В последние годы завод перешел на выпуск несамодействующих силовых головок, которые имеют только главное движение и закрепляются на силовых столах, осуществляющих движение подачи.
Силовые столы. Тенденцией последних лет является все большее расширение технологических возможностей силовых головок и распространение принципа- агрегатирования на возможно больший круг операций механиче-
ской обработки. Технические возможности силовых головок ограничены их конструктивным исполнением, при котором привод главного движения, механизмы подач, а иногда и ускоренных перемещений выполняются в одном корпусе. При выполнении некоторых операций, например фрезерования, растачивания, подрезки торцов, вылеты инструментов относительно направляющих головки получаются большими, что уменьшает жесткость узла. Эти недостатки заставили конструктивно видоизменить силовую головку:
отделить привод главного движения от механизмов подач и ускоренных перемещений и выполнить силовой узел в виде прямоугольного стола. На этот стол можно устанавливать унифицированные и специальные шпиндельные узлы, которые по своим размерам не могут быть размещены на силовых головках. Таким образом, силовые столы предназначаются для осуществления рабочей подачи и ускоренных перемещений установленных на них механизмов главного движения. Применение силовых столов дает возможность создавать агрегатные станки для большинства операций механической обработки деталей различных классов.
Силовые столы разработаны почти всеми предприятиями и фирмами, выпускающими агрегатные станки и автоматические линии, причем некоторые из них, например, фирма Cross (США), Heller (ФРГ), полностью переходят на выпуск силовых столов вместо силовых головок.
Наиболее широко применяются силовые столы с электромеханическим и с гидравлическим приводом, реже—с пневмогидравлическим. На рис. ХП-28 приведена кинематическая схема силового стола Минского специального конструкторского бюро автоматических линий. Управление циклом производится при помощи передвижных упоров, воздействующих на конечные выключатели. Быстрый подвод или отвод стола 11 осуществляется от электродвигателя 6, передающего вращение ходовому винту 12 через зубчатые колеса 7 и 9. Электромагнитная муфта 8 при этом выключается. При рабочей подаче вращение ходового винта 12 производится от электродвигателя 1 через зубчатые колеса 19, 18, 17, 16, сменные зубчатые колеса 2 и 3, многодисковую фрикционную муфту 5 (затяжной пружиной 4 ограничивается величина крутящего момента на винте 12), зубчатые колеса 15, 14, 13, 10, электромагнитную муфту 8 (в этом случае муфта 8 жестко соединяет колесо 10 с валом) и зубчатые колеса 7 и 9.
На рис. ХП-29 показан разрез силового стола с гидравлическим приводом. Платформа 1 стола устанавливается на направляющую плиту 4 и перемещается по прямоугольным направляющим. Привод подачи стола осуществляется гидроцилиндром подачи. Корпус 3 гидроцилиндра крепится к платформе стола, а шток 2 — к направляющей плите. Подвод масла в цилиндр производится через полый шток. Поступательное перемещение силового стола осуществляется гидравлическим приводом подачи, включающим сдвоенный пластинчатый насос и гидропанель подачи с дистанционным электрическим управлением.
В передней части направляющей плиты находится винт-упор 5, ограничивающий перемещение силового стола. При необходимости получения точ-
t
кого размера на обрабатываемой детали этим же винтом выставляется переднее положение стола. Возможные циклы работы стола включают в себя быстрый подвод, быстрый отвод, первую рабочую подачу, вторую рабочую подачу, выдержку на жестком упоре.
При выборе привода силового стола необходимо учитывать, что основные преимущества и недостатки различных типов привода силовых головок в основном сохраняются и в силовых столах. Однако конструктивные особенности последних по-разному влияют на некоторые из показателей. Сравнивая электромеханические и гидравлические силовые столы, можно указать, что первые имеют большую длину, чем вторые. Такие недостатки гидропривода, как чрезмерный нагрев масла в небольших самодействующих силовых головках ввиду малого его объема и плохого теплообмена, в силовых столах не имеют большого значения. Силовые столы обслуживаются от отдельной гидростанции, в которой имеется достаточный объем масла и значительно лучшие условия для его охлаждения. Коэффициент неравномерности для скорости быстрых перемещений таких столов составляет около 5%, для скорости рабочих подач 8—10%. Стабильность точности останова на жестком упоре находится в пределах 20—30 мкм. Статическая жесткость силовых столов превосходит жесткость силовых головок.
Характеристика и конструкция силовых головок и столов в значительной степени влияют на все основные технико-экономические показатели автоматических линий. Это позволило создать большое количество различных типов силовых головок и столов, что затрудняет их нормализацию и централизованное производство. При проектировании линий особенно отрицательно сказывается разнообразие основных и присоединительных размеров в агрегатных узлах. В настоящее время для устранения этих недостатков типы, основные и присоединительные размеры силовых головок и силовых столов нормализованы.
Конструктивные особенности агрегатных узлов пока не регламентированы с целью дальнейшего их совершенствования.
13 Г. А. Шаумян
Глава Kill
МЕХАНИЗМЫ ПИТАНИЯ АВТОМАТОВ
Механизмы питания автоматов являются теми целевыми механизмами, которые обычно позволяют превратить полуавтоматическую машину в автоматическую. Конструктивное решение их весьма разнообразно, оно связано с видом заготовки и зависит от компоновки машины и тех технических средств, которые могут быть использованы в момент проектирования автомата. При использовании заготовок, имеющих большие размеры и сложную конфигурацию, когда автоматическое их ориентирование и установка в рабочей позиции представляют значительные трудности, применяется ручное питание. В некоторых случаях это оказывается более выгодным, чем внедрение сложных и дорогих механизмов питания, которые при этом бывают малонадежными и приводят к простоям оборудования.
Как правило, автоматические механизмы питания применяются, когда заготовками являются прутки, предварительно обработанные штучные заготовки или необработанные заготовки, полученные методами точного литья, ковки и штамповки. Следует отметить, что прогресс техники ведет к полной автоматизации всех производственных процессов, и конструкторы должны подходить к вопросам создания механизмов питания с этих позиций. Развитие технических средств позволяет применять сегодня их там, где вчера это считалось невозможным или нецелесообразным. Следует отметить, что целесообразность применения механизмов питания определяется не только экономическим эффектом, но и степенью облегчения труда и его безопасностью. Кроме того, сами объекты труда зачастую не допускают непосредственного прикосновения человека (детали точных приборов и радиоэлектроники, медицинские препараты, пищевые продукты и т. п.), что вынуждает внедрять автоматические механизмы.
Основные требования к механизмам питания: конструктивная простота, быстродействие, высокая надежность, рациональная компоновка. От различной степени быстродействия зависят те или иные потери времени в рабочем цикле, от недостаточной надежности — внецикловые потери. Периодическая заправка материала, не совмещенная с рабочим циклом, также приводит к внецикловым потерям. Оба эти требования непосредственно связаны с производительностью машин и труда.
Компоновка механизмов питания, в свою очередь, влияет на компоновку автомата в целом, капитальные затраты и расходы на ремонт, величину производственной площади — факторы, в свою очередь косвенно влияющие на производительность труда. Указанные требования часто находятся в противоречии друг с другом, и задача конструктора — выбрать вариант, обеспечивающий максимальную производительность труда.
По виду используемых в автоматах заготовок механизмы питания разделяются на три группы: для бунта, для прутков, для штучных заготовок. В каждой из этих групп имеется множество конструктивных разновидностей.
§ 1. МЕХАНИЗМЫ ПИТАНИЯ ДЛЯ БУНТА
В бунтах обычно поставляют на заводы проволоку, ленту или прокат различного сечения. Бунтовые материалы служат для питания автоматических станков, прессов, высадочных автоматов и других машин. Устройство для питания автоматов, работающих из бунта, состоит из следующих целевых механизмов: зажима (переднего и заднего), подачи и правки материала.
Механизмы подачи материала применяются следующих типов: рычажные, шариковые и роликовые. На рис. XII1-1, а изображен наиболее распространенный рычажный механизм, который обычно монтируется на подвижной каретке механизма правки материала. Недостаток этого механизма заключается в том, что острая кромка подающего штифта наносит глубокие риски на материал, так как подающий штифт вынужден преодолевать значительные силы из-за большой массы бунта. В механизме, показанном на рис. ХШ-1, б в момент подачи, осуществляемой также ходом каретки, проволока заклинивается между призмой и роликом, опирающимся на наклонную плоскость. Как видно из рисунка, угол наклона опорной плоскости можно регулировать и тем самым подобрать оптимальную силу зажима материала. В механизме подачи с шариковой цангой (рис. ХШ-1, в) захват материала в момент подачи осуществляется тремя шариками, которые при движении каретки вперед заклиниваются между материалом и коническим отверстием корпуса цанги и перемещают материал на величину хода каретки. При этом в местах соприкосновения шариков с материалом образуются небольшие лунки, размеры их значительно меньше, чем рисок, образующихся при рычажной подаче. В конструкции роликовой подачи (рис. ХШ-1, г) контакт между подающими роликами и материалом происходит по значительно большей поверхности, чем в механизмах подачи с шариковой цангой. Силы, создаваемые при вращении прижатых к проволоке роликов, должны
Рис. ХПЬ1. Механизмы подачи бунтового материала: а — рычажный; б — призматический; в — шариковый; г — роликовый
быть достаточными для протягивания материала через правильные ролики. Как правило, при подаче материала роликами применяются устройства для правки материала неподвижного типа, что упрощает механизм питания в целом. Повреждения материала при роликовой подаче минимальны.
Механизмы правки материала перед его обработкой в процессе подачи являются специфичными, отличающими механизмы питания для бунта от механизмов питания другого типа. Правка материала осуществляется протягиванием между штифтами, гребенками, роликами или дюзами, которые располагаются на каретке в шахматном порядке, или через изогнутую вращающуюся трубку. Механизмы правки материала с жесткими штифтами и гребенками применяют преимущественно для проволоки малого диаметра (до 1 мм). Их делают обычно неподвижного типа (рис. ХШ-2, а). В некоторых случаях во избежание повреждений материала при правке штифты и гребенки изготовляют из пластмассы. Механизмы правки материала роликами представляют собой подвижную каретку с закрепленными на ней вращающимися роликами, которая совершает возвратно-поступательное движение от кулачкового механизма. Механизмы правки роликами делаются однорядными (рис. ХШ-2, б) и двухрядными (рис. ХШ-2, в), где ролики располагаются рядами во взаимноперпендикулярных плоскостях. Это обеспечивает более точную правку и обусловливает их широкое распространение в металлорежущих станках. Во время обработки каретка механизма правки отводится назад. При этом движении происходит правка зажатой неподвижной проволоки. По окончании обработки зажимные губки расходятся, а каретка вместе с проволокой продвигается немного вперед. При этом осуществляется подача материала.
Механизм правки с вращающимися дюзами (рис. ХШ-2, г) используется для правки проволоки диаметром до 2 мм. Проволока пропускается через вращающиеся дюзы, установленные в шахматном порядке на корпусе каретки, которая совершает возвратно-поступательное движение. Корпус с дюзами вращается с частотой до 1500 об/мин. Механизмы правки с вращающейся трубой применяются для правки проволоки с диаметром до 0,5 мм. Проволока протягивается через изогнутую трубку (рис. ХШ-2, д), вращающуюся 388
с частотой до 500 об/мин. Каждый участок проволоки при его прохождении через трубку получает многократную деформацию, как это задается соответствующей формой трубки. В результате такого воздействия проволока приобретает однородность и прямолинейную ось; все имевшиеся деформации снимаются.
§ 2. МЕХАНИЗМЫ ПРУТКОВОГО ПИТАНИЯ
Заготовкой для прутковых автоматов являются прутки длиной 1—5 м, которые проходят предварительную правку и калибровку. Пруток может подаваться под действием силы тяжести, дополнительного груза (рис. ХШ-З, а), пружины либо специальными подающими цангами.
Механизмы питания без подающих цанг имеют ряд преимуществ: возможность обработки прутка большого диаметра при тех же габаритах шпинделя, простоту конструкции механизма подачи и др. Недостатки, ограничивающие их применение: неудобство заправки прутка при вертикальном расположении шпинделей, продольный изгиб прутка под действием груза, вследствие чего увеличиваются биение прутка и шум направляющей трубы. Кроме этого, постоянное действие груза на пруток вызывает быстрый износ подшипников шпинделя.
Особенностью механизма питания с подачей прутка под силой тяжести является подвижной упор (рис. ХШ-З, б), устраняющий удар прутка при его опускании. Наклонное расположение шпинделя автомата под углом 15° к горизонтали, как показано на рис. ХШ-З, в, обеспечивает более удобную заправку и более плавное перемещение прутка до упора при раскрытой цанге, но ухудшает конструктивное оформление машины и ее технологичность. Применение в автоматах механизмов питания с подачей заготовки под действием силы тяжести широкого распространения не получило.
Механизмы питания с подающими цангами осуществляют перемещение прутков до упора посредством подающей цанги, которая плотно охватывает пружинящими губками пруток и создает силу трения, достаточную для его перемещения. Пружинящая цанга ввинчивается обычно в подающую трубу и помещается внутри шпинделя близко к зажимной цанге, что позволяет .производить обработку прутков с малым остатком.
На рис. ХШ-4 представлены типы подающих цанг. Цельные цанги (рис. ХШ-4, а, б) изготовляются из одного куска металла; при этом головка
Рис. ХШ-З. Механизмы подачи прутков без подающих цанг: а грузом; б и в — силой тяжести
цанги должна иметь большую твердость, средняя часть должна быть пружинящей, хвостовая нарезанная часть должна быть сравнительно мягкой. Придать эти качества цельной подающей цанге весьма сложно; особенно сложно обеспечить сочетание достаточно высокой твердости головки с пружинящими свойствами средней части подающей цанги.
Эти затруднения устраняются в цангах со вставными вкладышами (рис. ХШ-4, в, г). Корпус подающей цанги может быть изготовлен из пружинящей стали, а вкладыш — из высокосортной, хорошо сопротивляющейся износу. Благодаря этому облегчается процесс термической обработки и повышаются эксплуатационные свойства подающих цанг. Подающие цанги с вкладышами дают возможность применять различные материалы для вкладышей в зависимости от материала обрабатываемой детали и менять вкладыш при износе. Саморегулируемые цанги (рис. ХШ-4, д, е) применяются в автоматах значительно реже, так как они снижают максимальный диаметр обрабатываемого прутка. На рис. ХШ-4, ж показана универсальная подающая цанга, в которой пруток зажимается путем сжатия лепестков цанги конусной поверхностью. Недостатком рассматриваемой цанги является снижение максимального диаметра подаваемого прутка из-за больших ее размеров.
На рис. ХШ-4, з, и показаны подающие механизмы, монтируемые вне шпинделя. В корпусе 1 (рис. ХШ-4, з) установлен на шариках вкладыш 2, в котором на штифте с помощью плоской пружины удерживается зажимная шайба 3. При перемещении корпуса 1 влево зажимная шайба скользит по 390
Рис. ХШ-5. Механизм подачи прутка одно шпиндельного револьверного автомата Steinhauser
прутку. При перемещении вправо зажимная шайба перекашивается и захватывает пруток. Зажимные шайбы можно использовать как для калиброванных прутков, так и для проката. Гидравлический патрон с радиальным перемещением губок показан на рис. XIII-4, и. Губки перемещаются от кольцевого поршня /, прижимного диска 2 и рычага 3. Открывание губок и обратное перемещение кольцевого поршня производится пружинами 4 и 5. Зажимные губки 7 могут перемещаться в радиальном направлении относительно основных губок 6 с помощью винтов 8. Данный патрон обеспечивает большие силы зажима и позволяет подавать прутки с любым допуском на диаметр. Перемещение подающей цанги может осуществляться пружиной,
грузом или кулачком, отвод — с помощью контркулачка или пружины. Подача регулируется обычно изменением плеч рычагов путем перестановки камня кулисы.
В качестве примера подачи прутков на рис. ХШ-5 показан механизм токарно-револьверного автомата Steinhauser. Барабанный кулачок /, установленный на вспомогательном валу, управляет зажимам и разжимом зажимной цанги 6, а также движением подачи и обратным перемещением подающей цанги 2. Подача изменяется перемещением цапфы 4 в продольном пазу кулисы 3. Направляющее кольцо 5 подбирается в зависимости от диаметра прутка.
- В многошпиндельных автоматах труба подающей цанги заканчивается обычно кольцом, которое при повороте шпиндельного блока попадает в захватывающую
Рис. XIII-6. Механизм подачи прутка много-шпиндельного автомата Gildemeister
Рис. ХШ-7. Механизмы подачи прутка: а — грузом с полиспастом; б = сжатым воздухом
вилку механизма подачи, установленного в загрузочной позиции. На рис. XII1-6 показаны механизмы подачи и зажима прутка многошпиндельного автомата Gildemeister. Подающая цанга 1 установлена на трубе 2, на конце которой имеется кольцо 3. Кольцо 3 в позиции загрузки попадает в захватывающую вилку механизма подачи 4 — происходит осевое перемещение трубы и подающей цанги /; пруток подается до упора. Перемещение захватывающей вилки происходит от кулачка 5, смонтированного на распределительном валу, через рычажную систему с регулируемым передаточным отношением. Это дает возможность регулировать величину хода цанги без замены кулачка 5. Зажимная цанга управляется от кулачка 6 таким образом, что зажим и разжим производятся также в одной позиции — там, где подается пруток.
В автоматах фасонно-продольного точения подача прутков является и рабочей подачей, поэтому механизмы подачи прутка в этих автоматах имеют свои особенности. Они занимают промежуточное положение между механизмами подачи и суппортами, так как осуществляют рабочую подачу прутка при неподвижном в осевом направлении инструменте. Существует два основных метода подачи прутка: перемещением шпиндельной бабки и перемещением внутреннего шпинделя. В первом случае шпиндельная бабка перемещается вместе со шпинделем и зажатым в нем прутком. Такое конструктивное решение имеет ряд недостатков: износ направляющих шпиндельной бабки и потеря соосности шпинделя и люнета, скольжение ремня по
нижнему приводному шкиву при перемещении шпиндельной бабки и др. Обратный ход шпиндельной бабки осуществляется с помощью пружины, которая должна преодолевать силы трения, создаваемые шпиндельной бабкой в направляющих станины, и силы инерции, возникающие вследствие быстрого перемещения при обратном ходе шпиндельной бабки. Большое усилие пружины вызывает быстрый износ профиля кулачка и потерю точности. В автоматах с перемещением внутреннего шпинделя указанные недостатки устранены.
Во время перемещения прутка в момент перевода шпиндельной бабки или внутреннего шпинделя в исходное положение перед началом обработки новой детали в автоматах фасонно-продольного точения на пруток действует осевая сила, которая создается действием груза или с помощью пневматических механизмов (рис. XIII-7).
Пример подачи прутков с использованием груза показан на рис. ХПЬ7,й. В отличие от рассмотренного выше механизма подачи тяговый трос /, соединенный с флажком 2, охватывает ролик 3 и идет на полиспаст 4, который находится вместе с грузом 5 между двумя колонками средней стойки. Использование сложного блока вызвано тем, что длина прутка больше, чем наибольшее расстояние груза от пола. Направляющая труба имеет резиновый элемент, уменьшающий шум. Подающая штанга 7, на которой спереди помещен свободно вращающийся грибок 8 с шариком внутри, скользит в стальной втулке 6. Грибок 8 упирается в центр прутка и вместе с ним вращается, что устраняет трение прутка о подающую штангу.
На рис. ХШ-7,б показан механизм подачи прутка с использованием сжатого воздуха. Направляющая труба 1 используется как цилиндр, в котором установлен толкатель 2. На толкатель непрерывно действует воздух с давлением 2—3 кгс/см2 (20—30 Н/см2). В момент, когда толкатель займет показанное на рисунке положение, сжатый воздух начнет проходить к цилиндру 3, шток которого посредством рычага 4 нажмет на выключатель 5, станок отключится.
В настоящее время находят применение механизмы подачи прутков с электроприводом. На рис. XIII-8 представлен механизм подачи автомата Pirexd 100/350 фирмы Pittier. Пруток получает движение подачи через толкатель и флажок, входящий в прорезь трубы. Флажок закреплен на каретке, расположенной на двух цилиндрических направляющих и перемещающейся от электродвигателя через редуктор и цепь, с которой она соединена.
Pssc. ХШ«8. -Механизм подачи тгрутка с электроприводом
Направляющие трубы (рис. XII1-9) предназначены для поддержки свободного конца обрабатываемого прутка соосно шпинделю. Применяются простые и бесшумные трубы, способствующие снижению утомляемости рабочих. Первые просты по конструкции и представляют собой гладкие трубы, в которые вставляются обрабатываемые прутки (рис. XII1-9, а). В автоматах фасонно-продольного точения применяют направляющие трубы со сквозным шлицем, в котором проходит поводок толкателя (рис. ХШ-9, б). Однако сквозной шлиц может вызывать повреждение поверхности прутка вследствие его ударов об острые кромки стенок шлица. Это особенно сказывается при алюминиевых, бронзовых, латунных, эбонитовых прутках и тонкостенных трубах. На рис. ХШ-9, в показана бесшумная направляющая труба, в которой по всей ее длине проходит спиральная пружина, в продольном сечении имеющая форму синусоиды. Внешний (наибольший) диаметр обеспечивает плотное прилегание пружины к стенкам направляющей трубы, а внутренний (наименьший) должен обеспечить свободное прохождение и базирование прутка. Возникающие при вращении прутка удары воспринимаются пружиной и не передаются наружной трубе. Направляющая труба, показанная на рис. ХШ-9, а, имеет по всей своей длине спиральную пружину, заключенную в резиновый шланг, и может использоваться при больших частотах вращения прутка. В направляющей трубе, показанной на 394
рис. XII1-9, д, пруток проходит через металлические и неметаллические направляющие втулки, каждая из которых удерживается с помощью двух спиральных пружин. Направляющие втулки могут свободно качаться, при этом спиральные пружины нигде не трутся и не изнашиваются. На рис. ХШ-9, е показана конструкция, в которой на стальную трубу, направляющую пруток, плотно надета резиновая рубашка, закрепленная холщевой обмоткой. Эта труба, в свою очередь, вставляется в стальную трубу значительно большего диаметра и удерживаться в ней двумя резиновыми кольцами. На рис. ХШ-9, ж показана конструкция, в которой пруток помещается в кожаный или синтетический желоб, подвешенный к двум трубам, закрепленным на стойках. Одну из труб делают поворотной, что обеспечивает регулирование величины желоба для прутков различных диаметров. Поворот труб фиксируется с помощью двух колец, жестко закрепленных на трубе. Вращающийся пруток ударяется в стенки эластичного желоба и не производит шума.
На рис. ХШ-9, з показана конструкция, в которой пруток помещается в двойную направляющую трубу, монтируемую на подшипниках.^ Снаружи устанавливается неподвижная предохранительная труба, жестко закрепленная во фланцах стоек. Вращающийся пруток ударяется о стенки направляющей внутренней трубы, обернутой резиной или холстом. Конструкция, показанная на рис. ХШ-9, и, выполнена из двух труб. Внутренняя труба обматывается резиной и вставляется в наружную стальную трубу. На концах ее ставятся резиновые прокладки и фланцы так, что между внутренней и наружной трубой образуется геометрически закрытое пространство, уменьшающее звук. На рис. ХШ-9, к показана направляющая труба, которая вращается в шарикоподшипниках. Труба покрыта вулканизирующим картоном и на конце имеет резиновый захват. Вращающаяся труба вставлена в неподвижную трубу большого диаметра. Своеобразное решение проблемы звукоизоляции показано на рис. ХШ-9, л, где направляющая труба для прутка, соединенная с трубой для тросиковой тяги, охвачена другой трубой большего диаметра, пространство между ними заполнено песком, что снимает шум.
В последнее время для автоматизации подачи прутков в зону загрузки станка получили развитие магазинные устройства, которые позволяют загружать до нескольких десятков прутков и обеспечивают их автоматическое поступление в механизм подачи. В первую очередь прутковые магазины начали применять в автоматах с высокой производительностью, где заправка, не совмещенная с рабочим циклом, оказывает существенное влияние на их производительность.
§ 3. МЕХАНИЗМЫ БУНКЕРНОГО ПИТАНИЯ
Автоматизация загрузки и разгрузки штучных заготовок в станках-автоматах осуществляется с помощью бункерных и магазинных механизмов питания. Наиболее развитым типом механизма питания является бункерный, конструктивная схема которого показана на рис. XIII-10. Он состоит из двух функциональных узлов: бункерно-ориентирующего устройства и автооператора, между которыми расположен магазин (лоток-накопитель).
В бункерно-ориентирующее устройство навалом засыпаются заготовки, откуда из общей массы они автоматически выбираются, ориентируются и подаются в магазин. В соответствии с этим бункерно-ориентирующее устройство включает в себя следующие механизмы: бункер 7, механизм выборки 3, механизм ориентации 4, механизм разрушения сводов 2, предохранительный механизм 5 и механизм возврата. Назначением автооператора является загрузка ориентированных штучных заготовок в шпиндель станка, а также съем и выведение из рабочей зоны обработанных деталей. Автооператор включает в себя следующие механизмы или устройства: отсекатель 7, механизм подачи (питатель 8), захватное устройство 9, заталкиватель 10.
выталкиватель или съемник 11, отводящее устройство 12. Промежуточный лоток (магазин) 6 является связующим звеном между бункерно-ор иен тирующим устройством и автооператором и предназначен для создания запаса заготовок, необходимого для компенсации неритмичности их подачи из бункера к автооператору.
Механизмы питания, в которых бункерно-ориентирующее устройство отсутствует, а имеются только магазин и автооператор, называются магазинными загрузочными устройствами. В отличие от бункерно-загрузочных устройств, где заготовки в бункер засыпаются навалом, при использовании магазинного меха
низма питания заготовки вручную укладываются в ориентированном положении в магазин и далее автооператором автоматически подаются в рабочую зону. Структура механизмов питания штучными заготовками показана на рис. XIII-1L Автоматические загрузочно-разгрузочные устройства для штучных заготовок выполняются в виде самостоятельных узлов станка, органически связанных со станком, или узлов-приспособлений.
Бункерное питание широко применяется в массовом производстве, где форма обрабатываемых заготовок не меняется продолжительное время, а сами заготовки несложной конструкции, небольших размеров и с непродолжительным циклом обработки. Бункерные механизмы обеспечивают возможность длительной работы станка без вмешательства человека, позволяют широко внедрять многостаночное обслуживание и создают предпосылки для построения автоматических линий. Типовые механизмы бункерного питания были указаны выше (см. рис. ХШ-10). Рассмотрим основные
из них.
Бункер представляет собой емкость определенной формы и объема, куда засыпают неориентированные заготовки. Он взаимосвязан с механизмами захвата и ориентации и вместе с ними составляет бункерно-ориентирующее устройство. Для нормальной работы последнего необходимо, чтобы масса заготовок в бункере находилась в определенных пределах. Если заготовок много, происходит их интенсивное ворошение, что может привести к поломке захватных органов. При малом количестве заготовок вероятность захвата падает, и заготовки подаются в лоток-накопитель с перебоями.
Поэтому часто рядом с бункером устанавливают предбункер, в котором и сосредотачивают основной запас заготовок. Регулированием поступления заготовок из предбункера в бункер с помощью заслонки добиваются оптимальных условий работы бункерно-ориентирующего устройства. Таким образом, бункер выполняет функции подготовки заготовок к выборке и создает необходимые условия для нормальной работы механизма поштучной выборки.
Механизм выборки заготовок или захватное устройство предназначено для поштучной выборки заготовок из бункера и передачи их в механизм (или через механизм) ориентации. Существует большое количество методов захвата и ориентации заготовок с использованием их геометрической формы, положения центра тяжести и т. д. По способам захвата, т. е. поштучной выборки заготовок из общей массы в бункер, все бункерные загрузочные устройства можно разделить на две группы: с захватными органами; без захват-ных органов.
Наибольшее распространение в настоящее время имеют загрузочные устройства первой группы, в которых выборка заготовок осуществляется с помощью механических перемещений захватных органов (штырей, крюков, шиберов, секторов, лопастей, дисков и т. д.), которые могут совершать поступательные, колебательные и вращательные движения. Для обеспечения бесперебойной работы станка необходимо, чтобы среднее количество заготовок, подаваемых механизмами захвата из бункера в лоток-накопитель, было равно количеству деталей, подаваемых питателем к шпинделю станка. Лоток-накопитель должен обеспечить компенсацию колебаний производительности захватных устройств. При этом неизбежны случаи, когда возникает избыток заготовок, т. е. переполнение лотка. Чтобы избежать в этом случае поломок механизмов, предусматривают специальные блокирующие устройства, которые либо отводят избыток заготовок в отдельную тару, либо регулируют работу механизма захвата. Наличие дополнительных блокирующих механизмов усложняет бункерные загрузочные устройства. Другим недостатком загрузочных устройств первой группы является сложность регулирования величины подачи заготовок. Кроме того, наличие подвижных частей механизмов и трущихся пар неизбежно приводит к износу и поломкам захватных органов и уменьшению надежности работы загрузочных устройств.
В загрузочных устройствах второй группы выборка заготовок из бункера производится за счет сил трения. Такие загрузочные устройства позволяют легко решать проблему переполнения лотка-накопителя, не прибегая к дополнительным блокирующим механизмам. Устройства второй группы получили большое распространение в последние годы благодаря созданию вибрационных загрузочных устройств, в которых силы трения создаются посредством вибрации корпуса бункера или отдельных его частей.
Методы захвата и ориентации заготовок являются наиболее типичными признаками, характеризующими работу бункерно-загрузочных устройств, и полно разработаны для загрузочных устройств первой группы с захватными органами, где выборка и ориентация заготовок осуществляется обычно за один прием, единым механизмом. Некоторые способы ориентации заготовок показаны на рис. ХШ-12.
Для подачи колпачков или трубок, у которых длина больше диаметра, может применяться способ ориентации надеванием на крючок или штырь. На рис. ХШ-12, а показаны различные варианты выполнения штырей и крючков. Этот способ ориентации применяется в крючковых, штырьевых и цепных бункерных загрузочных устройствах.
Для деталей с головками (болтов, винтов, заклепок и т. д.), а также деталей типа дисков или пластин (тонкие круги, шайбы, гайки и т. д.) используют ориентацию щелью. Сектор (шибер) выполняется с щелью (рис. ХШ-12, б) и получает прямолинейное или качательное движение. Секторы или. шиберные бункерные загрузочные устройства применяются для подачи деталей типа штырей, цилиндриков, шариков, и т. д. В этом случае шиберы выполняются или со скосом, или с призматическим пазом (ХШ-12, в).
Для мелких заготовок типа шариков или стержней, длина которых более 1,2—1,5 диаметра, используют ориентацию западанием в трубку (рис. ХШ-12, г). Во время возвратно-поступательного движения трубки 398
или бункера или при вращении трубки происходит ворошение деталей и их западание в трубку в ориентированном положении.
Для деталей типа низких колпачков или дисков, имеющих различную форму торцовых поверхностей, используют ориентацию по профильным карманам. Способ используется в карманчиковых загрузочных устройствах (рис. ХШ-12, а).
Для деталей с явным смещением центра тяжести используют ориентацию на ноже. Используют также дисковые устройства, в которых ориентация может производиться или непосредственно в карманах диска (рис. ХШ-12, е), или в специальном ориентирующем устройстве после выдачи детали из кармана (рис. ХШ-12, ж).
Для стержневых заготовок, у которых концы выполнены с различным профилем, возможно использование способа ориентации по профильным губкам. При этом используются дисковые бункерные загрузочные устройства с ориентацией после выдачи детали из кармана диска (рис. ХШ-12, а).
Для ориентации и подачи деталей типа конических роликов используются вращающиеся цилиндрические валки, оси которых непараллельны (рис. ХШ-12, й). Напротив окна выдачи расстояние между образующими валков больше максимального диаметра ролика.
Ориентация заготовок может производиться в одной позиции, которую проходят все заготовки, либо на многих позициях внутри бункера. Ориентация заготовок часто производится в процессе перемещения их по вибрирующему лотку. При этом выбор способа ориентации зависит от формы перемещаемой заготовки. Некоторые способы ориентации наиболее распространенных типов деталей приведены на рис. ХШ-13. Заготовки типа дисков, колец, квадратных или прямоугольных пластин можно ориентировать и подавать в один слой с использованием спирального лотка, выполненного с наклоном к центру бункера под углом [3 = 3 -~5° (рис. ХШ-13, а). Буртик лотка выполняется меньше высоты заготовки. При перемещении заготовки детали второго слоя будут соскальзывать в бункер. Ориентация колпачков, высота которых равна или меньше диаметра (h d), может осуществляться выполнением на плоском лотке выреза с языком (рис. ХШ-13, б). Заготовки, перемещающиеся отверстием вверх, проходят над язычком, а расположенные' отверстием вниз выпадают в вырез лотка. Способ ориентации заготовок типа роликов или трубочек при d < I показан на рис. ХШ-13, в. Заготовки,
Рис. ХШ-13. Типовые заготовки и способы их ориентации в вибрационных загрузочных устройствах
перемещающиеся вертикально, сбрасываются козырьком в чашу бункера. На рис. XIII-13, г показан способ ориентации двухступенчатых заготовок. Заготовки, расположенные большим диаметром вниз, перемещаются по лотку, а заготовки, расположенные большим диаметром вверх, сбрасываются козырьком. Заготовки, с головками (болты, винты и т. д.), а также колпачки при I >> d возможно ориентировать на выходе со спирального лотка на прямолинейном участке (рис. XIII-13, д, е).
В соответствии с многочисленными методами ориентации заготовок имеется множество разнообразных типов и конструкций бункерно-загрузочных устройств, число которых непрерывно возрастает.
На рис. XIII-14 показано пневматическое бункерное загрузочное устройство, в котором заготовки подаются с помощью сжатого воздуха. Заготовки засыпаются в бункер /, который плотно закрывается крышкой 2. По трубе 3 из цеховой магистрали подается сжатый воздух, давление которого можно регулировать краном 4. Внутри бункера расположен ворошитель 5 с вращением от пневмопривода. Заготовки захватываются потоком воздуха и подаются в приемную трубу 6 и далее в лоток-накопитель.
В последнее время получили большое распространение вибрационные загрузочные устройства с круговыми бункерами, на внутренней или наружной стенках которых выполнена спираль. На рис. XIII-15 показан вибрационный бункер с тремя подвесками. Подвески, несущие бункер, установлены под углом а = 25° к вертикали. Угол подъема спирали равен 2°. Колебания бункера создаются тремя электромагнитами, питание которых осуществляется постоянным пульсирующим током, для чего в схему питания включается однополупериодный выпрямитель. Для синхронной работы электромагнитов последние включены параллельно, а выпрямитель последовательно к ним. Частота колебаний — 3000 в минуту. Передача деталей из бункера в рабочую позицию осуществляется под действием собственного веса по лотку, который обычно является продолжением спирали бункера. Если лоток заполнен, то детали автоматически останавливаются и снова движутся при расходе деталей. Производительность регулируется путем
Рис. ХШ-14. Пневматическое бункерное загрузоч ное устройство
Рис. ХШЛ5. Вибрационное загрузочное устройство
Рис. XIII-16. Схема действующих сил на заготовку, находящуюся на вибрирующем лотке:
а ускорение направлено влево; б — ускорение направлено вправо
изменения напряжения автотрансформатором. Производительность 4—“ 120 шт./мин; потребляемая мощность 50 Вт. Аналогичные бункерные устройства созданы и с одним электромагнитом в приводе для более легких деталей.
Рассмотрим движение заготовки по горизонтальному вибрирующему лотку. При использовании электромагнитного привода в вибрационном загрузочном устройстве лоток получает гармонические колебания. Законы колебания лотка выражаются:
перемещение лотка
$л = -|-(1 — cos®0;
скорость перемещения лотка
ил~ —sm <°z;
ускорение перемещения лотка бсо # /л = — COS at,
где	6 — размах колебания лотка в мм;
со = 2я/л — круговая частота колебаний лотка;
fn — частота колебаний лотка в 1/с;
t — время в с.
На заготовку, находящуюся на вибрирующем лотке, действуют следующие силы: сила трения F, сила сопротивления, которая стремится перемещать заготовку вместе с лотком; сила инерции т/л; движущая сила; сила тяжести mg.
Сила трения
F =	= ц (mg ± т]л sin а),
где R — реакция действующих на лоток сил;
|л — коэффициент трения покоя заготовки о лоток;
а—угол наклона подвески (пружин).
При движении заготовки вперед (рис. ХШ-16, а)
R = mg — т]л sin а, тогда
F = (mg — mjn since) ц.	(ХШ-1)
Условие проскальзывания заготовки относительно лотка вперед (по схеме рис. ХШ-16 вправо) — превышение сил инерции по сравнению с силами трения:
т]л cos а > (mg —« т/л sin а) ц.	(ХШ-2)
Максимальная величина ускорения лотка /л зависит от амплитуды колебания лотка А. На рис. ХШ-17, а показано изменение сил инерции
от ускорения лотка или
Рис. XIII-17. Изменение сил инерции и сил трений в зависимости от ускорения лотка:
а — при прямом проскальзывании; б — при обратном проскальзывании;
1 — зона покоя; 2 — зона относительного движения
амплитуды колебания
и сил трения в зависимости
лотка. Ускорение лотка /4, при котором заготовка начинает перемещаться по лотку в прямом направлении, называется критическим и может быть определено из условия
т]л cos а == mgix — т]л sin ар,
(XII1-3)
откуда

(XIII-4)
cos а + р sin а
Наиболее удобным критерием оценки режимов движения заготовок по вибрирующим является амплитудный — величина амплитуды колебания лотка в горизонтальной плоскости Хтах- Амплитуда колебания лотка в горизонтальной плоскости может быть легко замерена непосредственно на работающем вибрационном загрузочном устройстве1.
Ускорение лотка в горизонтальной плоскости
6й)2
]л cos а = -j- cos а, тогда при амплитуде колебания лотка в горизонтальной плоскости
Хтах — cos а	(XIII-6)
(ХШ-5)
будем иметь
(XIII-8)
/л cos а - Xmax(02.	(XII1-7)
Критическая амплитуда колебаний лотка, при которой заготовка начинает проскальзывать вперед относительно лотка, ________________ • cos а ______gp cos а ___ gp__________ +i J+i о2 (cos а 4- р sin а) со2 co2(14-ptga)
Рассмотрим перемещение заготовки по вибрирующему лотку при изменении направления ускорения лотка (см. рис. XIII-16, б).
Условие проскальзывания заготовки назад:
т/л cos a r> (mg + т]л sin а) р.	(ХШ-9)
На рис. X Ш-17, б показано изменение действующих на заготовку сил в зависимости от величины ускорения лотка или амплитуды колебания. Критическое ускорение лотка, при котором начнется проскальзывание заготовки назад /4, определяется из условия
т]л cos а = mgii + т]л sin ар
или

cos а — р sin а
(XIII-10)
1 Описанные вибрационные загрузочные устройства разработаны и изготовлены на кафедре «Металлорежущие станки и автоматы» Московского высшего технического училища
им. Н. Э. Баумана пр оф. Н. И. Камышным.
Критическая амплитуда колебания лотка в горизонтальной плоскости начала обратного проскальзывания
Так как плоскость колебаний лотка не совпадает с плоскостью лотка, а образует с ней угол а, силы инерции при прямом проскальзывании будут уменьшать силу 7? — опорную реакцию между заготовкой и лотком, а следовательно, и силы трения F = а при обратном проскальзывании (как показано на рис. ХШ-16, б) увеличивают их. Поэтому при каждом колебании лотка заготовка будет проскальзывать по лотку в прямом направлении на большую величину, чем в обратном, а при большом числе колебаний заготовка будет перемещаться по лотку со значительной скоростью. При увеличении амплитуды колебания лотка при движении его вперед может наступить момент, когда реакция действующих на лоток сил R будет равна нулю, т. е.
mg “ т]л sin а.	(XIII-12)
При этом заготовка оторвется от лотка и может некоторое время находится в полете. Критическое ускорение лотка, при котором произойдет отрыв заготовки от лотка,
/о = -Л-.	(ХШ-13)
w srna	'	7
Критическая амплитуда колебания лотка, при которой произойдет отрыв заготовки от лотка,
х0 = ~-Л—•	(ХШ-14)
°	(О2 tg a	v	7
Таким образом, в зависимости от условий, в которых заготовка находится, она может перемещаться по лотку в различных режимах, их можно разделить на две группы: режимы движения с проскальзыванием, когда заготовка проскальзывает относительно лотка в прямом или обратном направлении без отрыва; режимы движения с подбрасыванием, когда заготовка кроме проскальзывания отрывается от лотка и некоторое время находится в полете. Режимы движения с проскальзыванием рекомендуется использовать при перемещении хрупких и нежестких деталей, но, как показали исследования, они могут обеспечить только малые скорости перемещения заготовок по лотку, порядка 4—5 м/мин. Большие скорости перемещения, а следовательно, и высокую производительность загрузочных устройств можно достичь при условии использования режимов движения с подбрасыванием. Следовательно, при проектировании загрузочных устройств определенной производительности необходимо знать границы существования того или иного режима, ибо скорость перемещения заготовок в отдельных режимах различна. С точки зрения непрерывности движения заготовок относительно вибрирующего лотка существуют следующие режимы движения.
1.	Режим прерывистого одностороннего проскальзывания. Заготовка за период одного колебания лотка перемещается только в прямом направлении и имеет одну длительную остановку.
2.	Режим прерывистого двустороннего проскальзывания. Заготовка за период одного колебания лотка перемещается как в прямом, так и в обратном направлении и имеет две конечные остановки.
3.	Режим непрерывного проскальзывания. Заготовка непрерывно находится в движении (в прямом или обратном направлении), остановки только мгновенные при изменении направления проскальзывания.
4.	Режим прерывистого подбрасывания. Заготовка после полета попадает на лоток, когда еще не возникли условия прямого проскальзывания.
Рис. XIII-18. Диаграмма существования режимов движения заготовок по горизонтальному вибрирующему лотку
5.	Режим прерывистого подбрасывания с прямым проскальзыванием. Заготовка после полета попадает на лоток, когда имеются уело» вия прямого проскальзывания вперед. Проскальзывание вперед продолжается до момента отрыва заготовки от лотка. Далее условия повторяются.
6.	Режим непрерывного подбрасывания. Заготовка после полета попадает на лоток в момент возникновения условий подбрасывания, опять отрывается и летит и т. д.
7.	Режим полунепрерывного подбрасывания. Заготовка несколько периодов находится в режиме непрерывного подбрасывания и один период в режиме прерывистого подбрасывания с прямым проскальзыванием, а затем условия
повторяются.
На рис. ХШ-18 приведена диаграмма существования различных режимов движения заготовок (/—7) относительно горизонтального
вибрирующего лотка в зависимости от угла наклона подвесок а и амплитуды колебания лотка в горизонтальной плоскости Хшах. На диаграмме: X+i — критическая амплитуда начала прямого проскальзывания заготовки относительно лотка; Х_£—критическая амплитуда начала обратного проскальзывания; Х1)2— критическая амплитуда начала непрерывного проскальзывания; Хо—критическая амплитуда отрыва заготовки от лотка; Хп — критическая амплитуда начала прерывистого подбрасывания с прямым проскальзыванием; Хн — критическая амплитуда непрерывного подбрасывания; Хп. н — критическая амплитуда полунепрерывного подбрасывания; п — число периодов колебаний лотка за время полета заго-
товки.
Исследования показали, что устойчивыми режимами движения являются режимы прерывистого одностороннего и двустороннего проскальзывания, режимы прерывистого подбрасывания с прямым проскальзыванием, непрерывного и полунепрерывного подбрасывания. Границы зон существования устойчивых режимов движения с подбрасыванием могут быть определены по следующим формулам:
Х„ =	 1/л2/га 4-1___-____•	(ХШ-15)
П (О2 tg а Г ‘	1 4- Hl tgа ’
	(М-ВД
A'... =	'	(XIII-17)
где со = 2л/л — круговая частота;
/л — частота колебания лотка в кол7с;
g—ускорение свободного падения;
сс — угол наклона подвесок в град; р — коэффициент трения покоя.
Скорость перемещения деталей по вибрирующему лотку в различных режимах различна. Она зависит от параметров загрузочного устройства: угла наклона подвесок а, угла подъема лотка 0, частоты колебания лотка /л, амплитуды колебания лотка Хтах и других факторов. Кроме того, на скорость
перемещения оказывают влияние такие факторы, как изменение сил трения заготовки о лоток, упругое соударение заготовки о лоток после полета, форма заготовки, наличие смазки на лотке и другие. В промышленности широкое применение получили вибрационные загрузочные устройства с электромагнитным приводом. Их особенность состоит в легкости регулирования амплитуды колебания лотка, а следовательно, и ско-
Рис. ХШ-19. Изменение теоретической скорости перемещения заготовки по вибрирующему лотку в за висимости от уклона подвесок а и амплитуды коле бания лотка ^тах
рости перемещения заготовки по лотку. Это позволяет обойтись без тщательного расчета ожидаемых скоростей перемещения заготовок
относительно лотка, достаточно знать зону работы загрузочного устройства. На рис. ХШ-19 приведены графики теоретической скорости пере-
мещения заготовки относительно лотка в зависимости от амплитуды колебания лотка в горизонтальной плоскости Хтах, построенные графическим методом. При больших углах наклона подвесок (а = 30°) и при малых амплитудах колебания лотка наблюдается интенсивный рост скорости перемещения, который замедляется при амплитудах колебания лотка, близких к режиму полунепрерывного подбрасывания, скорость равна примерно 11 м/мин. При угле наклона подвесок а = 15° интенсивный рост скорости перемещения начинается при больших значениях амплитуды колебания лотка, но предельная теоретическая скорость значительно выше и составляет более 27 м/мин. Еще большая предельная теоретическая скорость при угле наклона подвесок а = 10°, при котором она достигает 44 м/мин. Скорость перемещения снижается при достижении лотком амплитуды колебания ’ полунепрерывного подбрасывания Хп, н. Дальнейшее увеличение амплитуды колебания лотка приводит к тому, что заготовка начинает находиться в полете немного более одного периода колебания лотка, попадает на него в момент обратного хода и интенсивно тормозится.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что практическая скорость перемещения заготовок ниже теоретической в среднем на 30% вследствие упругого удара заготовки о лоток после полета, колебания коэффициента трения скольжения, влияния массы загружаемых заготовок и других факторов.
Назначение автоматических загрузочных устройств заключается в том, чтобы подать требуемое количество деталей в сторого определенном положении в зону обработки. Для обеспечения требуемой производительности и надежности в работе проектируемого вибрационного загрузочного устройства необходимо правильно выбрать способ ориентации подаваемых заготовок, оптимальный режим движения заготовки по вибрирующему лотку и рассчитать следующие его параметры: угол наклона подвесок а, максимальную рабочую амплитуду колебания лотка Xfflax, угол подъема лотка 0, геометрические размеры подвесок, соотношение масс основания и колеблющихся частей, требуемое рабочее усилие электромагнитов и др.
При выборе режима движения заготовок по вибрирующему лотку следует учитывать, что режимы с проскальзыванием могут обеспечить скорость перемещения до 5 м/мин, а большие скорости перемещения возможны только при использовании режимов с подбрасыванием (см. рис. ХШ-19). Скорости перемещения от 10 до 20 м/мин могут быть получены при малых углах наклона подвесок (а = 8~-15°) и больших амплитудах колебания лотка (•^шах ~ 1-т-З ММ).
Угол наклона подвесок а выбирается в зависимости от заданной производительности загрузочного устройства. Требуемая скорость перемещения заготовок
»тр = П м/мин,	(ХШ-18)
где Q — заданная производительность устройства в шт./мин;
d3 — диаметр или длина подаваемой заготовки в мм;
т| — коэффициент равномерности подачи заготовок; зависит от формы детали, способа ориентации и других факторов (ц г> 1).
Считаем, что предельная скорость перемещения заготовок, которую сможет обеспечить данное загрузочное устройство, — это скорость перемещения в режиме непрерывного подбрасывания, т. е. при Хтах = Хн. Тогда
tga = -^-,	(ХШ-19)
I лигах
где ^тах — предельная скорость перемещения заготовок, возможная на данном загрузочном устройстве при Xmax = Хн; t>max = t’Tp.
Угол наклона подвесок а должен лежать в пределах 5—45°. Следовательно, согласно формуле (XIII-16) при п = 1
хшах==хн=-^.	(ХШ-20)
Угол подъема лотка © обычно выбирается минимально возможным по конструктивным соображениям. Необходимо учитывать, что при увеличении угла подъема скорость перемещения заготовок снижается. Проведенные исследования показали, что при увеличении угла подъема лотка © до 2° скорость перемещения заготовок снижается не более чем на 10—15%.
Отношение массы основания к массе колеблющихся частей, как показали исследования Н. И. Камышного, М. В. Медвидя и др., должно быть не менее 6—7.
Для получения больших амплитуд колебания лотка при малых усилиях электромагнитов необходимо, чтобы вибрационная система работала в режиме, близком к резонансу. Собственная частота системы зависит от жесткости подвесок. При расчете геометрических параметров подвесок необходимо учитывать, что условия работы вибрационных загрузочных устройств являются наиболее благоприятными, если собственная частота системы оказывается несколько больше частоты возмущающей силы. Тогда вынужденные колебания системы происходят в той же фазе, что и колебания возмущающей силы. Рекомендуется, чтобы собственная часть колебаний системы была на 10% больше частоты колебаний возмущающей силы.
Конструктивно подвески могут быть выполнены круглыми или плоскими (набранными из пластин). При расчете подвесок необходимо определить их длину, ширину и толщину, если они плоские, и длину и диаметр, если они круглые. При плоских подвесках длиной и шириной задаются конструктивно, толщину пружин а можно определить из условия, что подвеска представляет собой балку, закрепленную жестко с двух сторон:
И/ЖСМ;	(ХШ-21)
372 |к mb ’
где	b — ширина пружин в см;
I — рабочая длина пружин в см;
п — число подвесок;
i — число пружин в подвеске;
G — масса колеблющихся частей и загруженных в бункер заготовок в кг;
1,1/л—собственная частота колебаний системы в кол/с.
При круглых подвесках длиной задаются конструктивно, а диаметр
0,0135см.	(ХШ-22)
рис. ХШ-15) при
Требуемое усилие одного электромагнита при условии, что у каждой подвески установлен электромагнит перпендикулярно ее плоскости (см.
i плоских подвесках, n liEbcfii р = ~тг кгс-
(XI П-23)
Динамический коэффициент
где фв — частота вынужденных колебаний. При круглых подвесках
0,30*6
р73
(XI П-24)
Если в приводе вибрационного загрузочного устройства со спиральным лотком один электромагнит, установленный в центре, то его усилие при
плоских подвесках
n SEbaPin
PQ = 7ПГ----:--’ КГС
b 2Z3p sm а
(ХПП25)
При круглых подвесках
=	(ХШ-26)
В последнее время в промышленности находят применение вибрационные загрузочные устройства с раздельным приводом. В отличие от обычных вибрационных загрузочных устройств, имеющих один регулируемый параметр — амплитуду колебания лотка, в загрузочных устройствах с раздельным приводом возможно регулировать три параметра: амплитуду горизонтальных (круговых) и вертикальных (осевых) составляющих колебаний и угол сдвига между ними. Это позволяет получить высокие скорости перемещения заготовок по вибрирующим лоткам. Так, в режиме с подбрасыванием скорость может достигать 40 м/мин. Кроме того, применение раздельного привода позволяет установку на нем чаши как с правым, так и с левым направлением лотка, а также при работе производить реверсирование направления перемещения заготовок.
На рис. ХШ-20 приведена конструкция вибрационного загрузочного устройства с раздельным приводом, разработанного в Тульском политехническом институте. Оно включает чашу 1 со спиральным лотком и неподвижным дном 2, привод вертикальных колебаний 5, 4, 5, привод горизонтальных колебаний 6, 7,8,9 и основание 10. Заготовки загружаются в бункер на неподвижное дно, имеющее конусную поверхность, благодаря чему заготовки постепенно перемещаются к стенкам бункера, а затем под действием направленных колебаний захватываются и транспортируются вверх по спиральному лотку. Дно 2 вывешено на стойках отдельно от поддона и жестко связано с основанием 10, что позволяет стабилизировать параметры колебаний бункера, несмотря на изменение массы загружаемых заготовок. В системе горизонтального вибропривода применен двухтактный электромагнитный привод 7, 8. В системе вертикального вибропривода применен один однотактный электромагнитный привод 4, 5. Тем самым на вал 6, а следовательно, на бункер одновременно передаются крутильные колебания в горизонтальном направлении и колебания в направлении вертикальной оси вала.
4-*|
Рис. ХШ-30. Вибрационное загрузочное уст ройство с раздельным приводом
Параметры эллиптических траекторий бункера регулируются с целью обеспечения требуемого режима и скорости вибротранспортирования. С помощью автотрансформаторов типа ЛАТР регулируются амплитуды горизонтальных и вертикальных колебаний, а фазорегулятор регулирует угол сдвига фазы через 60°. Плавная регулировка сдвига фазы обеспечивается механической частью загрузочного устройства с помощью изменения жесткости упругих элементов и величины сопротивления в системе привода. Жесткость упругих элементов регулируется за счет пролета стержневых пружин привода 3 при перемещении их опор для вертикального привода и изменения числа витков цилиндрических пружин привода 9.
§ 4. МЕХАНИЗМЫ МАГАЗИННОГО ПИТАНИЯ
Под магазинным питанием понимается процесс подачи штучных заготовок, при котором ориентация и закладка их в магазин (лоток-накопитель) производится вручную, а подача из лотка-накопителя в шпиндель — автоматически. При этом заготовки в магазине сосредоточиваются в один ряд (с промежутком или вплотную). Магазинные загрузочные устройства применяются в массовом или крупносерийном производстве при обработке заготовок, автоматический захват и ориентация которых затруднены из-за их геометрической формы, размеров или массы.
Магазинные загрузочные устройства включают магазин (лоток-накопитель) и автооператор. Магазины предназначены для укладки заготовок и транспортирования их в питатель, их конструктивные формы весьма разнообразны и зависят в первую очередь от метода транспортирования заготовок. Наиболее распространенным методом является подача заготовок под действием силы тяжести. Для легких заготовок применяются магазинные устройства с принудительной подачей заготовок грузом, пружиной, цепью, диском и т. д. Принудительный метод подачи позволяет перемещать заготовки в любом направлении и с любой скоростью (ускоренно, замедленно и т. д.).
Лотки изготовляются обычно из листовой стали, трущиеся поверхности тщательно шлифуются и подвергаются термической обработке. В закрытых коробчатых лотках две стенки делают открытыми для наблюдения и выборки застрявших заготовок. Для изготовления лотков прямоугольного сечения могут быть использованы швеллеры, обработанные изнутри. На рис. ХШ-21 показано магазинное загрузочное устройство с прямолинейным лотком. Магазин расположен сзади револьверной головки.
В последнее время получили широкое распространение сборные лотки, составленные из нормализованных элементов в соответствии с размерами и конфигурацией заготовок. Они весьма технологичны в изготовлении и сборке,
однако имеют пониженную жесткость И Рис>	Магазинное загрузочное устрой-
долговечность, так как геометрические ство к токарно-револьверному автомату размеры изменяются в процессе экс-
плуатации. Лотки могут использоваться также для изменения ориентации изделий при их передаче от станка к станку.
Трубчатые магазины (вертикальные и наклонные) применяются, как правило, для подачи шариков и цилиндрических или близких к ним по форме заготовок, перемещаемых в направлении оси вращения. Для изготовления жестких трубчатых магазинов используют стальные трубы с хорошо обработанной внутренней поверхностью. Для удобства наблюдения и загрузки заготовок в трубах делают продольные шлицы.
В ЭНИМСе разработан специальный пневматический лоток, показанный на рис. ХШ-22. Лоток устанавливается под углом а, который меньше угла трения. При транспортировании деталей в лоток поступает сжатый воздух, который создает между поверхностью лотка и деталью воздушную прослойку, и деталь скользит вниз. Необходимо^ избыточное давление воздуха не превышает 0,5 кгс/см2 (5 Н/см2). Можно регулировать перемещение деталей, так как при отключении подачи воздуха деталь останавливается.
Среди магазинных загрузочных устройств с принудительной подачей заготовок наибольшее распространение получили магазины с подачей грузом или пружиной, а также различные фрикционные магазины, в которых перемещение заготовок происходит благодаря трению между вращающимся эле-
ментом магазина и подаваемыми заготовками.
Валковые фрикционные магазины состоят из двух гладких валков, один из которых цилиндрический, другой конический (рис. XII1-23). Валки должны быть расположены рядом так, чтобы их образующие были параллельны в горизонтальной плоскости. При вращении валков создается раз-

л
Рис. Х1П-22. Пневматический лоток
Рис. ХШ-24. Загрузочное устройство с круговым магазином: j
1 — шпиндель; 2 — захват питателя; 3 — цилиндр привода зажима питателя; 4 — цилиндр привода перемещения питателя; 5 — поворотный цилиндр;
6 — сменная кассета для заготовок; 7 — чаша для заготовок; 8 — сменные зубчатые колеса; 9 — шкаф электрооборудования; 10 —- ходовые колеса
ность окружных скоростей между ними, вследствие чего возникает осевая составляющая силы, которая и перемещает заготовки вдоль валков. Скорость вращения валков регулируется путем смены приводных зубчатых колес или шкивов. Валковые фрикционные магазины применяются для подачи цилиндрических и конических роликов, колец и т. д. Значительно реже применяются магазины с принудительным шаговым перемещением заготовок посредством цепи, дисков и т. д. Интерес представляет загрузочное устройство с круговым магазином (рис. ХШ-24). Оно как нормализованный узел с успехом может быть использовано для автоматизации загрузки станков различного технологического назначения.	|
На рис. ХШ-25 представлена конструкция магазинного загрузочного устройства автомата ГАШ-12 конструкции автора, предназначенного для загрузки штампованных шайб диаметром до 20 мм. Шайбы закладываются в трубку 1 и поджимаются поршнем 2, находящимся под действием спиральной пружины 3. От кулачка распределительного вала посредством шарикового механизма движение передается через рычажную систему ползушке 4
толкателя, которая за каждый вовратно-поступательный ход захватывает одну шайбу и переносит к шпинделю 5. Заталкиватель, помещенный на суппорте, вводит заготовку в шпиндель, где она зажимается цангой. После окончания обработки цанга разжимается, и выталкиватель, помещенный внутри шпинделя, удаляет заготовку.
§ 5. АВТООПЕРАТОРЫ
Автооператоры — это механизмы, которые производят загрузку ориентированных заготовок в зону обработки и съем обработанных деталей (см. рис. ХШ-11). Автооператор включает следующие устройства: отсекатель, питатель, механизм захвата, заталкиватель, выталкиватель или съемник, отводящее устройство и блокирующее устройство. В некоторых случаях вид заготовки, характер обработки и другие факторы позволяют сократить количество этих устройств, автооператоры упрощаются, повышаются их надежность и быстродействие.
Отсекатели — это механизмы поштучной выдачи заготовки, расположенные в нижней части лотков-накопителей. Отсекатель отделяет одну или несколько заготовок (в зависимости от числа одновременно обрабатываемых в станке) от общего количества заготовок, находящихся в лотке-накопителе, и подает их в питатель. Отсекатель работает обычно в два такта: при первом освобождается нижняя заготовка и под действием силы тяжести перемещается к питателю, остальные заготовки удерживаются на месте. При втором такте столб оставшихся заготовок перемещается на один шаг. Отсекатели могут выполняться с возвратно-поступательным, колебательным и вращательным движением отсекающего звена механизма. Различные типы отсекающих механизмов показаны на рис. ХШ-26.
Отсекатели с возвратно-поступательным движением являются по конструкции наиболее простыми, их функции нередко выполняют инструменты или питатели (рис. ХШ-26, а, б). Отсекающие механизмы этого типа применяются преимущественно при средней производительности (50—70 шт./мин). При высокой производительности (порядка 150 шт./мин) они работают ненадежно из-за инерционного запаздывания. В механизме, показанном на рис. ХШ-26, в отсекатель, получая прямолинейное перемещение, сталкивает нижнюю заготовку в лоток и дает ей возможность свободно перемещаться в питатель.
На рис. ХШ-26, г, д показаны более сложные отсекатели, которые состоят из двух штифтов, расположенных параллельно друг другу на расстоянии, равном размеру заготовки в направлении перемещения. Штифты получают возвратно-поступательное перемещение, пропуская по одной заготовке из лотка-накопителя к питателю. Штифты перемещаются в направляющих, что является их основным недостатком. При наличии мелкой стружки, попадающей в направляющие, возможно заедание отсекателей. Поэтому более надежными в работе следует считать отсекатели с колебательным движением. Отсекатели с колебательным движением применяются для станков средней производительности. При питателе качающегося типа функции отсекающего механизма часто выполняются самим питателем (ХШ-26, е). Отсекатель, действующий по принципу отсекания изделия из одного лотка в другой,—-смещенный лоток — показан на рис. ХШ-26, ж. При кача-тельном движении отсекателя заготовка из нижнего лотка передается в верхний, по которому она самотеком перемещается к питателю. На рис. ХШ-26, з показан качающийся отсекатель, штифты которого закреплены на рычаге. При качательном движении отсекателя штифты поочередно отсекают заготовки, которые перемещаются дальше по лотку.
Групповой отсекатель, приведенный на рис. ХШ-26, и, отсекает одновременно пять заготовок в каждом канале лотка. Отсекатель, показанный на рис. ХШ-26, /с, используется при подаче деталей типа дисков и колец.
Один конец качающегося рычага выполнен в виде вилки. Для изделий типа дисков и колец также часто применяют отсекатели кулачкового типа (рис. ХШ-26, л). В этом механизме имеется два кулачка 2 и 3, установленные со сдвигом относительно друг друга так, что при возвратно-качательном вращении один из них выпускает очередную заготовку, а другой придерживает все остальные. Отсекатели с вращательным движением выполняются в виде диска или. барабана с профильными канавками (рис. ХШ-26, м, н), в которые западают из лотка заготовки и переносятся к питателю, а наружная поверхность диска отсекает заготовки в магазине. Большое количество профильных канавок в диске позволяет подавать значительное число заготовок за один оборот диска, вследствие чего такие отсекатели работают при малых скоростях, обеспечивающих плавность работы. Отсекатели, приведенные на рис. ХШ-26, о, при своем вращении отделяют по одной заготовке от общей массы и передают их питателю.
Сдвоенный барабанный отсекатель (рис. ХШ-26, и) выполнен в виде двух барабанов с профильными гнездами и с синхронным вращением. Заготовки, загруженные в лотки в определенном порядке, захватываются барабанами и переносятся в нижний одиночный лоток. Посредством такого отсекателя можно укладывать заготовки в определенном порядке. На рис. ХШ-26, р, с показаны винтовые вращающиеся отсекатели. Винт при повороте на один оборот отсекает одну заготовку от общей массы в лоток. Отсекатели с вращательным движением являются наиболее рациональными по сравнению с отсекателями первого и второго типов. При малых скоростях вращения эти отсекатели обеспечивают большую производительность и плавность работы. Заготовки не подвергаются сильным ударам, вызывающим повреждения.
Питатели — механизмы, которые подают заготовки из лотка-накопителя к шпинделю станка. Питатель — основной механизм автооператора. Он имеет обычно захватное устройство, которое фиксирует заготовку в определенном положении как во время переноса из лотка-накопителя к шпинделю, так и во время отвода обработанной детали из рабочей зоны станка. Конструкции 412
питателей весьма разнообразны и зависят от конструкции станка и его компоновки, формы и размеров заготовки и т. д.
Типовые схемы питателей показаны на рис. ХШ-27. Питатели с возвратно-поступательным движением обеспечивают точность подачи заготовок и не занимают рабочее пространство, так как магазин может устанавливаться на большом расстоянии от центра шпинделя (рис. ХШ-27, а, б). При большом числе двойных ходов заготовки не успевают западать в приемное гнездо, и режим работы нарушается, кроме того, подвижные звенья при больших скоростях подвергаются быстрому износу, и, как следствие, точность подачи заготовок уменьшается. Иногда функции питателя выполняются самим магазином, который перемещается к центру со всей массой заготовок и останавливается в положении, при котором ось нижней заготовки совпадает с осью шпинделя (рис. ХШ-27, в). Питатели с колебательным движением подают заготовки посредством рычага, снабженного приемным гнездом (рис. ХШ-27, г). Качающиеся магазинные устройства, в которых функции питателя выполняет магазин, показаны на рис. ХШ-27, д, е. Заготовки подаются к шпинделю при отклоненном положении магазина, и после съема нижней заготовки магазин снова отводится в первоначальное положение. Питатели с колебательным движением обеспечивают высокую производи-
Рис. ХШ-27. Питатели
тельность и надежны в работе, просты по своей конструкции и не требуют направляющих, как, например, первый тип питателей.
Питатели с вращательным движением представляют собой приемные гнезда к окну магазина: из окна в гнездо диска западают заготовки, которые переносятся к рабочему месту (рис. ХШ-27, ж, з). Нередко питатели выполняют и функции зажимных приспособлений. Запавшие в приемные гнезда заготовки транспортируются в рабочую позицию и зажимаются в приемном гнезде диска (рис. ХШ-27, и). После выполнения рабочей операции при последующем повороте заготовки удаляются из приемных гнезд. Такие питатели широко применяются для питания шлифовальных станков, например, для обработки торцов роликов. Заготовки подаются в гнезда диска из магазина и транспортируются к месту обработки. После обработки заготовки удаляются из гнезд диска. Вращение диска — непрерывное, в одном направлении (см. рис. ХШ-27, и). Питатель в этом случае выполняет также функции зажимного приспособления. Питатель, подающие звенья которого совершают сложные движения, показан на рис. ХШ-27, к). Заготовки западают в приемное гнездо ползуна, который при поступательном движении поворачивается на 90°, причем заготовка принимает такое положение, в котором она должна поступить в зажим шпинделя станка.
На рис. ХШ-27, л представлен питатель, выполненный в виде бесконечной цепи, надетой на три звездочки. С наружной стороны звеньев сделаны канавки по профилю заготовок, в которые западают заготовки из магазина. Периодически заготовки движением цепи подаются к центру шпинделя.
Иногда функции питателя выполняются узлами станков, например, суппортом или револьверной головкой. В конструкции, показанной на рис. ХШ-27, м, магазин закреплен сзади револьверной головки. В одном из инструментальных гнезд установлен приемник, посредством которого заготовки передаются в шпиндель. На рис. ХШ-27, н—р показаны винтовые питатели, которые применяются для перемещения шаровых, стержневых колец и других деталей. В автоматах контроля и сборки большее распространение получили грейферные питатели, у которых траектория перемещения обычно имеет форму прямоугольника.
Рассмотренные питатели могут с успехом применяться для питания станков с магазинными устройствами, так как производительность не ограничивается ручной загрузкой заготовок и не превышает 50—60 шт./мин. При бункерном питании высокопроизводительных машин, например прессов (250—300 ход/мин), конструкции питателей усложняются, здесь наиболее рациональными являются дисковые питатели, обеспечивающие высокую производительность при меньших скоростях перемещения заготовок.
Заталкиватели (рис. ХШ-28) служат для передачи заготовок из питателя в шпиндель станка, т. е. они производят непосредственную установку заготовки в шпинделе (в цанге, зажимном патроне или на оправке). Заталкиватели выполняются двух типов: с буферной пружиной и жесткие. Заталкиватели с буферной пружиной (рис. ХШ-28, а, б) позволяют подавать заготовки различной длины до упора при постоянном ходе заталкивателя. Жесткие заталкиватели (рис. ХШ-28, в) применяются для подачи заготовок, например в револьверных автоматах, и монтируются на револьверных головках. Останов подаваемых заготовок в требуемом для обработки положении осуществляют цанговые патроны со специальными упорами, смонтированными внутри шпинделей, или заплечиками цанг (рис. ХШ-28, г, (3). В цанговых патронах без упоров (рис. ХШ-28, ё) точность подачи заготовки определяется точностью хода заталкивателя.
Выталкиватели — механизмы, которые служат для удаления из зажимного патрона станка готовых деталей. Они монтируются внутри шпинделя или цангового патрона. Выталкиватели изготовляются двух типов: пружинные и жесткие. Пружинный выталкиватель монтируется внутри цангового патрона и представляет собой подвижный стержень, постоянно находящийся 414
Рис. ХШ-28. Заталкиватели и выталкиватели
под воздействием пружины (рис. ХШ-28, г, ё). Если нет заготовки, подвижный стержень выдвигается и располагается в цанге в зоне зажима. При подаче заготовки она упирается в подвижной стержень и отводит его назад. После обработки цанга раскрывается, и заготовка выталкивается подвижным стержнем. Жесткий выталкиватель (рис. ХШ-28, д) представляет собой подвижной стержень, смонтированный внутри шпинделя, который совершает возвратно-поступательное движение от кулачкового механизма. Когда заготовка загружается в цангу, подвижный стержень отведен назад. После обработки заготовки цанга раскрывается, стержень выталкивает деталь и снова отходит назад.
Блокирующие механизмы предназначены для остановки станка в случае отсутствия заготовок в магазине. Они представляют собой датчики контактного типа, которые срабатывают, если пространство внутри магазина оказывается пустым.
При создании новых конструкций автооператоров невозможно найти единое конструктивное решение, которое бы удовлетворяло целевой функции во всех случаях. Например, для одношпиндельных автоматов решающее значение имеет быстрота срабатывания автооператоров, в то время как для многошпиндельных этот показатель решающего значения не имеет, так как время загрузки заготовок и выгрузки обработанных деталей совмещается с обработкой. Продолжительность цикла автооператоров многошпиндельных автоматов обычно составляет в среднем 15—25 с. Для одношпиндельных автоматов такие конструкции автооператоров непригодны из-за того, что время срабатывания значительно выше времени ручной загрузки, а это приводит к снижению производительности. Требования к автооператорам для токарных станков, производящих черновую обработку стальных заготовок, и шлифовальных станков также различны.
Наиболее сложны в конструировании автооператоры для станков черновой токарной обработки. Для таких станков характерны грубые, неправильной формы заготовки, а это приводит к перекосу, застреванию, спаданию последних. Одновременная обработка в нескольких позициях на многошпиндельных автоматах приводит к образованию большого количества стружки, что вынуждает выносить автооператор из зоны обработки и устанавливать его на верхних позициях. Автооператор должен быть двухходовым, так как сбрасывать детали в лоток непосредственно возле шпинделя
невозможно. Отсюда громоздкость конструкции, сложный цикл работы автооператора. В отделочно-токарных, сверлильных и других автоматах стружки меньше, заготовки имеют более точную форму и размеры и это позволяет создавать более простые и надежные конструкции автооператоров. Большим преимуществом в этом
Зажимной патрон шпинделя; v позиция		
Съемник	777777777	7777
Зажимной патрон шпинделя; V/позиция		
Питатель	37777Т7	
отношении обладают шлифовальные автоматы. Небольшое количество стружки в зоне обработки дает возможность располагать автооператор рядом со шпинделем, что при малых ходах механизмов
Рис. ХШ-29. Автооператор7 к многошпивдельному ЗаГОТОВКИ ПОМОГЯвТ быстро МвНЯТЬ полуавтомату 1261-П:	ЗЗГОТОВКИ. КоНСТруКЦИЯ НВТООПе-
а — принципиальная схема; б — циклограмма ра- ратора уПрОЩаеТСЯ, а НаДеЖНОСТЬ
его увеличивается.
и компоновка отдельных элементов
Таким образом, принцип действия автооператоров зависят в первую очередь от типа технологического оборудования. Наибольшее распространение автооператоры получили в автоматах для обработки тел вращения. Автооператорами оснащается в основном токарные (одно- и многошпиндельные), шлифовальные, полировальные, зуборезные станки, реже—сверлильные, хонинговальные и т. д.
4иже приводятся примеры конструкций автооператоров к станкам
различного технологического назначения.
На рис. ХШ-29 представлены конструктивная схема и циклограмма работы автооператора к токарному полуавтомату 1261П системы М. Н. Мел-кова—В. И. Горбунова. Автооператор механического типа предназначен для загрузки подшипниковых колец и устанавливается на продольном суппорте полуавтомата. На полуавтомате производится предварительная обработка подшипниковых колец. Заготовка — кольцо, отрезанное от трубы. Автооператор занимает две позиции — одну для выгрузки обработанных колец и вторую для загрузки заготовок. Съемник установлен на позиции V полуавтомата и предназначен для съема обработанного кольца. Он состоит из цанги 10, закрепленной в кронштейне 11, который имеет возможность перемещаться по направляющим продольного суппорта, и отводного лотка 12, Питатель установлен на позиции VI и предназначен только для загрузки заготовок в патрон шпинделя. Питатель состоит из магазина (на схеме отсутствует) с приемником /, которые закрепляются на кронштейне 2. В приемнике 1 расположен толкатель 3, поджимаемый пружиной 5, сидящей на тяге 4, Заготовки загружаются в магазин, откуда они поступают по одной в приемник, где удерживаются от выпадания рычажками (на схеме отсутствуют).
Циклограмма работы автооператора приведена на рис. ХШ-29, б. После поворота шпиндельного блока обработанное кольцо поступает на позицию V, и вращение шпинделя выключается. Продольный суппорт перемещается влево и подводит оба узла автооператора к шпинделю. Обработанное кольцо выгружается следующим образом: при движении продольного суппорта влево цанга 10 наезжает на обработанное кольцо и, разжимаясь, захватывает его. Патрон освобождает кольцо, и при обратном ходе суппорта вправо оно забирается цангой. При движении суппорта вправо кронштейн 11 останавливается раньше окончания хода суппорта, так как упор 13 упирается в стенку станины станка и останавливает кронштейн. Это гарантирует захват кольца цангой, чтобы при прямом ходе продольного суппорта цанга подошла к шпинделю несколько раньше узла загрузки. Далее происходит поворот
шпиндельного блока, и свободный шпиндель подается в позицию VI — позицию загрузки. Затем цикл повторяется, и следующее кольцо, снятое цангой, проталкивает предыдущее внутрь неё, откуда кольца поступают в отводной лоток.
Заготовка загружается аналогичным образом. После поворота шпиндельного блока свободный шпиндель поступает в позицию загрузки. Шпиндель не вращается. При движении продольного суппорта влево к шпинделям кронштейн 2 с приемником 1 и магазином также перемещается влево в результате трения в направляющих. Дойдя до патрона, приемник с кронштейном останавливается, а толкатель 3 продолжаетперемещаться, получая движение через пружину 5 от кронштейна 7, и заталкивает заготовку в патрон. Происходит зажим заготовки в патроне. Далее при обратном движении суппорта кронштейн с приемником будет перемещаться вправо до тех пор, пока упор 6 кронштейна 2 не упрется в упор 14 кронштейна 11. Толкатель 3 продолжает перемещаться вправо и освобождает место в приемнике для следующей заготовки. Таким образом, толкатель 3 одновременно служит и отсекателем. Далее происходит поворот шпиндельного блока, и цикл повторяется в описанной последовательности. Система блокировки срабатывает тогда, когда толкатель, встретив на своем пути препятствие, не сможет дойти до крайнего левого положения при движении загружателя к шпинделю. В этом случае произойдет следующее: при остановке толкателя 3 прекратят перемещение тяга 4 и собачка 5, а кронштейн 7 с упором, на который опирается собачка 5, продолжает перемещение влево, сжимая пружину 5. Собачка S, освободившись от упора 10, примет вертикальное положение и при обратном перемещении загружателя вправо, нажав на конечный выключатель 9, выключит станок. Выгрузка и загрузка колец совершается за один двойной ход механизмов.
Автооператор смонтирован на продольном суппорте и не имеет специального механизма привода продольного перемещения. Отсутствует и механизм захвата со своим приводом, который является, как правило, источником наибольшего количества отказов, а также механизм отсекания. В результате рабочий цикл автооператора предельно прост. Автооператор имеет небольшое количество деталей, причем большинство из них простой формы, что значительно облегчает сборку и монтаж автооператора на полуавтомате. Расположение автооператора на двух верхних позициях является удобным, так как обработка ведется на четырех нижних позициях, поэтому стружка меньше попадает на механизмы автооператора и простои, связанные со стружкой, сокращаются. Верхние позиции обеспечивают доступ для регулировки механизмов автооператора. Предусмотрена автоблокировка в случае несрабатывания питателя. Возможна переналадка автооператора на обработку заготовок других колец, для этого необходимо заменить цангу у съемника и приемник у питателя.
В последнее время для многошпиндельных автоматов с двойной индексацией, на которых обрабатываются детали типа колец с двух сторон, получили применение автооператоры с перекантовкой. Они предназначены для загрузки заготовок, поворота (перекантовки) обработанных колец с одной стороны, загрузки полуфабрикатов и выгрузки обработанных колец. Таким образом, полная обработка колец производится за один оборот шпиндельного блока.
Пример автооператора с кантователем показан на рис. ХШ-30. Цикл работы автооператора происходит следующим образом. В исходном положении механическая рука 4 отведена вправо и ее захваты расположены соосно шпинделям загрузочных позиций I станка. После поворота шпиндельного блока гидроцилиндр 8 осевого перемещения механической руки 4 перемещает ее в сторону шпинделей. Верхний захват 5 зажимает готовую деталь, а нижний — полуфабрикат. Далее механическая рука 4 перемещается вправо от гидроцилиндра 8, поворачивается от гидроцилиндра 9 и останавливается 14 Г. А. Шаумян	417
Рис. ХШ-30. Автооператор с кантователем к многошпиндельному автомату
в позиции III. После поворота механическая рука перемещается к отводному лотку 2 и кантователю. Обработанная полностью деталь подается в отводной лоток, а полуфабрикат в кантователь 6. Затем механическая рука отходит назад и поворачивается в позицию II. В это время подаватель 7 вместе с заготовокой перемещается в позицию загрузки, а кантователь переворачивает полуфабрикат на 180°. Механическая рука перемещается в сторону кантователя, и ее верхний захват забирает заготовку, а нижний — полуфабрикат. Затем механическая рука опять перемещается назад, поворачивается в позицию 7, подает заготовку и полуфабрикат в патроны шпинделей и отходит назад в исходное положение. Подаватель 7 заготовок перемещается вверх к подводному лотку 1. Срабатывает отсекатель 5, пропуская из подводного лотка в подаватель новую заготовку. Далее цикл работы повторяется.
Одношпинедельные станки фронторного типа фирмы Pittier (ФРГ): Pifat-25, Pifat-25a и другие, предназначенные для обработки деталей типа дисков и колец, оснащаются автооператорами, конструкция которых показана рис. ХШ-31. Особенностью конструкции автооператора является наличие двух механических рук, расположенных под углом 60° друг к другу
Рис. ХШ-31. Магазинное загрузочное устройство с автооператорами для станков фронторного типа
и работающих индивидуально. При этом механическая рука 1 служит для выгрузки (съема) обработанных деталей, а механическая рука 2 — для загрузки заготовок. Кроме рук автооператор включает в себя подводной 3 и отводной 4 лотки и отсекатель 5.
Загрузка и разгрузка станка происходит в следующей последовательности. Заготовки загружаются в подводной лоток 3 магазина, из которого поштучно выдаются отсекателем 5. После окончания обработки и съема готовой детали рука 2 загрузки из исходного положения перемещается вместе с заготовкой вниз к шпинделю станка и подает заготовку в патрон. Происходит зажим. Свободная от заготовки рука загрузки отходит назад, в верхнее положение, подходит к приемнику лотка 3, захватывает выданную к этому времени отсекателем 5 заготовку и останавливается в исходном положении, ожидая окончания обработки.
Принцип работы руки разгрузки аналогичен. После окончания обработки рука 1 разгрузки из исходного положения перемещается вниз к шпинделю станка и снимает обработанную деталь. Вместе с деталью рука разгрузки отходит назад в верхнее положение, подходит к отводному лотку 4, выгружает обработанную деталь и останавливается в исходном положении. Захваты и лотки выполняются в зависимости от формы размеров обрабатываемых деталей. Процесс загрузки и выгрузки длится около 8 с.
Для загрузки валов в последнее время все более широкое применение получают конструкции автооператоров портального типа. Такие конструкции представляет собой П-образную раму 1 (рис. ХШ-32), на которой устанавливается автооператор 2, обеспечивающий подачу, съем и транспортирование деталей.
Загрузочное устройство фирмы MagdeBtirg (ГДР) применяется для загрузки, выгрузки и транспортирования деталей типа вал на гидрокопи-ровальные станки DXKH63/II (рис. ХШ-32, а). Загрузочное устройство фирмы Sallfeld (ГДР) предназначено для автоматической загрузки деталей типа вал на фрезерно-центровальные станки (рис. ХШ-32, б). Заготовка 6 из магазина-конвейера захватывается загрузочной рукой 4 автооператора 2, поднимается (над конвейером) и транспортируется к станку. По окончании обработки рука 5 разгрузки забирает заготовку 6, а рука 4 загрузки подает заготовку 6 в зажимное приспособление. После зажима детали рука 4 разгрузки возвращается в исходное положение, автооператор 2 перемещается обратно к конвейеру 5, обработанная деталь выгружается, и процесс повторяется сначала.
Отличие загрузочного устройства, показанного на рис. ХШ-32, в, заключается в том, что обе стойки портала 1 устанавлены на фундамент и, кроме того, конструкция автооператора 2 позволяет транспортировать заготовку из лотка 3 к станку и обратно не путем перемещения самого автооператора 2, а благодаря рычажной системе механической руки 4.
Загрузочные устройства портального типа могут иметь и некоторые другие отличия в конструкции, установке и т. д., вместе с тем основные узлы, компоновка и принцип их работы аналогичны описанному. Загрузочные устройства портального типа компонуются в виде отдельных агрегатов и могут
Рис. XIIi-ЗЗ. Автооператор к зубофрезерному станку фирмы Pfauter-automatik
быть использованы для загрузки как отдельных станков, так и автоматических линий.
При изготовлении зубчатых колес в серийном производстве на универсальных зубофрезерных станках в последнее время также находят применение автооператоры различных конструкций. На рис. XIII-ЗЗ приведена конструкция автооператора' фирмы Pfauter-automatiK. Заготовки устанавливаются на цепной магазин, который охватывает стойку станка, и транспортером подаются в зону загрузки. Передача заготовок из магазина в зону обработки и съем обработанной детали осуществляются поворотным питателем, у которого имеются два захвата: один для съема обработанной детали, другой для загрузки заготовки. Все перемещения механизмов загрузки осуществляются с помощью гидравлики.
На рис. ХШ-34 показана конструктивная схема автооператора к токарному автомату попутного точения ЕТ-50А конструкции автора. \ Автооператор отличается тем, что он выполнен в виде подпружиненной в осевом направлении штанги, размещенной внутри полого распределительного вала и взаимодействующей с рычажным зубчато-реечным механизмом. На рейку механизма воздействует торцовый цилиндрический кулачок, приводимый в движение от распределительного вала, на котором укреплен другой кулачок. Согласованно с первым он воздействует на зубчатый сектор, находящийся в зацеплении с зубчатым колесом поворота штанги, посаженным на нее с возможным перемещением штанги в осевом направлении относительно этого зубчатого колеса. Это позволяет освободить зону обработки, а также увеличить надежность работы автооператора.
Возвратно-поступательное перемещение штанги 7 с рукой 2 осуществляется от торцового цилиндрического кулачка 5, жестко связанного с полым валом 1 суппорта через толкатель 11 и сектор 8. Возврат в исходное положение происходит под действием пружины 4.
Штанга поворачивается от кулачка 5 через зубчатый сектор 9 с роликом 10 и шестерню 6, которая связана со штангой 7 шлицевым соединением. Возврат в исходное положение происходит под действием пружины. Съем обработанной детали со шпинделя и выброс ее в лоток осуществляется тем же
1 Шаумян Г. А. Автооператор. «Бюллетень изобретений и товарных знаков», Авторское свидетельство 255745, класс 49С, 3001> В23д, 1969, № 33.
Рис. ХП1-35. Универсальный манипулятор:
а -- общий вид; б — конструктивная схема
Вид А
185Q
автооператором или, в целях сокращения времени холостых ходов, отдельным автооператором, аналогичным по принципу действия и конструкции, смонтированным во втором суппорте или распределительном валу.
Последние годы характерны широким развитием многочисленных конструкций автооператоров со многими степенями свободы — манипуляторов, которые называют также роботами. Как правило, они выполняются в виде универсальных типовых агрегатов, конструктивно независимых от обслуживаемого оборудования. Это позволяет уменьшить общее количество типоразмеров устройств, применять их для автоматизации оборудования самого различного технологического назначения. Достоинством манипуляторов является также возможность использования систем программного управления, принципов самообучения, самоорганизации и т. д. Недостатком манипуляторов в настоящее время является их высокая стоимость и конструктивная сложность, недостаточная надежность в работе.
На рис. ХШ-35 приведена конструкция манипулятора, разработанная в США. Он может поднимать, поворачивать и устанавливать детали массой до 45 кг в любом месте в пределах сектора своего действия. Манипулятор состоит из двух частей — механического устройства и пульта управления. Механическое устройство представляет собой поворотную колонну /, через которую проходит рука 2 с кистью 3; на конце последней расположен захватный механизм 4. Рука поворачивается гидравлическим путем вокруг трех осей с помощью плунжера или двигателя. Кроме того, кисть может вращаться и двигаться относительно руки, и захват может открываться и закрываться. Имеется большой выбор различных захватов, предназначенных для выполнения различных работ.
В пульте управления расположено все оборудование для выбора программ и управления, а также электронные детали сервосистем осей. В пульте управления имеется 90 командных потенциометров, сгруппированных по три, которые обеспечивают возможность установки для одного рабочего цикла до 30 отдельных позиций руки, но так как каждую позицию можно выбрать более одного раза, что число движений в одном цикле повышается до 100. Группа заданных потенциометров выбирается с помощью поворотного программного барабана на 100 ступеней и 50 контуров, который также управляет кистью и захватным механизмом. Рукой, кистью и захватом можно управлять с помощью ручного дистанционного пульта. С помощью переключателя .можно выбирать две постоянные скорости операции — быструю и медленную, которые относятся между собой в пропорции 4:1. Программный барабан обеспечивает управление скоростями перемещения механизмов руки, а также может посылать командные сигналы для привода в действие или синхронизации внешних механизмов, связанных с циклом движения.
Глава XIV
МЕХАНИЗМЫ ЗАЖИМА, ПОВОРОТА И ФИКСАЦИИ
Функциональным назначением механизмов зажима, поворота и фиксации является обеспечение точного и надежного базирования обрабатываемых деталей в процессе обработки — от подачи заготовки до выдачи готовой детали. Механизмы зажима закрепляют заготовку в шпинделе таким образом, чтобы она в течение всего последующего цикла обработки совершала заданные перемещения (вращение, перевод из позиции в позицию), не меняя своего положения относительно базы крепления (зажима). Механизмы зажима характерны практически для любых автоматов — обрабатывающих, контрольных, сборочных.
Поворотно-фиксирующие механизмы являются характерным признаком многопозиционных и частично многоинструментных автоматов (например, револьверных). Под поворотно-фиксирующими механизмами понимают следующие целевые узлы автоматов:
а)	поворотные устройства, на которых крепятся инструменты или заготовки (качающиеся приспособления, револьверные головки, шпиндельные блоки, поворотные столы, карусели и т. д.);
б)	приводные механизмы поворотных устройств, механизмы поворота, обеспечивающие поворот устройства и его остановку;
в)	фиксирующие механизмы, обеспечивающие точность положения инструментов или заготовок.
К поворотно-фиксирующим механизмам предъявляются требования быстрой и точной установки в рабочую позицию инструмента и детали. Поворот должен осуществляться плавно; удары и толчки при работе механизма часто вызывают недопустимый износ его и быструю потерю точности. Если скорость в конце поворота не равна нулю, то движущийся по инерции узел ударяет по фиксатору. При больших величинах кинематической энергии останавливаемого узла эти удары приводят к быстрой потере точности механизмов фиксации, а следовательно, потере качества обработки, контроля, сборки.
Анализ конструкций автоматов различного технологического назначения показывает, что, как правило, их механизмы зажима, поворота и фиксации имеют значительную общность как конструктивных решений, так и методов расчета и анализа. Так, большинство автоматов для обработки, контроля и сборки симметричных деталей имеют цанговые зажимные механизмы; во всех отраслях автоматостроения наиболее распространенными механизмами поворота являются мальтийские. Это позволяет, как и для механизмов питания, при изучении механизмов данного типа ставить во главу угла единые методы расчета и конструирования, которым и посвящена настоящая глава.
§ 1.	МЕХАНИЗМЫ ЗАЖИМА
Классификация зажимных механизмов. В автоматах различного технологического назначения механизмы зажима могут иметь свою специфику, но все они предназначены для одной цели: удержать объект обработки в рабо
чей позиции. Например, в токарных прутковых автоматах зажимные механизмы передают вращающемуся прутку необходимый для процесса резания крутящий момент, в холодно-высадочных автоматах механизмы зажима неподвижно удерживают заготовку в период штамповки, в монтажных автоматах электроламповой промышленности зажимные устройства удерживают, например, отдельные стеклянные части электрической лампы (ножку лампы, штабик) при их сваривании, в автоматах кондитерской промышленности, например, карамель при завертке удерживается в рабочем положении специальными механизмами зажима, в печатных автоматах имеются механизмы для удержания бумаги в процессе печатания, в автоматах хлебопекарной промышленности их роль играют формы, куда загружается, например тесто.
К зажимным механизмам предъявляются следующие основные требования:
а)	силы закрепления должны превышать возникающие силы обработки и не допускать перемещений закрепляемой заготовки или ее проворачивание, т. е. зажим должен быть надежным;
б)	при зажиме симметричных профилей концентричность зажима не должна нарушаться от колебаний размеров заготовки или сил зажима;
в)	механизм зажима должен обеспечивать постоянство длины подаваемого прутка;
г)	сила зажима и конструкция зажимного механизма не должна допускать вибрации заготовки во время обработки;
д)	зажимные механизмы должны обеспечивать нормальную силу зажима при допустимых отклонениях размеров зажимаемых поверхностей;
е)	зажимные механизмы должны обладать простой конструкцией и иметь малые размеры; это требование особенно важно для многопозиционных автоматов.
Практика проектирования зажимных механизмов в каждом конкретном случае выдвигает ряд дополнительных требований, каждое из которых должно учитываться в соответствии с видом заготовки, выбранным способом обработки, условиями работы и т. д. К таким требованиям могут быть отнесены быстросменность и легкость регулировки для универсальных станков и автоматов, работающих в условиях быстросменяемого производства; защита от попадания стружки и других отходов производства и т. д. Многие требования являются взаимоисключающими.
Для однопозиционных машин время срабатывания механизмов зажима не совмещается с обработкой, и поэтому к быстродействию зажимных механизмов в однопозиционных машинах, особенно в автоматах, предъявляются повышенные требования. В многопозиционных машинах, например, в многошпиндельных автоматах, время срабатывания зажимных устройств совмещено с обработкой и требования к их быстродействию не так высоки, как в одношпиндельных автоматах.
Все зажимные механизмы можно разделить на две группы:
а)	механизмы, предназначенные для зажима симметричных профилей (прутки, трубы, штучные заготовки, которые зажимаются по круглым, квадратным и шестигранным поверхностям);
б)	механизмы, предназначенные для зажима деталей сложной формы (корпусные детали, кронштейны плиты и т. д.), эти механизмы представляют собой зажимные приспособления, их конструкция, принцип действия и расчет рассмотрены в литературе [8, 20]. Некоторые конструкции таких приспособлений, большинство которых относится к зажимным механизмам автоматических линий, рассмотрены в гл. XVIII.
Типовая конструкция зажимного механизма для круглого материала показана на рис. XIV-1. На задний конец шпинделя 6 навинчен гидроцилиндр 4, их относительный поворот невозможен из-за шпонки S, удерживаемой пружинным кольцом 9. Поршень 3 зажимного устройства вращается вместе с цилиндром. Поводками поршня являются штифты 10, запрессован-424
f 2
3 4	5
£ 7 ё
Рис. XIV-1. Типовая конструкция зажимного механизма для круглого прутка
ные в цилиндр 4 и крышку 2. При подаче масла в рабочую полость цилиндра 4 поршень 3 переместится влево и, действуя на гайку /, создаст осевую силу на трубе зажима 7, связанной с зажимной цангой. На цилиндре 4 на двух шарикоподшипниках неподвижно закреплена маслораспределительная втулка 5, через которую подводится и отводится масло, поступающее от насосной установки гидросистемы. От разбрызгивания масла гидроцилиндр защищен кожухом. Нижний цилиндр необходим для подачи прутка.
Механизмы для зажима симметричных профилей простой формы состоят из зажимного звена (цанги, кулачки, оправки, захваты и т. д.), приводного звена, создающего силы зажима (гидро- или пневмоцилиндр, пружина, механический привод, и т. д.) и передаточных звеньев (рычаги, трубы и т. д.)> По источнику зажимной силы все механизмы делятся на две группы: механизмы с силовым замыканием и механизмы с жестким замыканием (рис. XIV-2).
В первом случае сила зажима создается за счет внешних сил: пневматики, гидравлики, пружины, груза и т. д. (см. рис. XIV-1), во втором случае —
Рис. XIV-2. Классификация зажимных механизмов
Рис. XIV-3. Зажимная цанга
за счет деформирования передаточного и зажимного звеньев. В механизмах с силовым замыканием сила зажима заготовок лишь в малой степени зависит от колебания размеров зажимаемой детали, в механизмах с жестким замыканием напряжения в звеньях уже в значительной степени зависят от точности зажимаемой детали.
Тип захватного органа и источник зажимной силы обычно независимы, так как выбираются из разных соображений, поэтому например, цанговые механизмы зажима могут приводиться в действие вручную, пружиной, пневмоцилиндром (силовое замыкание) или путем деформирования передаточной системы (жесткое замыкание).
Зажимные звенья. Наибольшее распространение в автоматах получили
цанговые зажимные механизмы.
Зажимная цанга (рис. XIV-3) представляет собой стальную закаленную втулку с прорезанными шлицами, которые образуют пружинящие лепестки цанги. Концы этих лепестков выполнены в виде губок, имеющих снаружи шлифовальный конус (обращенный в ту или другую сторону), а внутри — поверхность по форме прутка с насечкой. Обычно применяют круглые, шестигранные и квадратные прутки, а цанги имеют губки соответствующей конфигурации. В современных цангах число шлицев (и соответственно губок) обычно равно трем, реже — четырем. Трехлепестковые цанги обеспечивают прилегание цанги к прутку в трех точках по трем лепесткам. В четырехлепестковых цангах распределение сил между отдельными лепестками неопределенно, однако цанги этого типа более просты в изготовлении.
Цанга помещается внутри рабочего шпинделя, который имеет коническое отверстие соответственно конусу цанги, причем при осевом перемещении цанги происходит зажим и освобождение прутка, так как лепестки цанги сходятся и расходятся в радиальном направлении.
Существуют следующие основные типы цанговых механизмов и соответственно методы зажима (рис. XIV-4):
тип I — цанга имеет прямой конус; для зажима прутка необходимо создать силу, сжимающую цангу;
тип II — цанга имеет обратный конус; для зажима прутка необходимо создать силу, растягивающую цангу;
тип III — цанга имеет обратный конус, но в противоположность двум предыдущим вариантам упирается в шпиндель не конусом, а передней частью
Рис, XIV-4. Типы цанговых механизмов
лепестков, имеющих соответствующую форму, для зажима прутка цангой на нее находит стакан, к которому необходимо приложить силу Q.
Механизмы зажима состоят из зажимной муфты 2, перемещаемой от кулачка /, рычажков 5, зажимной трубы 4 и цанги 5. Зажим и освобождение прутка происходит при перемещении зажимной муфты, которая поворачивает рычажки, и они, нажимая на трубу, создают силу, необходимую для зажима Ша. По схеме II16 зажим производится не от кулачка, а от пружин, а кулачок, перемещая зажимную муфту влево, разжимает цангу.
Цанговые механизмы типа I имеют
Рис. XIV-5. Цанговый механизм с упором
преимущество в простоте механизма —
нет сложного соединения между цангой и трубой зажима. Недостатки: во время подачи может быть заклинивание; осевая сила, создаваемая инструментом, увеличивает силу зажатия прутка, возможно проскальзывание прутка назад в процессе обработки; плохое центрирование цанги из-за применения упорной гайки. Указанные недостатки привели к тому, что этот тип цанг почти не применяется в современных автоматах.
Цанги типа II имеют следующие преимущества: конус расточен непосредственно в шпинделе, поэтому обеспечено лучшее центрирование; во время подачи не может быть заклинивания; осевая сила от инструмента увеличивает силу зажатия прутка. Недостатки: неизбежный износ отверстия шпинделя между зажимной трубой и цангой; имеется резьбовое соединение, являю» щееся тем слабым местом, по которому часто происходит разрыв; не обеспечивается точная подача подлине, так как в процессе зажатия путем отхода цанги пруток также несколько отходит от упора.
Цанги типа III не имеют основных недостатков предыдущих типов и обладают следующими преимуществами: обеспечивают точную подачу прутка, так как в процессе зажима они не перемещаются в осевом направлении; в соединении трубы зажимной втулки и цанги нет слабых мест, сила передается лишь через головку лепестков цанги, что освобождает цангу от перенапряжений и делает ее достаточно прочным звеном.
Основной недостаток цанговых механизмов данного типа — их большой диаметр. Поэтому они не нашли применения в многошпиндельных автоматах, но широко распространены в одношпиндельных автоматах. В многошпиндельных автоматах наибольшее распространение получили цанговые механизмы типа II.
Цанги, применяемые в прецизионных автоматах для обработки с небольшими силами резания, имеют обычно шлифованное отверстие, благодаря чему поверхность прутка в местах зажима не портится. При больших силах резания приходится передавать прутку большой крутящий момент. Для увеличения трения между прутком и цангой на внутренних поверхностях ее лепестков применяют различные виды насечек (табл. XIV-1). В практике эксплуатации цанг встречаются губки с остроконечными насечками. Такая насечка может дать коэффициент сцепления больше единицы. Цанги этого типа оставляют на поверхности прутков характерные следы, что следует учитывать при назначении припусков на механическую обработку. На токарных автоматах в качестве заготовок все чаще используют не прутковый материал, а штампованные заготовки, поковки и даже литье. В связи с этим предъявляются особые требования к зажимным устройствам токарных автоматов, Зажимные цанги для штучных заготовок делают с упором 2, что обеспечи-
Рис. XIV-6. Конструкция механизмов для зажима деталей по торцу
вает точное осевое положение заготовки 3 (рис. XIV-5). Осевая регулировка положения цанги 1 выполняется обычно гайками с левого торца шпинделя.
Если обрабатывается деталь со сквозным отверстием то для того, чтобы при удалении детали из цанги стружка не попадала и не нарушала центрирования и условий постоянства зажима, применяют глухие выталкиватели (см. рис. ХШ-28). Такой же результат достигается подводом смазочно-охлаждающей жидкости через отверстие шпинделя; стружка при этом вымывается из цанги.
Кроме цанговых в автоматах получили распространение кулачковые, рычажные, шариковые мембранные и другие зажимные механизмы.
На рис. XIV-6 показаны конструкции кулачковых механизмов для зажима по торцу, где кулачки выполнены в форме прихватов, откидывающихся с помощью дополнительных шарнирных рычагов. Их выгодно применять при зажатии за фланец, когда выступ детали над фланцем ограничивает поступательное перемещение. Механизм (рис. XIV-6, а) состоит из двух прихватов 1 и 2, шарнирно соединенных поперечиной 3. Вторые концы прихватов шарнирно связаны с рычагами 4 и 5, поворачивающимися около неподвижной оси 6. При перемещении привода по направлению стрелки прихваты и рычаги занимают положение, изображенное штриховыми линиями, после чего деталь 7 освобождается. В механизме, показанном на рис. XIV-6, б, прихваты /, покачивающиеся на неподвижных осях 2, связаны с приводом при помощи шарнирных рычагов 3 и 4 и винта 5.
Кулачковые зажимные механизмы широко используются для деталей типа валов. На рис. XIV-7 показан механизм с расположением трех эксцентриковых кулачков на плавающем диске. На диске 1 кулачки 2 помещены на планках 5, допускающих регулировку положения кулачков относительно центра приспособления при помощи винтов 4. Вращение диска осуществляется давлением на него упора 5.
В некоторых конструкциях каждый кулачок независимо от другого поворачивается в сторону заготовки центробежными силами инерции. В исходное положение кулачки возвращаются с помощью пружин. В автоматах, где рабочие силы невелики, широко применяются шариковые, а также рычажные зажимные механизмы (типа клещей).
На рис. XIV-8 представлен патрон заварочной машины приемно-усилительных ламп с плоской ножкой. В данной конструкции имеется один ряд из трех шариков, которые расположены через 120° по окружности и зажимают штенгель ножки. Зажим происходит благодаря конусу 4, перемещающемуся вниз под действием своего веса и пружины 7 и толкающему при этом шарики 5 к центру. Разжим патрона для съема и загрузки лампы происхо-428
Виды насечек
Таблица XIV-1
Профиль насечки	Профиль насечки
В продольном направлении по окружности одразца
ио
дит следующим образом. Механизм раскрытия патрона опускает втулку 8, которая будучи связана винтом со стаканом 5, опускает его и тянет за собой втулки Л 2, 6, также связанные со стаканом. Конус 4 в это время поджат упором и поэтому не опускается, следовательно, шарики 5, находящиеся в отверстиях стакана 5, при движении последнего вниз относительно конуса 4 свободно выкатываются, так как конус их больше не поджимает. В этом положении патрон раскрывается.
Привод зажимных звеньев может осуществляться различными способами (см. рис. XIV-2). Для создания небольших сил зажима в полуавтоматах применяют ручной привод, а в автоматах — пневматический. При увеличении требуемой силы зажима применяют гидравлический или электромеханический привод. Находят применение зажимные механизмы, осуществляю-
1 5
Рис. XIV-7. Самозажимной трехкулачковый поводковый патрон с плавающим центром
щие зажим за счет центробежных сил инерции. Для зажима заготовок с большими силами, при необходимости максимальной компактности механизма, применяются механизмы с жестким замыканием кинематической цепи.
Рассмотрим механизм (рис. XIV-9, а), ведущим звеном которого является кулачок /, который, действуя через промежуточные звенья 2 и 3, создает силу Qo, возникающую между ведомым звеном 3 и жестким звеном 4. Механизм работает следующим образом. При вращении кулачка, начиная с точки alf звенья 2 и 3 начинают перемещаться, пока ведомое звено 3 не встретит препятствие — жесткое звено 4. После наступления контакта между жестким и ведомым звеньями, что соответствует точке а2 на кулачке, механизм в принятом смысле слова перестает существовать, при дальнейшем вращении кулачка от точки а2 до точки а3 происходит деформация звеньев, т. е. жесткое замыкание кинематической цепи механизма.
Если размер жесткого звена 4 колеблется в определенных пределах, то будут иметь место и соответствующие изменения деформаций и напряжений звеньев, так как ход ведущего звена (кулачка) остается постоянным и равным Я, а ход, на котором создается сила ЛЯ, зависит от величины 60. Жесткое замыкание механизмов в пределах закона упругости всех составляющих звеньев позволяет создавать значительные силы при малых габаритных размерах механизмов и широко используется в автоматах при конструировании таких механизмов, как зажимные (рис. XIV-9, б), жестких упоров (рис. XIV-9, в), фиксации (рис. XIV-9, а), переключения сцепных муфт (рис. XIV-9, д) и др.
Рассмотрим отдельные стадии работы цангового зажимного механизма с жестким замыканием (рис. XIV-9, б). Муфта 1 перемещается влево так, что первоначально плечо рычага 2 скользит по фасонному участку муфты. Рычаг 2, поворачиваясь вокруг оси опоры 3, перемещает вправо трубу 4 и цангу 5. Последняя, контактируя со шпинделем 6, начинает сжиматься и приходит в' соприкосновение с поверхностью прутка диаметром D±. Эта новая стадия работы механизма характеризуется тем, что звенья имеют малые напряжения, происходит как бы подготовка к закреплению в цанге. При дальнейшем движении муфты 1 (вторая стадия) происходит собственно закрепление прутка, в результате чего все звенья зажимного механизма оказываются деформированными.
Чтобы предотвратить самораскрывание, необходимо продвинуть муфту / так, чтобы рычаг 2 вышел на цилиндрический участок (третья стадия). В этом случае механизм будет надежно заперт, а установленный в цанге пруток зажат упругими силами звеньев зажимного механизма. Если все последующие прутки или участки одного прутка будут иметь тот же размер Db силовая картина повторяется. Однако при подаче следующей порции прутка или новой штучной заготовки, имеющей новый размер D2 >>£4, напряжения в звеньях механизма могут резко возрасти. Действительно, при закреплении по поверхности диаметром D2 первая стадия работы механизма закончится раньше, при дальнейшем движении муфты 1 и скольжении рычага 2 все звенья механизма начнут деформироваться на большую величину. Последнее и приведет к увеличению напряжений по сравнению с закреплением по поверхности диаметром Db ав отдельных случаях к поломке. Таким образом, при постоянном ходе зажимной муфты напряжения в звеньях механизма меняются в широких пределах.
Конструирование и расчет механизмов с жестким замыканием имеет некоторые особенности. Если жесткое звено б (см. рис. XIV-9, а) не изменяет своего размера, то,, исходя из заданной величины силы Qo, подсчитываются размеры звеньев и суммарная величина их деформации, которая определит величину дополнительного хода ЛЯ ведущего звена (кулачка). Однако задача усложняется, если размер жесткого звена колеблется в неко-
Рис. XIV-8. Патрон заварочной ма шины
Рис. XIV-9. Механизмы с жестким замыканием кинематической цепи
торых пределах от 6min до бтах и не может быть решена обычными методами расчета деталей машин. Действительно, если механизм был отрегулирован на силу Qo при наименьшем размере жесткого звена, то при наибольшем размере этого звена момент жесткого контакта наступит раньше, и при дальнейшем движении ведущего звена в механизме возникнут силы, превышающие расчетные.
Однако при жестком замыкании увеличением прочности слабого звена нельзя обеспечить работоспособность механизма, так как увеличение прочности звена путем увеличения его размеров связано с увеличением и его жесткости, т. е. уменьшением его деформаций, что приведет к еще большему возрастанию сил в цепи и, следовательно, к выходу из строя другого звена. На практике нередко встречаются случаи, когда конструктор не может найти выхода из этого положения и, усиливая слабые звенья, создает громоздкие механизмы, которые являются недолговечными и работают с большой перегрузкой.
Для механизмов с жестким замыканием необходимо применять особые методы расчета, учитывающие особенности работы этих механизмов. Решая задачу расчета механизмов с жестким замыканием в простейшем виде, считаем, что звенья механизма могут подвергаться сжатию или растяжению, что наиболее типично (см. рис. XIV-9, а, в).
Пусть размер жесткого звена колеблется на величину Л, т. е. Smin = So, а 6гаах = So + Л. Механизм, отрегулированный на минимальное значение размера жесткого звена (А = 0), должен обеспечить заданную силу Qo-Под ее действием суммарная деформация звеньев механизма при растяжении или сжатии будет Хо.
При максимальном размере жесткого звена силы возрастут (в результате более раннего наступления контакта) до своего максимального значения и
Qmax = Qo&,	(XIV-1)
где k — коэффициент возрастания сил.
При этом из-за пропорциональности деформаций нагрузки будет иметь место и возрастание деформаций звеньев на ту же величину:
%шах = ао.	(XIV-2)
Следовательно, колебания жесткого звена А вызывают дополнительные приращения деформаций отдельных звеньев, которые происходят в результате возрастания нагрузок от номинального значения Qo до максималь-ного Qmax.
Приращения деформаций для звеньев, работающих на растяжение (сжатие), изгиб или кручение,
- Чах - Ч - Ч (k - 1).	(XIV-3)
Деформации звеньев при данных нагрузке и материале зависят от геометрических размеров и схемы нагружения:
Ч =	(XIV-4)
где / — длина звеньев;
F — площадь сечения звена, работающего на растяжение или сжатие;
Е — модуль упругости первого рода.
Подставляя значения из формулы (XIV-4) в формулу (XIV-3), получим
(XIV-5)
При проектировании механизма необходимо соблюдать условие прочности, т. е. размеры каждого звена должны быть выбраны так. чтобы напря-432
жения, вызванные максимальными нагрузками, не превосходили допускаемых (7?д). Для растяжения (сжатия)
(XIV-6)
Как это видно из равенств (XIV-5) и (XIV-6), для определения приращения деформации и размеров звеньев необходимо выбрать значение коэффициента возрастания сил k.
Из условий оптимальности конструкций механизмов с жестким замыканием при сохранении прочности всех звеньев можно рекомендовать допустимые значения коэффициентов возрастания сил в пределах k = 3 —4. Подробное обоснование выбора k для условий работы деформируемых звеньев на растяжение — сжатие, изгиб, кручение и т. д. приведено в литературе [32].
Среди механизмов с силовым замыканием кинематической цепи (силовым зажимом), как было сказано, наибольшее распространение получили пневмоцилиндры, пневмокамеры и гидравлические устройства, реже электродвигатели. В неметаллорежущих автоматах часто в качестве источника зажимных сил применяют пружину; разжим происходит от кулачка или вручную. В некоторых случаях представляется возможным использовать для создания зажимных сил центробежные силы инерции вращающихся грузов. В конструкции некоторых приводов предусмотрена возможность регулирования силы зажима перемещением груза на рычаге или изменением угла положения рычага.
Введение регулировочных устройств в конструкцию центробежного привода объясняется не соображениями экономии электроэнергии, а лишь стремлением избежать в некоторых случаях деформации зажимаемой детали.
На рис. XIV-10 показан конструктивный вариант регулирования тяговой силы Q привода, направленной вдоль оси детали, путем изменения угла а (рис. XIV-10, а).
Привод закреплен на заднем конце шпинделя 12 станка. Грузы 9 размещены на шарнирных рычагах 3, которые под действием центробежных сил стремятся занять горизонтальное положение и тем самым оказывают давление на фланец 10, связанный с трубой 11. Последняя приводит в действие механизм зажимного патрона, надетого на передний конец шпинделя станка (на чертеже не показан).
Как известно, сила тяги Q, действующая на трубу 11. зависит от угла а и изменяется по закону тангенсов. Таким образом, с уменьшением этого угла сила возрастает, теоретически.приближаясь к бесконечности.
Регулирование этой силы достигается тем, что оси О качения рычагов расположены в специальном стакане 6, передвигающемся вдоль отверстия корпуса 5 привода. Положение стакана 6, в свою очередь, регулируется винтом 3, связанным с неподвижной шайбой 1. Шаг резьбы выбирается с таким расчетом, чтобы при одном обороте винта достигалось изменение угла а в намеченных пределах. Наибольший угол разбивают на несколько частей через 3—5° и рассчитывают силу тяги для каждого малого угла и разных частот вращения шпинделя станка. Получаемые таким образом значения силы Q наносят на концентрические окружности, размеченные на внешней торцовой плоскости стакана 6. Число этих окружностей на лимбе (рис. XIV-10, б) зависит от количества малых углов, а число делений на каждой окружности — от намеченных частот вращения п шпинделя станка.
Настройка привода достигается поворотом регулировочного винта со связанным с ним диском 2 до совпадения штриха, отмеченного на лимбе цифрой 0, с одним из штрихов на вращающейся части диска. Например, при совпадении штрихов, отмеченных 0 и 10, находят на окружности лимба, соответствующей углу 10°, значения сил тяги для определения частоты вращения шпинделя станка. После настройки отрегулированное положение диска фиксируется винтом 4. Во избежание заклинивания рычагов и в целях '433
Рис. XIV-10. Центробежный привод с регулированием силы зажима: а г— конструкция; б — схема регулировочного лимба
повышения к. п. д. механизма шарниры смонтированы на иголках или шариках. Пружина 7 способствует возвращению рычагов в исходные положения. Для повышения силовой эффективности привода рекомендуется грузы делать полыми и заполнять их полости свинцом.
Расчет зажимных механизмов сводится к определению сил, с которыми зажимные звенья должны удерживать заготовки, и к определению параметров механизма привода, который должен обеспечить эту зажимную силу. Методика расчета зажимных механизмов единая, однако расчет приводных механизмов с силовым и жестким замыканием имеет свои особенности.
Рассмотрим основные этапы расчета зажимных механизмов автоматов на примере цангового зажимного механизма типа II.
1.	Определяем суммарную силу, действующую на заготовку, и силу зажатия прутка.
Если в работе находится одновременно несколько инструментов, то суммарная окружная сила
i=n
2P''7' + V-’	(XIV'7)
/=1
где Pt---------сумма сил резания, приведенная к наружному диаметру
прутка;
г( — радиус действия сил резания PL в мм;
г >— радиус прутка в мм;
М — крутящий момент осевого инструмента в кгс-мм (Н*мм); п — число резцов.
Обозначая через Ро суммарную осевую силу, действующую на заготовку от резцов и осевого инструмента (сверла), можно написать формулу для подсчета силы зажатия прутка:
> К( v-)2+p° ’	(XIV'8)
где W — суммарная сила зажима прутка, распределенная по поверхности зажима;
— окружная сила, передаваемая зажимной цангой;
Рч—коэффициент трения между материалом и цангой1.
Можно принимать следующие значения коэффициента ц: гладкие губки — 0,25; губки с пониженной за счет кольцевых канавок площадью зажима — 0,3—0,35; губки с насечками крест-накрест — 0,45—0,5; губки с острым зубом при возможности врезания в металл — св. 1.
Силу зажатия цанги Ж необходимо умножить на коэффициент запаса т — 1,2 н-1,5. Для большей надежности расчета рекомендуется проверять полученный результат по мощности станка:
^^716200-^3-,	(XIV-9)
где т| — к. п. д. привода;
N — мощность станка в л. с.;
пш — частота вращения шпинделя в об/мин;
г—радиус прутка;
q — радиус шпинделей.
2.	Определяем-тяговую силу Qo, которую нужно приложить к зажимной трубе, чтобы зажать заготовку.
Из рис. XIV-11, а для цанги типа II
Qo = W7 tg (9 + <р),	(XIV-10)
где 9 — половина угла конуса цанги; -
Ф — угол трения между цангой и шпинделем (щ = tg ф).
Для шлифованных поверхностей цанги и шпинделя при относительно больших давлениях ц2 0,2. Аналогичная зависимость между Qo и W будет и в цангах типа I. Для цанги типа III с перпендикулярным торцом
О
Ctg (0 + ф) — р2 •
3.	Определяем необходимые силы в зажимной муфте.
Сила Qi, действующая на зажимной муфте и направленная вдоль оси шпинделя, необходимая для создания осевой силы Qo, зависит от конструкции зажимной муфты. Для типовых конструкций рычажных муфт (рис. XIV-11, б) можно написать следующую общую зависимость (конструкции 1—4):
= te (р1 + ч>1) Ь',Д+ХУ1;,) .	(X1V-H)
Рис. XIV-И. Расчетная схема для определения сил в механизме зажима
1 Для цанг с насечкой термин «коэффициент трения» является условным; это скорее «коэффициент сцепления», который может быть больше единицы.
где Qi — сила на зажимной муфте, направленная вдоль оси шпинделя; Pi — угол подъема конуса муфты;
и ср— коэффициент трения и угол трения в механизме;
h и b — плечи рычагов.
Знак «+» в знаменателе берется для конструкций 1 и 2 с внешним конусом зажимной муфты, а знак «—» принимается для конструкций 3 и 4 с внутренним конусом.
Для шариковой зажимной муфты (конструкция 5) имеются следующие соотношения:
р __ о sin (V + 2Ф)sin (Р + Ф) 41 cos (Р +* 2ф) cos (у + ф)
или
Q _ Q Sin (Y+ 2<P)_sin (Р +Ф)..	(XIV-12)
COS (у — ф) COS ф	х	'
Дальнейшие этапы расчета зависят от того, является ли рассматриваемый механизм с силовым или жестким замыканием. В первом случае на Qi или Qo рассчитывается весь механизм зажима (цанга, резьба, рычаги и т. д.) и подбираются необходимые параметры источника силы зажима (диаметра пневмо- или гидроцилиндра, диаметра проволоки пружины и т. д.). Напряжения во всех звеньях не должны превышать допустимых. Для звена, работающего на растяжения — сжатия,
ст = 4-^[ар]доп>	(XIV-13)
где F— площадь поперечного сечения трубы, цанги и т. д.;
^р^доп — допускаемая величина напряжений при работе на растяжение — сжатие.
Пример. Проведем расчет и выбор пружины для зажимного механизма отделочного полуавтомата. Зажим осуществляется пружиной, которая через зажимную трубу перемещает цангу типа II, заставляя сжиматься ее лепестки. Разжимается цанга от кулачка. После подсчета всех сил резания и приведения их к диаметру зажимаемой заготовки условие непроворота и непере-мещения зажимаемой детали в цанге выглядит следующим образом;	45 кгс (450 Н).
Принимая = 0,45 (губки с насечками крест-накрест) и коэффициент запаса 1,5, получим
45
W7 ~	= 150 кгс (1,5 кН).
0,45
Сила Qo, действующая на цангу вдоль оси шпинделя (усилие пружины при зажиме) согласно формуле (XIV-10), 0=7° 30'; ф = 5° 30';	= W tg (0 4- ф) — 150-tg (7° 30'
+ 5°30') = 35 кгс (350Н).
По конструктивным соображениям наружный диаметр пружины должен быть меньше 25 мм (размер внутреннего диаметра шпинделя) и ее длина не должна превосходить I — 150 мм.
Опираясь на эти исходные данные, по нормали Д-8101 (цилиндрические пружины сжатия) подбираем по таблицам наиболее близкую по характеристике пружину; d = 3 мм — диаметр проволоки: D — 20 мм — наружный диаметр пружины: Рц = 34,45 кгс (344,5 Н) — рабачая нагрузка: /ц = 3,87 мм — шаг пружины при рабочей нагрузке: t — 5,25 мм — шаг пружины в свободном состоянии.
Принимая длину пружины при рабочей нагрузке #п — 65 мм, по таблицам определяем ее длину в свободном состоянии; /7= 115 мм.
Расчет зажимных механизмов с приводом от механизмов с жестким замыканием имеет в основе оценку колебаний размеров обрабатываемого материала, а следовательно, зажимных сил.
Если цанга или другое звено было рассчитано исходя из нормальной силы зажима Qo, то при отклонении диаметра заготовки в звеньях механизма возникает перенапряжение, вследствие чего слабое звено выйдет из строя. Обычно таковым является зажимная цанга. Поэтому происходит либо поломка цанг при зажиме первых же прутков с верхними пределами допусков 436
на диаметры, либо поломка от усталости после многократных перегрузок. Следовательно, при расчете зажимных механизмов и отдельных звеньев следует исходить из допусков на заготовку и применять методы расчета, изложенные выше для кинематических цепей с жестким замыканием.
Проектирование зажимных механизмов с жестким замыканием в дальнейшем включает в себя следующие этапы: определяется величина колебания жесткого звена А
Рис. XIV-12. Расчетная схема взаимосвязи между допуском на диаметр и приращением деформации звеньев зажимного механизма
(рис. XIV-12), которая равна величине допуска на размер заготовки; составляется принципиальная схема механизма и намечаются из конструктивных соображений размеры всех звеньев, при этом размеры некоторых звеньев могут колебаться в весьма незначительных пределах; но могут быть и такие звенья, размеры которых можно изменять в более широких
пределах.
Далее выбирается материал звеньев (Е, 7?д) и определяются приращение деформации А/* для каждого звена и суммарное приращение деформации всех звеньев:
п
= S
(XIV-14)
При этом могут иметь место три случая:
a)	Ai = А — тогда задача решена, и заданный допуск на колебание размеров жесткого звена обеспечивается суммарной деформацией звеньев;
б)	Aj >> А — данный механизм может обеспечить большее колебание размеров звена; если этого на требуется, то можно сокращать размеры отдельных звеньев до тех пор, пока не осуществится равенство Af = А;
в)	Дх <3 А — деформация звеньев не может обеспечить колебания размеров жесткого звена; следовательно, при данном колебании размера жесткого звена А будет иметь место более высокое значение k k0 и перенапряжение звеньев, что может привести к выходу из строя слабого звена; во избежание этого необходимо увеличить суммарное приращение деформации звеньев.
Изменение длины звеньев — эффективный метод повышения Д/х, так как для случая растяжения и кручения А/ пропорционально /, а для изгиба имеется степенная зависимость (а/=с/3 ). В случае, когда не удается добиться того, чтобы суммарное приращение деформации всех звеньев обеспечивало колебания размера жесткого звена, необходимо в системе звеньев предусмотреть специальное упругое звено — буфер.
Зависимость между допуском на диаметр прутка Ad, суммарной деформацией звеньев f и коэффициентом возрастания сил k найдем из треугольника АВС:
Ar = -^- = (fmax-f0)tg9;	(XIV.15)
&d = 2f0(k— 1) tg®.	(XIV-16)
Из формулы (XIV-16) видно, что чем больше деформация звеньев механизма при данном коэффициенте k, тем большие отклонения диаметра заготовки допускает данный механизм. Отсюда можно установить основное правило при конструировании зажимных механизмов: в конструкцию зажимных
механизмов необходимо ввести специальное звено, допускающее повышенные деформации. Наличие такого звена обеспечит надежный зажим при отклонении диаметра заготовки и предотвратит перегрузку в звеньях механизма, в первую очередь в зажимных цангах. Введя специальное звено — буфер, допускающий деформации в сравнительно больших пределах, для надежности расчета можно пренебречь деформациями других звеньев.
Формула (XIV-16) позволяет производить проверочные расчеты по определению коэффициента k при заданном допуске прутка по формуле
(XIV-17)
При проектных расчетах определяется допустимое значение Дй при k = 3 или k = 2 с оценкой необходимости применения упругих звеньев [32].
§ 2. ПОВОРОТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Простейшими поворотными устройствами являются качающиеся приспособления, которые применяются в автоматах, где по технологическому процессу требуется небольшое количество (до трех) осевых инструментов, работающих последовательно, например, в фасонно-отрезных автоматах и автоматах фасонно-продольного точения. Качающиеся поворотные приспособления явились прообразом револьверных головок, которые широко применяются в современных автоматах и полуавтоматах для последовательной установки инструментов в рабочую позицию.
В свою очередь, токарно-револьверные автоматы явились основой развития современных многошпиндельных автоматов, в которых все шпиндели с заготовками располагаются по окружности в специальных поворотных устройствах — шпиндельных блоках. По расположению оси вращения шпиндельные блоки подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные шпиндельные блоки большей частью выполняются в виде столов.
Шпиндельные блоки представляют собой отливки облегченного типа с отверстиями для подшипников шпинделей и изготовляются из высококачественного чугуна, нередко со специальными присадками. В отдельных конструкциях для изготовления шпиндельных блоков применяют стальное литье. Для уменьшения потери точности из-за деформаций, происходящих вследствие перераспределения внутренних напряжений, шпиндельные блоки, как правило, подвергаются старению после черновой обработки.
От точности изготовления и монтажа шпиндельного блока в значительной мере зависит точность обрабатываемых деталей. Поэтому к точности изготовления и монтажа шпиндельных блоков предъявляются чрезвычайно высокие требования. Оси вращения шпинделей должны быть точно расположены относительно оси вращения шпиндельного блока и фиксирующих поверхностей гнезд фиксатора. Большое влияние на точность работы автомата оказывают зазоры между шпиндельным блоком и его опорами, которые могут вызывать перекос блока под действием сил резания или при повороте блока.
При конструировании шпиндельных блоков большое внимание обращается на уменьшение их размеров. Увеличение размеров блока, особенно его наружного диаметра, увеличивает момент инерции блока и уменьшает допустимую скорость его поворота. Диаметр окружности, на которой располагаются оси шпинделей, выбирается наименьшим с учетом прочности стенок между шпинделями и условий отвода тепла от шпинделей. Наружный диаметр блока в значительной мере определяется размерами подшипников опор шпинделей. Подробно вопросы конструирования шпиндельных блоков освещены в литературе [31, 32].
Блоки получили широкое распространение как в металлорежущих автоматах и полуавтоматах, так и в агрегатных станках и автоматических линиях и в автоматах ряда других отраслей промышленности (электроламповая, 438
пищевая и т. п.). Периодически поворачивающиеся столы служат большей частью для транспортировки деталей от одной позиции к другой. Поворот может осуществляться механическими, электромеханическими, гидравлическими и пневматическими устройствами. В стекольной промышленности для поворота столов получили распространение пневматические механизмы. Это связано с тем, что обычно рабочие операции на этих автоматах осуществляются при помощи сжатого воздуха. Однако в этих автоматах применяются и механические механизмы поворота.
§ 3. МЕХАНИЗМЫ ПОВОРОТА
Для поворота качающихся приспособлений, револьверных головок, шпиндельных блоков, поворотных столов и т. д. применяются разнообразные механические механизмы поворота, которые могут быть разделены на четыре основные группы: зубчатые, рычажные, кулачковые и мальтийские (рис. XIV-13). К механизмам поворота предъявляются следующие основные требования: плавный перевод поворотных устройств из позиции в позицию без ударов, толчков и вибраций в минимальное время; высокая износостойкость деталей и сопряжений; высокая точность останова в крайних положениях.
Зубчатые механизмы поворота нашли в современных автоматах ограниченное применение. Рычажные механизмы имеют высокий к. п. д., однако не обеспечивают плавности поворота, уступая в этом как кулачковым, так и мальтийским механизмам поворота.
Кулачковые механизмы поворота допускают значительное изменение закона движения поворачиваемого узла путем соответствующего профилирования кулачка. На поворот механизма затрачивается небольшой центральный угол распределительного вала, и поэтому кулачковые механизмы получили довольно большое распространение в автоматах группы I. Недостатками кулачковых механизмов являются низкий к. п. д., большие размеры и быстрый износ кулачков. Поэтому кулачковые механизмы получили распространение для поворота сравнительно небольших узлов (делительных шпинделей, мелких и средних зуборезных полуавтоматов, качающихся приспособлений, небольших револьверных головок, мелких и средних столов неметаллорежущих автоматов и т. п.).
В кулачково-храповых механизмах не всегда удается устранить удар при повороте узла (рис. XIV-14, а). Поэтому для поворота больших и тяжелых узлов кулачково-храповые механизмы применения не получили. Кулачково-рычажные механизмы часто применяются в автоматах группы I для поворота качающихся приспособлений. В конструкции, показанной на рис. XIV-14, б, поворот трехшпиндельного приспособления осуществляется дисковым кулачком при силовом замыкании пружиной.
Наибольшее распространение среди поворотных механизмов получили кулачково-цевочные и мальтийские механизмы.
Кулачково-цевочные механизмы поворота получили большое распространение в автоматах группы I для поворота столов многопозиционных неметаллорежущих автоматов с большим числом позиций (рис. XIV-14, в). Поворот осуществляется цилиндрическим кулачком-улитой, который зацепляется с одной из цевок, закрепленных на цевочном диске или непосредственно на столе.
Преимуществами кулачково-цевочных механизмов являются возможность получения выгодного соотношения времени выстоя карусели и времени ее движения, а также выполнения различных законов движения карусели; отсутствие специального механизма фиксации — стол (карусель) во время стоянки фиксируется самой улитой. Однако точность такой фиксации невелика, поэтому кулачково-цевочные механизмы не получили распространения в автоматах с большими силами резания.
Рис. XIV" 13. Классификация механизмов поворота
Механические	Гидравлические	Пневмогидравлические	Пневматические
Рис» XIV-14. Кулачковые механизмы поворота
Поворот карусели является холостым ходом и для повышения производительности должен осуществляться за возможно более короткое время. Однако величина динамических сил, возникающих вследствие инерционно движущейся массы карусели, не должна достигать больших значений. Возрастание и убывание ускорений, а следовательно, и сил инерции должно быть по возможности равномерным на всем протяжении поворота.
Выбор закона движения карусели оказывает большое влияние на конструкцию и работоспособность привода. Кулачково-цевочный механизм поворота позволяет получить следующие законы движения карусели: с постоянной скоростью, с постоянным ускорением, синусоидальный, косинусоидальный, комбинированный. Наиболее часто поворот карусели осуществляют по синусоидальному или комбинированному законам движения.
На рис. XIV-15 показана расчетная схема кулачково-цевочного механизма поворота, где ф0 — угол заложения кулака улиты, т. е. угол переводящей части кулака. Обычно его берут в пределах 60—90°, Dy — диаметр улиты, выбирается из конструктивных соображений и зависит от допустимого угла давления 0тах. Углом давления называется угол между направлением действия силы давления кулачка на ведомое звено и направлением скорости точки приложения этой силы. Наибольшее значение угол давления имеет в середине хода, при этом он равен углу подъема кулака; RK — радиус расположения роликов на карусели; гк—число роликов на карусели; HQ~ расстояние между центрами роликов (шаг роликов), определяется числом позиций поворотного устройства, радиусом расположения позиций и диаметром роликов d\ соу — угловая скорость вращения распределительного вала.
Расчет механизма сводится к выбору профиля кулака улиты и основных его параметров.
На рис. XIV-16 показана схема профилирования кулака улиты. Линия 1 — профиль кулака при синусоидальном законе движения карусели, когда обеспечиваются минимальные инерционные силы в конце и начале поворота карусели. Угол давления в середины поворота 0тах при синусоидальном законе имеет наибольшее значение по сравнению с другими законами движения. Линия 2 — профиль кулака при законе движения с равномерной скоростью (прямая линия). В данном случае возникают большие инерционные силы в начале и конце поворота, но угол давления по сравнению с другими законами поворота наименьший. Поэтому для обеспечения плавного движения карусели очень часто используют комбинированный синусоидальный закон поворота. При этом в средней части профиль кулака выполняют по прямой, а на концах участка — по синусоидам. Если через k обозначить коэффициент, характеризующий закон движения карусели, т. е. долю участка прямой линии в профиле кулачка, то при чистой синусоиде k = 0, при прямой линии k == 1.
Bud A
Рис. XIV-15. Расчетная схема кулачково-цевочного механизма поворота
% 2
Рис. XIV-16. Схема профилирования кулака улиты по синусоидальному и прямолинейному законам
Если k = 0,5, то 50% профиля выполнено по прямой линии и по 25% по синусоидам с обеих сторон.
На рис. XIV-17, а показана развертка профиля кулака улиты, выполненного по комбинированному синусоидальному закону. Из кривой перемещения видно, что чем больше k, тем меньше угол давления в центре профиля. Кривая скорости (рис. XIV-17, б) показывает, что в начале и конце поворота карусели скорости изменяются плавно, т. е. удара нет и S"= 0 (рис. XIV-17, в). Максимум ускорения Smax будет в середине участка, выполненного по синусоиде. При комбинированном законе поворота карусели наибольшая скорость, в зависимости от угла заложения ср0, может быть определена как производная от перемещения по углу поворота:
е' ___ о	1
maX Фо ‘ 1+* •
Скорость поворота карусели в зависимости от времени можно определить, взяв производную от перемещения по времени:
dS dS dtp кар dt dy dt
^Kapmax 5maXC0y,
(XIV-18)
или
тогда получим
=	(X1VU9)
Известно, что отношение скорости вращения карусели к скорости вращения улиты есть тангенс угла давления 0, т. е.
= tg 0,
vy
тогда
Окаршах = Vy tg ©опт, '	(XIV-20)
где 0ОПТ — допустимый угол подъема профиля кулака.
Подставляя значение
Dy
*у =* -f-
получим	Оу ®каршах — 2~~ ‘®У tg ©опт*	(XIV-21)
Приравниваем	выражения %аРп1ах из формул (XIV-19) и (XIV-21): .2Яо . _£у_ = _£у_ со fa © Фо 14-&	2
Рис. XIV-17. Схема профилирования кулака улиты по комбинированному закону
Тогда для минимального значения коэффициента k будем иметь формулу
ь ~ __з£о__ min	tg ©опт
(XIV-22)
Уравнение движения карусели:
Ф = /г2 ДфУпр — -^2- sign <р,	(XIV-23)
/
где k2 — квадрат круговой частоты собственных колебаний;
Л4тр — момент сил трения в опорах карусели;
Дфупр — разность между теоретической угловой координатой и действительной координатой карусели (определяется с учетом зазора);
/ — момент инерции карусели;
Ф — скорость карусели.
Уравнение удобно решать с помощью аналоговых вычислительных машин.
Расчет кулачково-цевочного механизма начинают, исходя из наиболее простого варианта — улита вращается равномерно (автомат группы I).
1.	Определяем угол заложения улиты ф0 из соотношения
А = -	; ф0 = 360°	,	(XIV-24)
бои	I по В “Г	-*
где /пов — время поворота карусели в с;
/ст — время стоянки карусели в с;
Т — время рабочего цикла в с.
2.	Определяем расстояние Яо между центрами роликов на карусели. При этом из конструктивных соображений известны радиус расположения роликов на карусели RK и число роликов на карусели ?к:
//0 = 2/?Ksin-^.	(XIV-25)
3.	Определяем коэффициент £min. Диаметр улиты Dy выбран из конструктивных соображений. Величину угла давления 0ОГ7 выбираем согласно методике, изложенной в литературе [32]. Обычно принимают угол давления 0ОПТ 40Q, реже встречаются кулаки с углом 0 = 40-н45°:
А ~____________________................
131111 Фо^у tg ©опт
(XIV-26)
Если при расчете окажется, что femin <30, то кулак можно профилировать по чистой синусоиде; если 0 <1 &mhI <3 0,5, кулак необходимо профилировать по комбинированному синусоидальному закону; если femin 0,5, необхо-
переводной части кулака	улиты
димо провести конструктивную коррекцию, так как при выбранных значениях величин ф0, AJK, Dy и Яо механизм работать не будет, ибо угол давления в центре кривой больше оптимального угла давления: 0 £> 0ОПТ. При конструктивной коррекции необходимо так изменить параметры привода, чтобы £min уменьшилось. Конструктивная коррекция может производиться путем уменьшения расстояния между роликами HQ (ролики устанавливаются на диске меньшего диаметра), увеличения диаметра улиты Ьу и увеличения угла заложения <р0.
В тех случаях,. когда оказывается невозможным применить привод с постоянно вращающейся улитой, необходимо перейти к применению привода с включаемой улитой. В этом случае вращение сообщается улите только во время перевода карусели, поэтому включаемая улита может иметь очень длинную переводящую часть и, как следствие этого, меньший диаметр при том же угле давления, чем при постоянно вращающейся улите. Для включаемых улит угол заложения переводящей части может быть доведен до 360°, но из технологических соображений его не следует делать более 180°. Большая блокирующая часть улиты обеспечивает остановку привода до начала перевода без применения тормоза.
После окончательного определения шага роликов Н0, угла заложения переводящей части улиты ср0, числа роликов ?к, радиуса расположения роликов /?к, оптимального параметра закона движения k приступают к расчету координат профиля паза улиты и его построению.
На рис. XIV-18 показана схема построения профиля переводной части кулака. На участке профиль выполнен по прямой линии, которая проводится под углом 0ОПТ в средней точке профиля. Участки в начале и в конце профиля выполняются по синусоидам, которые строятся по таблицам. После построения профиля производится его коррекция.
Во время поворота карусели ролик движется по дуге окружности радиуса 7?к. Если профиль улиты обработан по координатам HQ и <р0, то во время поворота положение ролика не будет совпадать с положением инструмента, которым обрабатывался паз улиты. Это приводит к перекосу ролика относительно паза, следствием которого может явиться преждевременный износ и даже заклинивание ролика в пазу. Для предотвращения перекоса необходимо при обработке переводящей части улиты точно совмещать ось инструмента с осью будущего ролика, т. е. ввести добавочное смещение инструмента в плоскости, касательной к образующей наружного цилиндра улиты, проходящей через начало отсчета координаты <р0. Это вспомогательное смещение принято называть коррекцией профиля. Для того чтобы определить коррекцию профиля в какой-либо точке Нъ можно воспользоваться расчетной схемой, приведенной на рис. XIV-19. Наибольшее значение коррекции (при ф = _^- и # =
б =	Д •	(XIV-27)
С другой стороны, наибольшее значение коррекции может быть выражено через шаг роликов Но и число роликов zK:
•	(XIV-28)
Следует отметить, что введение еще одной коррекции К усложняет и расчеты, и обработку, а, главное, может явиться добавочным источником ошибок и ухудшения формы кривой. От введения коррекции можно отказаться, если перекос ролика относительно невелик и может быть компенсирован зазорами в размерной цепочке «паз улиты — ролик — палец».
Пример расчета кулачково-цевочного механизма. Проектируемый автомат, исходя из заданной производительности, имеет 36 позиций (zK — 36). Ролики на карусели расположены на радиусе ~ 330 мм. Диаметр улиты Dy = 220 мм, время поворота карусели /пов = 0,8 с, время стоянки карусели /ст = 3 с.
1.	Определяем величину угла заложения улиты;
<р0 = 360°	= 360° -^4= 76°;
1	3,о
Т “ ^пов 4~ ^ст ~ 3,8 4~ 3 — 3,8 с.
2.	Определяем расстояние между центрами роликов на карусели;
На = 27?к sin = 2-330- sin = 660-0,087 = 57,5 мм. 00
3.	Определяем коэффициент профиля:
Ь	1-	4'57’5	, _ 230	1-114	1-
шш ф0£у tg ©опт 1,31-220.0,7	202	’	’
©опт = 35Q;	- 76° - 0,21-2л - 1,31;
U = 0Л 4.
Так как коэффициент £min лежит в пределах 0 &min <3 0,5, то кулак следует профилировать по комбинированному синусоидальному закону.
Мальтийские механизмы поворота получили в автоматах большое распространение и отличаются высоким к. п. д. и простотой конструкции. Эти механизмы обеспечивают достаточную плавность поворота, но имеют сравнительно большой угол поворота ведущего звена, особенно при большом числе пазов креста, что ограничивает их применение в автоматах группы I. В автоматах группы II при повороте от распределительного вала получили распространение механизмы с четырьмя — пятью и шестью пазами. Недостатком мальтийских механизмов являются большие пики кривой ускорения (особенно при малом числе пазов), что вызывает большие инерционные нагрузки при большой скорости поворота или больших моментах инерции. В ряде конструкций для уменьшения угла поворота ведущего звена между поворотным устройством и поводком мальтийского креста вводятся добавочные механизмы. Это приводит к увеличению размеров и усложнению механизма.
На рис. XIV-20 приведено несколько примеров поворотно-фиксирую-щих механизмов, поворот в которых осуществляется при помощи мальтийских механизмов.
На рис. XIV-20, а показан механизм поворота револьверной головки токарно-револьверного автомата. Поводок мальтийского механизма вращается от вспомогательного вала через муфту. Револьверная головка фиксируется специальным фиксатором, который во время поворота отводится кулачком.
На рис. XIV-20, б показаны поворотно-фиксирующие механизмы многошпиндельного автомата. Шпиндельный блок поворачивается мальтийским крестом, который из конструктивных соображений вынесен в сторону от
Рис. XIV-2 0. Примеры применения мальтийских механизмов поворота
шпиндельного блока. Стабильность положения шпиндельного блока во время обработки достигается затягиванием конуса блока в конических опорах.
На рис. XIV-20, в показан механизм поворота карусельного автомата. Вал с поводком мальтийского креста периодически вращается от индивидуального электродвигателя, а останавливается путем торможения электродвигателя.
Для поворота барабанов агрегатных станков в последние годы получили применение сферические мальтийские механизмы (рис. XIV-21).
В автоматах, имеющих вспомогательный вал, не накладываются ограничения на угол поворота ведущего звена, и поэтому применение мальтийских механизмов не вызывает особых затруднений. В этих автоматах находят применение мальтийские механизмы с внутренним зацеплением.
На рис. XIV-22 показана схема работы мальтийского механизма с внешним зацеплением, где 2ф0— угол поворота креста за один рабочий период; 2ф0 — угол рабочего поворота поводка; 2ср6—угол холостого поворота поводка:
< ОгАО = 90°; 24-0 = —,	(X1V-29)
гк
где zK — число пазов мальтийского креста.
Из треугольника ОгОА
2ср0 — 2	4^ 2 сро = 2л — 2 фо = Время полного поворота поводка Т = - *д , tn т 1 т где Тд — время движения креста; /п — время покоя креста.	। =	(XIV-30) =	(XIV-31) F	(XIV-32) .= 1(	(XIV-33)
Рис. XIV-21. Сферический мальтийский механизм:
1 — поводок; 2 — ролик поводка; 3 — мальтийский крест; 4 — поворотный барабан; 5 — корпус
Рис* XIV-22. Расчетная схема маль* тийского механизма
Период покоя креста больше времени движения на величину
__ /д = 2<Ро __ 2фп	(XIV-34)
Т Т 2л 2л
ИЛИ
4е --F- = V-	(XIV-35)
Если задана продолжительность хода ведущей части поводка по отношению ко времени полного поворота ведущего звена, то можно определить число пазов креста. Если поводок мальтийского креста закреплен на распределительном валу, то обычно задан угол поворота, который может быть отведен на поворот какого-либо узла станка.
Зная частоту вращения nQ поводка, можно определить абсолютное время холостого и рабочего ходов.
При одной цевке
‘XIV-36»
'"=T(1+f)-	(XIV-37)
Увеличение числа пазов креста вызывает увеличение угла поворота поводка, необходимого для поворота креста. Если поводок закреплен на распределительном валу или соединен с ним кинематической цепью с передаточным отношением 1 : 1, то угол 2ф0 равен углу холостого поворота распределительного вала р, необходимого для поворота узла станка. Зависимость угла р от числа пазов креста приведена на рис. XIV-23. Вначале кривая круто поднимается. При повороте шестипазовым крестом угол поворота распределительного вала на 30° больше, чем при повороте четырехпазовым крестом. Далее подъем кривой замедляется, асимптотически приближаясь к прямой линии. При увеличении числа пазов с 6 до 12 угол увеличивается на 30°. При увеличении числа пазов с 12 до 20 угол р увеличивается всего на 12°. Число пазов не может быть меньше 3, так как при z = 2 центр вращения поводка удаляется в бесконечность. Увеличение числа пазов креста ограничивается также размерами узла. При увеличении числа пазов возрастает радиус ведомого звена (креста) по сравнению с радиусом ведущего звена (поводка).
При входе цевки в паз креста под прямым углом
= 7?ctgTp0 или AL = A!ctg—.	(XIV-38)
гк
Рис. XIV-23. Зависимость угла поворота распределительного вала fi, необходимого для поворота узла, от числа пазов мальтийского креста
Так как величину выбирают исходя из величины передаваемого момента, то чем больше число пазов, тем больше будут размеры механизма поворота. Определение угловых скоростей и ускорений мальтийского креста, крутящих моментов и сил, необходимой мощности электродвигателя подробно рассмотрено в литературе [11, 32].
В последнее время для улучшения динамических характеристик мальтийских механизмов с внешнихм зацеплением находят применение механизмы, в которых используют увеличение числа пазов мальтийского кре
ста; изменяют угловую скорость кривошипа при работе механизма, применяют кривошип переменной длины и криволинейные пазы креста.
При отдельном приводе мальтийского механизма либо при возможности
увеличения угла поворота распределительного вала или другого узла мальтийский механизм целесообразно выполнить с увеличенным числом пазов. Требуемый угол поворота узла станка можно получить подбором передаточного отношения промежуточной зубчатой передачи. Выполнение, например, пятипазовых мальтийских механизмов в многошпиндельных токарных автоматах Киевского завода станков-автоматов им. Горького (вместо ранее применявшихся четырехпазовых) снизило динамическую составляющую мощности при повороте в 1,5 раза.
При малом числе позиций поворачиваемого узла и при отдельном приводе мальтийского механизма выгодно применение удвоенного числа пазов креста и двух кривошипов, выполненных в виде двух роликов, оси которых закреплены на диске (рис. XIV-24, а).
Если нельзя увеличить угол поворота распределительного вала, соответствующий повороту узла, то для увеличения числа пазов мальтийского креста выполняют ускорительную неполнозубую передачу от распредели-
..-..........-	. -	ю
a)
Рис. XIV “2 5. Мальтийский механизм с переменной длиной кривошипа
тельного вала к кривошипу (рис. XIV-24, б). С помощью цевок и-планок или перекатывающихся рычагов можно устранить удары при включении и выключении зубчатого зацепления. Такие механизмы применены, например, в токарных автоматах Conomatic для поворота шпиндельных барабанов. Включение и выключение зубчатого зацепления в этих автоматах происходит при малой скорости распределительного вала и ненагруженном кривошипе. Переменная угловая скорость кривошипа может быть получена введением промежуточной передачи с некруглыми колесами (рис. XIV-24, в), вращающейся кулисы (рис. XIV-24, г) или другого механизма. Известны примеры практического применения для этой цели эллиптических колес. Изменение длины кривошипа в процессе работы мальтийского механизма при равномерном вращении кривошипа позволяет получить требуемый закон движения креста (рис. XIV-24, д).
На рис. XIV-25, а показана конструкция привода мальтийского механизма многошпиндельного токарного автомата Schutte с переменной длиной плеча кривошипа, получаемой путем перемещения корпуса кривошипа в радиальном направлении. Для этой цели часть корпуса 1 выполнена в виде рамки, охватывающей своими рабочими поверхностями прямоугольный направляющий выступ зубчатого колеса 2, который получает движение от колеса 3, закрепленного на распределительном валу 4. В корпусе 1 закреплены оси роликов 5 и 6, находящихся в контакте с неподвижно закрепленным кулачком 7. Кулачок 7 имеет две рабочие поверхности для работы с каждым из роликов 5 и 6. На рис. XIV-25, б отдельно показаны корпус 1 кривошипа вместе с зубчатым колесом 2 и кулачок 7. При вращении зубчатого колеса 2 корпус 1 кривошипа перемещается радиально.
Динамику мальтийского механизма можно также улучшить следующим образом. К кривошипу 4 (рис. XIV, 24, е) шарнирно присоединяют дополнительное звено 3, на конце которого находится ролик, передающий движение кресту 5. Это звено жестко связано с сателлитом 3' планетарной передачи. Звено 3 получает вращение с помощью зубчатых колес /, 2 и 3'. Привод движения дополнительного звена может быть осуществлен также при помощи планетарной зубчатой передачи с внутренним зацеплением. При по-
15 Г. А. Шаумян	449
стоянкой угловой скорости кривошипа ось ролика, закрепленная на дополнительном звене, имеет переменную скорость, расстояние между осью ролика и осью вращения кривошипа в процессе поворота креста меняется. Все это позволяет значительно снизить'инерционные нагрузки.
Изменение закона движения мальтийского креста может быть достигнуто заменой прямолинейных пазов криволинейными. Можно выполнить криволинейные пазы так (см. рис. XIV-24, ж), чтобы одни и те же участки пазов осуществляли разгон и торможение (различными рабочими поверхностями). Такими пазами нельзя обеспечить симметричный закон движения. В положении кривошипа на линии, соединяющей оси поворота кривошипа и креста, отношение угловых скоростей определяется только длиной кривошипа и расстоянием между осями. Йрименяя криволинейные пазы, можно изменить отношение углов поворота кривошипа, соответствующих ускорению и торможению; можно снизить инерционные нагрузки при разгоне в результате их увеличения при торможении и, учитывая влияние сил трения, можно снизить результирующие нагрузки, действующие в механизме. Можно так выполнить профиль криволинейных пазов, чтобы получить необходимый угол выстоя креста, соответствующий обычному кресту с меньшим числом прямолинейных радиальных пазов, а кинематические и динамические характеристики — близкими к характеристикам креста с большим числом прямолинейных радиальных пазов. Увеличение угла выстоя достигается тем, что в переходной точке они имеют общую касательную.
Можно, например, выполнить шестипазовый крест с криволинейными пазами, имеющими участки выстоя креста, соответствующие повороту кривошипа на 30°, тогда угол поворота кривошипа, соответствующий повороту креста, будет 90°, т. е. такой же, как и у креста с четырьмя прямолинейными радиальными пазами, а угол поворота креста при каждом обороте кривошипа будет 60°, т. е. такой же, как у креста с шестью прямолинейными радиальными пазами. Наибольшие коэффициенты скорости, ускорения и мощности такого креста с криволинейными пазами будут мало отличаться от соответствующих коэффициентов обычного шестипазового креста с прямолинейными радиальными пазами. Наибольшая динамическая мощность при повороте такого креста с криволинейными пазами будет почти в 2 раза меньше, чем у обычного четырехпазового креста. Можно выполнить криволинейные пазы таким образом, чтобы разгон и торможение креста осуществлялись различными участками паза. При этом пазы получаются петлеобразными и ролик кривошипа, войдя в один конец паза, выходит из другого (см. рис. XIV-24, з). Профиль паза для получения требуемого закона движения может быть построен методом обращения движения. При профилировании паза креста необходимо обеспечить условие незаклинивания механизма.
Из всех рассмотренных способов улучшения динамических характеристик мальтийских механизмов с внешним зацеплением простейшим является увеличение числа пазов. Его в первую очередь следует рекомендовать в тех случаях, где это возможно.
Механизмы поворота могут быть построены не только на механической основе, но и с применением гидравлических, пневматических и электромеханических методов осуществления движений. Гидравлические механизмы возвратно-поступательного движения (поршень и цилиндр) получили наибольшее распространение для поворота узлов самых различных размеров и массы. Гидравлические связи механизмов позволяют смягчить ударные нагрузки на механизмы и регулировать закон поворота. Пневматические механизмы поворота получили распространение в неметаллорежущих автоматах, использующих для осуществления рабочего процесса сжатый воздух. Обеспечивая возможность регулирования скорости поворота, такие механизмы отличаются большими размерами по сравнению с гидравлическими.
§ 4. МЕХАНИЗМЫ ФИКСАЦИИ
Механизмы фиксации служат для точной установки поворотных устройств и предотвращения их смещения под действием сил, возникающих в процессе обработки.
Высокая точность обработки на револьверных и многошпиндельных автоматах и полуавтоматах последовательного действия, многопозиционных агрегатных станках, зуборезных станках с единичным делением и т. п. может быть обеспечена лишь при условии точной и надежной фиксации. Для ряда неметаллорежущих автоматов достаточна более низкая точность фиксации и в этих конструкциях могут быть применены более простые механизмы.
Механизмы фиксации можно разбить на две основные группы: механизмы одинарной фиксации и механизмы двойной фиксации. В механизмах одинарной фиксации имеется один фиксатор, который обеспечивает точное положение узла.
В механизмах двойной фиксации имеется два фиксатора: один из них доводит узел до точного положения, которое определяется положением второго фиксатора — упора.
У фиксатора следует различать поверхности фиксирующие и направляющие. На точность и долговечность механизма фиксации большое влияние оказывают форма фиксирующих поверхностей и их относительное перемещение. Если начальное касание фиксирующих поверхностей происходит в точке или по линии, то возникают большие давления, вызывающие их смятие. При поверхностном контакте давления могут быть резко снижены.
Если фиксирующие поверхности скользят во время обработки или поворота, то они подвержены повышенному износу, особенно интенсивному при больших давлениях. Если фиксирующие поверхности скользят только во время фиксации, то износ будет значительно меньшим.
Поскольку механизм фиксации доводит фиксируемый узел до точного положения, то при одинарной фиксации избежать скольжения фиксирующих поверхностей невозможно. Износ этих поверхностей может быть уменьшен путем увеличения фиксирующих поверхностей, соответствующего выбора материала и термической обработки фиксатора.
Направляющие фиксаторов с возвратно-поступательным движением обычно выполняются цилиндрическими или призматическими (рис. XIV-26).
Зазор в направляющих фиксатора увеличивается по мере износа, что оказывает большое влияние на точность фиксации, особенно при переменном направлении сил, действующих на узел в процессе обработки.
При призматических направляющих зазор регулируется обычно с помощью клина (рис. XIV-26, г — е). Зазор у цилиндрических направляющих регулируется трудно. При двойной фиксации износ направляющих упора
Рис. XIV-26. Направляющие фиксаторов:
а — цилиндрический фиксатор с направлением в корпусе; б — цилиндрический фиксатор с направлением во втулке; в — призматический фиксатор с регулированием зазора клином; г—е — призматические фиксаторы с регулированием зазора двумя клиньями; ж, з — призматические фиксаторы с затяжкой;
и — призматический заклинивающий фиксатор; к — цилиндрический заклинивающий фиксатор
Рис. X1V-27. Схема для расчета длительности срабатывания фиксатора
уменьшается, так как при правильной конструкции скольжение в направляющих происходит при действии на упор незначительных сил. Ввиду прижатия поворачиваемого узла к упору зазор в направляющих упора и фиксатора выбирается. Поэтому при двойной фиксации зазоры в направляющих не оказывают сильного влияния на точность фиксации. Однако по мере износа направляющих упора точность фиксации понижается, поэтому следует обращать особое внимание на конструирование опор узла механизма ввода и вывода упора.
Влияние зазоров в направляющих и деформаций самих фиксаторов под действием больших сил резания может
быть устранено путем зажима поворачиваемого узла после фиксации. Такой зажим осуществляется во многих конструкциях револьверных полу-
автоматов, в столах агрегатных станков и т. п.
При проектировании механизмов одинарной фиксации основные размеры механизмов периодически поворачиваемых рабочих органов подбирают исходя из необходимости обеспечить достаточную точность и жесткость их положения.
Для повышения точности фиксирующие гнезда рабочих органов располагают на возможно большем расстоянии от оси поворота.
При проектировании клинового фиксатора угол а наклона клиновой поверхности к оси фиксатора принимается меньшим, чем угол трения (например, а = 4-7-5°), вследствие этого рабочие нагрузки на фиксируемый узел не передаются приводу фиксатора.
Пружина клинового фиксатора должна при фиксации преодолеть силы трения и сообщить фиксируемой детали дополнительный поворот. Определим продолжительность этого дополнительного поворота, т. е. время срабатывания пружины (рис. XIV-27). Движущий момент, необходимый для поворота фиксируемой детали [21],
Л4Д — Л4тр +
(XIV-39)
где Л4тр — момент сил трения, возникающий при повороте;
J — момент инерции фиксируемой детали;
8 — угловое ускорение детали.
За начало координаты х примем положение фиксатора, соответствующее свободному состоянию пружины. На фиксатор действуют сила упругости пружины Сх, направленная в сторону восстановления свободного состояния пружины, сила трения +F, направленная против скорости фиксатора (—х), и сила инерции.
Уравнение движения фиксатора:
С*Х " |  F ^прив1^'
(XIV-40)
При ускорении х фиксатора тангенциальное ускорение тех точек фиксируемой детали, которые лежат на расстоянии от оси, равно х tg а, а ее х tg а угловое ускорение е	.
Окружная сила инерции, приложенная к фиксатору,
-й- = /xtf-a-.	(XIV-41)
?.	*Ф R*
:	Сила инерций фиксируемой детали с учетом трения, приведенная к фикса-
тору,
J^[tg(a + (p)_i_M.	(XIV-42)
Приведенная масса движущихся частей (фиксатора и фиксируемой детали)
тпрвв = т1 + [tg (« Н- <₽) 4- Hnpb	(XIV-43)
Приведенная сила трения
F=^[tg(a + (p) + M.	(XIV-44)
Л.ф
Продолжительность перемещения фиксатора на длину S = х0 — х
* = arccos (1 - -p^F ) ’	(XIV-45)
где Po —сила упругости пружины, соответствующая ее деформации х0; х0 — наибольшая деформация пружины.
При проектировании механизма двойной фиксации необходимо так подобрать его основные параметры, чтобы, обеспечив требуемое движение, прижать в момент окончания фиксации барабан к фиксирующему рычагу и опорным поверхностям корпуса с достаточно большой силой и тем создать натяг системы.
В работе механизма фиксации имеются следующие этапы: подвод рычагов; фиксация шпиндельного блока барабана; освобождение фиксации шпиндельного блока; отвод рычагов. Структура механизма обеспечивает требуемые
углы поворота рычагов при их подводе чительна) и получение больших сил для прижима барабана при его фиксации.
Основными параметрами для расчета механизма являются наибольшая сила Рпр (рис. XIV-28), приложенная через упругое звено, длина рычагов /1Э Z2, /3 и их относительное расположение и сила Q3, приложенная к барабану [21].
Положение механизма, соответствующее зафиксированному барабану, определяется одним из следующих параметров: углом а или р наклона рычагов (или величиной излома коленно-рычажного механизма — расстоянием от оси шарнира В до касательной, проведенной из оси шарнира А к поверхности барабана), запасом хода запирающего рычага (разностью 'между суммой
и отводе (величина этих углов зна-1^7
Рис. XIV-28. Расчетная схема привода запирающего рычага механизма фиксации шпиндельного блока
длин /2 и /3 и расстоянием АС), Это положение механизма и соотношение между размерами рычагов должны быть выбраны так, чтобы получить при фиксации достаточно большую силу прижима барабана.
Конечное положение шпиндельного барабана после поворота до начала фиксации не является строго постоянным. Следует учесть, что запирающий рычаг должен после поворота барабана повернуть его на некоторый угол в обратном направлении до упора замка в фиксирующий рычаг. При этом нужно, чтобы в момент ввода запирающего рычага в замок его рабочая поверхность была приподнята на заданную величину относительно положения, соответствующего зафиксированному положению барабана.
Определим соотношение между силой Р, приложенной к ведущему звену АВ рычажного механизма, и силой Q3, приложенной к барабану при фиксации (рис. XIV-28, а). Учитывая силы трения в шарнирах А и В (рл и рв— радиусы кругов трения в шарнирах А и В), трение в контакте С запирающего рычага с замком барабана в данном расчете учитывать не будем. При малой величине расстояния от точки контакта С до наружной поверхности замка и при обеспечении условий для свободного поворота рычага относительно замка трение в контакте С может быть малым.
Для определения сил рассмотрим последовательно равновесие звеньев АВ и ВС. Строим план сил звена АВ (рис. XIV-28) в виде треугольника со сторонами Р, RAB и RBC. Из этого треугольника по теореме синусов
г>	Р cos У1_____
вс sin (а + р +	+ <р2) *
Затем строим план сил звена ВС в виде треугольника со сторонами RBC> Rc и Qs и находим силу Q3. Коэффициент усиления привода запирающего рычага
в __ Фз ___ Q& h.
Кз — ~р — —р 7~ • fnp г' 1.2
Тогда отношение сил Q3 и Р при фиксации с учетом трения в шарнирах будет (рис. XIV-28, б)
Сз   IS  cos (Р ~Г Ф2) cos Ф1	Г VIV Л ПА
“ -k -  (XIV’46)
При расфиксации или уменьшении натяжения упругого звена направление силового потока становится противоположным и соответственно изменяются знаки углов трения, тогда
-% = k” = ..,C°S(^T-(P":>COS(P1 v •	(XIV-47)
Р	sm (а 4- ₽ — q>i — <р2)	'	’
Когда (а + §) = (<pt + <р2), k” — 00
— привод самотормозящийся, т. е. при уменьшении xDnp величина Q3 не изменяется. При отсутствии сил трения в шарнирах
+И 	(X1V48)
К. п. д. привода запирающего рычага при фиксации
П =	(XIV-49)
«-0
По мере уменьшения угла а к. п. д. привода падает и соответственно все более резко отличаются между собой коэффициенты k' и k". Как показали измерения, коэффициент усиления привода запирающего рычага механизма 454
Рис. XIV-29. Расчетные схемы механизмов фиксации с различным расположением рычагов
фиксации автомата IA240-6 k3 — 2,9 — 4. Большие значения k3 соответствуют большим силам jPnp натяжения упругого звена в связи с выпрямлением коленно-рычажного механизма. Среднему значению k3 3,5 соответствует коэффициент трения в шарнирах 0,15, принятый при расчете углов и <р2.
Существенное значение для работы механизма фиксации имеет расположение рычагов. Результирующая радиальных сил резания Ррез может иметь различное направление. Наименее благоприятным для фиксации барабана будет направление силы Ррез вверх или горизонтальное. В случае вертикального расположения рычагов (рис. XIV-29, а) горизонтальная сила Ррез вызывает силу
Qi - Ppe3ctg6,	(XIV-50)
где 6 — угол наклона к вертикали реакции ложи блока.
В случае наклонного расположения рычага (рис. XIV-29, б) и действия той же горизонтальной силы Ррез сила, воспринимаемая рычагами,
Qi =	,	(XIV-5 1)
вез sm (6 4- ё)
где
£ — угол наклона рычага к вертикали.
Во втором случае (рис. XIV-29, б) на рычаги действует сила, в $in
раз меньшая, чем в первом случае. Например, при 6 = 30° и = 30° сила
уменьшится в 1,73 раза.
При наклонном расположении рычагов, если результирующая сила резания Ррез направлена вверх, возрастают силы, воспринимаемые рычагами, в раз по сравнению с силами, соответствующими вертикальному расположению рычагов. При % = 30° возрастание будет в 1,15 раза, но такое
увеличение несущественно, поскольку в этом случае сила веса барабана направлена в сторону, противоположную действию силы Ррез. Наклонное расположение рычагов выгодно при малом значении угла б. В предельном случае, когда 6 = 0, и при вертикальном расположении рычагов восприятие горизонтальной силы Ррез возможно только за счет сил трения барабана
о ложе, полученных вследствие предварительного натяга рычагов.
Для лучшего восприятия горизонтальных нагрузок, перпендикулярных к оси барабана, целесообразно фиксирующие рычаги располагать наклонно, а дугу ложа в блоке выполнять возможно большей (например, 170°). Наклонное расположение рычагов, показанное на рис. XIV-29, б сплошными ли-
ниями, выгоднее, чем показанное штриховыми линиями, так как в первом случае плечо фиксирующего рычага относительно оси барабана будет больше,
Рис. XIV-3 0. Схема работы поворотно-фиксирующих механизмов автомата New Britain: а — механизм фиксации; б — механизм поворота; в — механизм подъема шпиндельного блока
и поэтому большей будет и точность фиксации углового положения барабана. Важнейшим средством повышения жесткости и точности фиксации положения поворотных устройств является уравновешивание сил, действующих в запирающем и фиксирующем рычагах. Этого можно достигнуть уменьшением сил трения барабана о ложе блока, например, применением разгрузочного устройства в виде упруго подвешенных роликов, на которые барабан опирается в период поворота и фиксации. Подробно расчет механизмов фиксации приведен в литературе [21 ].
В многопозиционных автоматах процесс перевода закрепленных на поворотном устройстве деталей из одной рабочей позиции в другую осуществляется при четкой координации работы механизмов поворота и фиксации, к которым в современных машинах часто добавляется и механизм подъема шпиндельного блока. В качестве примера на рис. XIV-30 показана схема работы поворотно-фиксирующих механизмов шестишпиндельного автомата New Britain фирмы Amtec France (Франция). Точность позиционирования достигается обработкой фиксаторных гнезд с допуском до 2,5 мкм. Долговечность механизма обеспечивается благодаря наличию механизма подъема шпиндельного блока, который перед началом поворота приподнимает блок на бронзовой пяте над постоянными опорами, которые не изнашиваются и сохраняют первоначальную точность позиционирования.
Механизм двойной фиксации (рис. XIV-30, а), как указано выше, имеет два рычага — запирающий 1 и фиксирующий 2, управляемые от единого кулачка через рычажную систему с силовым замыканием посредством пружин. Сначала приводится в действие запирающий рычаг, затем фиксирующий, которые выводятся из гнезд и освобождают блок. В этот момент меха-456
низм подъема (рис. XIV-30, в) приподнимает, блок над постоянной опорой, а ролик подводки мальтийского креста (рис. XIV-30, б) входит в паз креста под углом 90°, чем обеспечивается плавность и безударность работы. Мальтийский крест поворачивается на часть оборота, а шпиндельный блок — на х/в часть благодаря промежуточной зубчатой паре с передаточным отношением 1 : 1,5. Поворотный механизм отрегулирован так, что блок поворачивается чуть дальше положения, где он должен'быть зафиксирован, после чего в гнезда входят запирающий и фиксирующий рычаги механизма фиксации. Запирающий рычаг благодаря сложному движению доводит блок до базовой поверхности фиксирующего рычага, обеспечивая их контактирование и силовое замыкание без относительного движения и износа. Шпиндельный блок опускается на постоянные опоры и прижимается к ним обоими рычагами механизма фиксации. Цикл работы поворотно-фиксирующих механизмов заканчивается, начинается обработка на всех позициях, кроме загрузочной, где происходит разжим, подача и зажим*заготовки.
Глава XV
КОМПОНОВКА АВТОМАТОВ
§ 1. ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА КОМПОНОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ
Понятие компоновки, т. е. составления из отдельных элементов единого целого, в применении к автоматам содержит вопросы выбора направления геометрической оси, взаимного расположения основных механизмов рабочих и холостых ходов, механизмов привода, управления и т. д. Для автоматических линий это понятие включает, кроме того, вопросы взаимного расположения станков, потоков, планировки участков и линий в целом.
Автоматы и автоматические линии не только различного, но и одинакового технологического назначения весьма разнообразны и по пространственной компоновке. Однако в каждом случае компоновка должна быть результатом инженерного анализа конкретных условий, она должна быть оптимальной, т. е. способствовать выполнению функционального процесса, возложенного на оборудование с максимальной производительностью. Приступая к проектированию автомата или автоматической линии, конструктор должен ясно представлять факторы, объективно влияющие на компоновку, уметь оценивать и сопоставлять их между собой, так как в большинстве случаев эти факторы находятся в противоречии и необходимо найти оптимальное решение.
К сожалению, при решении задач компоновки конструкторы иногда полагаются на опыт и на интуицию, не делая должного анализа. При этом недооценка возможностей современных технических средств и следование старым традициям приводит к тому, что в автоматической машине даже с высокой надежностью конструкторы предусматривают значительные дополнительные площади для рабочих мест, органы ручного управления механизмами машин, многочисленные места регулировок, смены инструментов, деталей и узлов машин. В этом случае нерациональная компоновка снижает эффективность автоматизации и ведет к недоиспользованию производственной площади. Следует помнить, что задача оптимальной компоновки должна решаться с позиций определенного момента времени.
Динамический характер прогресса техники и изменение взаимоотношений человека со средствами производства обязывают с течением времени по-новому подходить к вопросам компоновки оборудования, даже если целевое назначение машины не изменяется. Если при машинном производстве человек непосредственно связан с орудиями труда, то с развитием автоматизации роль человека постепенно сводится к контролю за работой управляющих устройств. Теперь, выражаясь словами К. Маркса, рабочий «становится рядом с процессом производства, вместо того, чтобы быть его главным агентом», т. е. центр тяжести в человеческой деятельности переносится с труда физического на труд умственный.
Непосредственная связь человека с машиной в автоматизированном производстве осуществляется лишь во время наладок, переналадок, смены режущего инструмента и ремонта оборудования. Частота и общее время такой связи зависят от совершенства конструкции автомата, его надежности, 458
стойкости режущего инструмента, уровня организации труда и других факторов, прогрессирующих с течением времени. Из этого следует, что при компоновке автоматических машин антропометрические, физиологические и психологические особенности человека следует учитывать лишь в той мере, в какой человек связан с машиной в функциональном процессе.
Уровень автоматизации уже в настоящее время позволяет снять многие ограничения, ранее наложенные на компоновку машин, с тем, чтобы она в большей мере способствовала решению задач повышения производительности машин и экономии производственной площади. Актуальность этих задач вызвана несоответствием, которое существует между ростом объема выпускаемой продукции и прогрессом технологии производства этой продукции.
Темпы роста объема продукции намного опережают прогресс технологии, в результате чего мы вынуждены расширять производство, создавая иногда десятки заводов с одним и тем же целевым назначением.
Очевидно, что увеличение выпуска продукции с единицы площади позволило бы иметь большие производственные мощности в рамках одного предприятия, что по многим известным причинам снижает себестоимость продукции.
Таким образом, рациональная компоновка с точки зрения технологического процесса способствует повышению производительности машин, а компоновка с точки зрения экономии производственной площади увеличивает производительность с единицы площади, что при всех прочих равных условиях обеспечивает повышение производительности общественного труда и снижение себестоимости продукции. Рассмотренные факторы являются общими и действуют постоянно, хотя значимость их изменяется со временем.
В конкретном случае решение вопросов компоновки начинается после разработки технологии детали (для специального автомата) или деталей (для специализированного или универсального автомата), определения вида машины, выбора числа позиций. Технология определяет число переходов, требуемое при обработке, а значит, вид и количество инструментов, режимы резания, вид и количество стружки, способ охлаждения, структуру и потребную мощность привода главного движения и привода подач и т. д.
Вид машины определяется после принятия принципа агрегатирования, что означает, будет ли автомат последовательного, параллельного или смешанного действия. При выборе числа позиций решается вопрос, какое число позиций будет оптимально в рассматриваемом автомате. Определение принципа агрегатирования и выбор числа позиций решается методом инженерного расчета, который приводится в гл. V.
Принятый технологический процесс и количество позиций определяют в качестве исходных данных необходимый комплект механизмов рабочих и холостых ходов привода, управления и т. д.
§ 2. ВЫБОР ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОСИ
При всем многообразии видов машин в них можно найти один или несколько элементов, вокруг которых компонуются основные целевые механизмы. Главная ось этих элементов и будет геометрической осью машины.
Компоновка всех универсальных станков сложилась исторически и является оптимальной для системы человек—машина. Однако, если исключить из этой системы человека, что возможно, если возложить его функции на машину, т. е. автоматизировать станок, появляется еще много вариантов компоновки, при которых будет обеспечено выполнение того же технологического процесса с лучшими технико-экономическими показателями.
Автоматизация станков расширяет возможности при выборе главной оси машины, но при решении этого вопроса необходимо анализировать и сопоставлять ряд объективно действующих факторов.
1.	Занимаемая автоматом площадь. Автоматы с вертикальной главной осью занимают площадь меньшую, чем автрматы с той же схемой обработки, но горизонтальным расположением главной оси (рис. XV-1), поэтому, с точки зрения занимаемой площади, всегда предпочтительнее вертикальная ось.
2.	Удобство загрузки заготовок и удаление готовых деталей. Заготовки, обрабатываемые на автоматах, можно разделить на непрерывные и штучные. Непрерывные заготовки — это прутки различного профиля, проволока, лента, свернутые в бухту. Штучные заготовки — это отливки, поковки, штамповки, предварительно механически обработанные заготовки и т. д.
При непрерывной заготовке наиболее выгодна компоновка с горизонтальным расположением шпинделя, а значит и с горизонтальной главной осью, так как это облегчает заправку прутка. При наклонной или вертикальной компоновках автомат занимает меньшую площадь, при этом, однако, загрузка прутков усложняется и для ее выполнения автомат необходимо снабжать лестницей (рис. XV-2), а в случае обслуживания участка вертикальных автоматов строить в цехе антресоли.
При обработке штучных заготовок автоматы и полуавтоматы также могут иметь как вертикальное, так и горизонтальное расположение главной оси. При обработке деталей типа валов рациональным' как при ручной, так и при автоматической загрузке является горизонтальное расположение главной оси, ибо хранение и транспортирование деталей типа валов производятся в горизонтальном их положении. Переориентация заготовок требует сложных загрузочных устройств, при ручной загрузке это (при некоторых длинах заготовок) просто неудобно.
При загрузке автоматов или’ полуавтоматов штучными заготовками типа колец, шкивов, дисков и т. д. автоматы выгоднее делать с горизонтальной главной осью, а полуавтоматы при ручной загрузке— с вертикальной. Однако в некоторых случаях другие причины являются более значимыми.
3.	Удобство наладки автомата. Металлорежущее оборудование объективно требует особенно частой наладки, подналадки, регулировки, замены отдельных деталей и т. д. Рациональной следует считать компоновку автомата, при которой механизмы располагаются на одном уровне и при этом
а)	5)
рис- XV-1. Вертикальный {а) и горизонтальный {6} много -шпиндельные прутковые автоматы
Рис. XV’2. Вертикальный много-шпиндельный прутковый автомах фирмы Tovannes (Швейцария)
находятся в «удобной зоне», соответствующей 1000—1600 мм от уровня пола или площадки, на которой стоит человек. Если автоматы многопозиционные, то этому условию более соответствуют 'автоматы с вертикальной главной осью. Для однопозиционных автоматов положение главной оси на удобство наладки существенного влияния не оказывает.
4.	Удобство удаления стружки и других отходов. По этому критерию, как правило, более рациональны автоматы с горизонтальной главной осью, потому что стружка, а также охлаждающая жидкость легче удаляются из зоны обработки и попадают непосредственно в корыто или на транспортер.
При вертикальной компоновке автомата стружка застревает на шпинделях, на плоскости поворотного стола, поэтому требуются специальные устройства, чтобы защитить от стружки опоры шпинделя и другие механизмы.
На рис. XV-3 показано, как решила проблему отвода стружки фирма Tovannes (Швейцария) в шестишпиндельном токарном автомате Giromatic. Для этой цели пришлось несколько увеличить размеры станка и тем самым свести к минимуму те преимущества, которые дает вертикальная компоновка. При этом качество отвода стружки нельзя считать наилучшим; стружка при движении к транспортеру проходит большой путь, что увеличивает вероятность ее застревания в станке. Однако нельзя исключать, что для некоторых схем обработки могут быть созданы благоприятные условия отвода стружки именно при вертикальной компоновке автомата. Таким примером может служить многошпиндельный автомат попутного точения КА-350 (рис. XV-4). В этом автомате резцы закрепляются в секторах, расположенных по эквидистанте к траектории движения шпинделей (их круговой подаче). Кинематика автомата весьма проста (кинематическая цепь привода одного шпинделя на рис. Х-19 выделена). Опоры шпинделей расположены выше зоны резания, и стружка не испытывает препятствий для попадания в поддон автомата, откуда она затем транспортируется на цеховой конвейер. Как видно, прогрессивная схема резания приводит к пересмотру установившегося мнения о преимуществах горизонтальной компоновки для отвода стружки.
Когда количество стружки незначительно, условия отвода стружки на выбор положения главной оси автомата влияния не оказывают.
5.	Требование жесткости автомата и прочности заготовок. В ряде случаев предъявляются повышенные требования к жесткости автомата. Это бывает связано со значительными силами резания при обработке, а значит, и с возможностью отжатий за пределами, лимитируемыми точностью обработки, или возникающими вибрациями автомата. Чем ниже центр тяжести автомата, тем он более устойчив, тем меньше он подвержен деформациям от внешних сил и вибрациям при работе.

Однако при сравнении жесткости вертикального и горизонтального многошпиндельных полуавтоматов предпочтение следует отдать вертикальному полуавтомату. Как правило, автоматы и полуавтоматы, предназначенные для тяжелых работ, имеют вертикальную главную ось, например, полуавтомат 1К282 (см. рис. Х-18).
Для автоматов и полуавтоматов, предназначенных не для металлорежущих работ, на положение оси автомата часто оказывает влияние оптимальное, положение оси заготовки при ее обработке, которое, в свою очередь, зависит от прочности заготовки. Так, в автоматах электровакуумного производства, имеющих стеклянные заготовки в виде длинных трубок, колб, условия прочности, особенно при повороте карусели, могут быть обеспечены только при наличии вертикальной геометрической оси.
6.	Возможность использования унифицированных узлов. Любой современный автомат или полуавтомат имеет значительное количество унифицированных деталей и механизмов.
Тенденция к проектированию и производству автоматов с использованием по возможности максимального количества типовых деталей и узлов и минимального количества оригинальных деталей и узлов прочно вошла в практику станкостроения и дает возможность быстро и с минимальными затратами осваивать выпуск новых моделей. Унифицированные узлы дешевле, надежнее в эксплуатации, чем оригинальные. Поэтому, решая задачу компоновки автомата, нельзя не учитывать возможность использования наибольшего количества унифицированных узлов и деталей и выбор главной оси автомата должен способствовать этому условию. Следует, однако, учесть, что это условие имеет различную значимость во времени, так как унификация получает в последнее время самое широкое развитие. Иногда эта задача решается даже в рамках одного производства.
В настоящее время можно сказать, что с преобладанием унифицированных узлов пока изготовляют полуавтоматы для обработки заготовок диаметром до 150 мм, т. е. преимущество унификации имеют только отдельные полуавтоматы. При этом существует тенденция: полуавтоматы из условия унификации для обработки заготовок диаметром менее 200 мм делать горизонтальными, а диаметром более 200 мм— вертикальными.
f' Кроме перечисленных выше факторов существенное значение при компоновке автомата могут иметь безопасность и удобство обслуживания рабочего места. Конструкция должна обеспечить легкую доступность к местам креплений и регулирования рабочих органов, безопасность при управлении и регулировках, легкую обозримость рабочих позиций, удобство подхода и осмотра обрабатываемых заготовок, возможности быстрой смены износившихся деталей. Все это находится в прямой зависимости с внецикловыми потерями и, следовательно, с рентабельностью применения машины на производстве.
Конструктор должен в стадии технического предложения и эскизного проекта проанализировать все возможные варианты расположения геометрической оси и принять вариант, оптимально удовлетворяющий рассмотренным факторам и являющийся, таким образом, наиболее рентабельным.
Чтобы нагляднее представить последовательность этапов выбора положения геометрической оси и компоновочной схемы автоматов и полуавтоматов, рассмотрим несколько примеров.
Токарные многошпиндельные автоматы могут быть выполнены как с горизонтальной, так и с вертикальной осью. Рассмотрим, с точки зрения указанных критериев, достоинства и недостатки обоих компоновочных вариантов. По критерию занимаемой площади, очевидно, предпочтение следует отдать вертикальному положению геометрической оси автомата. Однако из условия удобства загрузки заготовок, учитывая, что используются непрерывные заготовки в виде прутка, оптимальным будет горизонтальное положение геометрической оси. Вертикальная компоновка, как уже говорилось выше,
потребует специальных лестниц, антресолей и т. д. Рассматривая критерий удобства, наладки автомата, следует также отдать предпочтение горизонтальной компоновке. При вертикальном положении оси автомата рабочему пришлось бы при наладке работать с поднятыми руками, отсюда быстрая утомляемость и снижение качества наладки. Из условия удобства отвода стружки следует также принять горизонтальную компоновку. Жесткость конструкции в данном случае будет выше при горизонтальной компоновке, а жесткость и прочность заготовок не будут влиять на компоновку.
Как можно видеть из анализа, почти по всем критериям предпочтение отдается горизонтальной компоновке. Единственный критерий — экономия площади, который является положительным при вертикальной компоновке, должен быть достаточно эффективным, чтобы повлиять на выбор положения оси.
В СССР строятся только горизонтальные автоматы, так как наиболее важными у нас являются факторы удобства загрузки, наладки, т. е. факторы, связанные с облегчением и охраной труда человека. В капиталистических странах, где властвует закон максимальной прибыли, заставляющий экономить площадь в ущерб обеспечению нормальных условий труда, зачастую строят автоматы с вертикальной компоновкой.
Среди токарных полуавтоматов, как и в первом примере, по критерию площади предпочтительна вертикальная компоновка, хотя выигрыш теперь менее значителен, так как нет прутковой заготовки. Загрузка штучными заготовками также более удобна при вертикальной компоновке.
У полуавтоматов появляется возможность скомпоновать весь привод и шпиндели в нижней части станины и заготовку недевают или вставляют в шпиндель движением сверху вниз, что является удобным при ручной загрузке. Удобство наладки может быть в равной мере обеспечено как при вертикальной компоновке, так и при горизонтальной, необходимо лишь расположить регулируемые элементы в зоне досягаемости. Отвод стружки при обработке стальных заготовок, как и в первом примере, будет лучше у горизонтальных полуавтоматов. Однако, когда обрабатываются чугунные заголовки, отвод стружки при вертикальной компоновке не будет также являться основной трудностью.
Для полуавтоматов, как было сказано в анализе факторов, влияющих на выбор главной оси, предпочтительнее из условия жесткости вертикальная компоновка. Прочность заготовки влияния на компоновку не окажет.
’Преимущества унификации скажутся в том случае, если есть базовая модель, с которой можно унифицировать многие узлы (автоматы и полуавтоматы многоцелевого назначения). Для заготовок малого диаметра (до 200 мм), как сказано выше, строятся только горизонтальные автоматы, с которыми полуавтоматы могут быть унифицированы на 70—80% (в полуавтомате будет отсутствовать прутковая головка, зажимной механизм, появятся дополнительные механизмы выключения шпинделя в загрузочной позиции, некоторые дополнительные блокировки). Преимущества унификации делают более целесообразным строить токарные полуавтоматы для заготовок малых диаметров с горизонтальным расположением оси на базе соответствующих автоматов (1240, 1265, 1290). Полуавтоматы для заготовок диаметром более 80 мм унифицировать не с чем, и на первый план выступают другие факторы, которые обусловливают их вертикальную компоновку (1282, 1284, 1286). Они унифицированы между собой как единая гамма типоразмеров.
§ з. компоновка ОДНОШПИНДЕЛЬНЫХ АВТОМАТОВ
Принцип компоновки различных автоматов лучше всего проследить на основе анализа их исторического развития. Такой анализ можно провести для любой из технологических групп станков.
MiMiiiiiiaMW»wi
Развитие компоновки токарных автоматов на основе анализа их технологической структуры рассмотрено подробно в литературе [33 L Анализ современных автоматов показывает, что даже при одинаковых структурных вариантах возможно большое количество компоновочных вариантов.
Например, автоматы АЕН 250/315 (рис. XV-5) фирмы Gildemeister (ФРГ) и Minaut-25 (рис. XV-6) фирмы Mincanti (Италия) одинаковы по технологической структуре: каждый из них имеет револьверную головку с горизонтальной осью вращения и по два поперечных суппорта. Предназначены автоматы для обработки подобных деталей либо из прутковых, либо из штучных заготовок. Однако в автомате АЕН 250/315 револьверная головка закреплена на валу с опорами в передней и задней стойке, кроме того, задняя стойка и передняя бабка образуют рамную систему. В силу этого жесткость автомата высока и полностью обеспечивает предъявляемые к нему требования по точности. Задняя стойка используется для размещения в ней системы управления продольным перемещением револьверной головки.
В автомате Minaut-25 револьверная головка закреплена консольно. На первый взгляд может показаться, что конструкция значительно уступает по жесткости ранее описанной. Однако увеличение диаметра вала револьверной головки и соответствующее решение вопроса жесткости опор делает конструкцию достаточно жесткой, чтобы обеспечить требуемую точность обработки. Очевидно, что новая компоновка должна давать определенные преимущества, делающие ее рентабельной. К ним необходимо отнести компактность конструкции: сосредоточение механизмов управления в одном месте, уменьшение занимаемой площади. Обеспечено также удобство уборки стружки, уменьшен вес автомата. Удобство загрузки, по-видимому, не изменилось.
На рис. XV-7 показан токарно-револьверный полуавтомат 1416. Жесткость конструкции револьверной головки достигнута путем установки над шпинделем скалки, которая поочередно входит во втулки, имеющиеся на каждой из четырех граней револьверной головки. Полуавтомат имеет два поперечных суппорта и обеспечивает автоматическое управление циклом, скоростями и подачами; допускают многостаночное обслуживание. Обеспечено удобство удаления стружки, все органы управления сосредоточены вблизи рабочей зоны.
Развитие станков с программным управлением ведет к качественному изменению принципов компоновки одношпиндельных токарно-револьверных автоматов и полуавтоматов. На рис. XV-8 показан патронный токарный полуавтомат МА1750ПУ новой конструкции с ЦПУ. В станке использован элек-трогидравлический шаговый привод. На полуавтомате можно обрабатывать детали любой сложной формы диаметром до 500 мм. Компоновка, станка с расположением направляющих в вертикальной плоскости обеспечивает отвод стружки в корыто станка без помощи оператора. Суппорт оснащен шестипозиционным автоматическим резцедержателем, что позволяет применять в процессе обработки все необходимые режущие инструменты. Главный привод станка, состоящий из коробки скоростей на электромагнитных многодисковых фрикционных муфтах и шпиндельной бабки, обеспечивает автоматическое переключение скоростей в широком диапазоне по заданной программе. Зажим детали механизирован. Опытная обработка штампов сложного профиля, имеющих форму тел вращения, дала увеличение производительности в 10 раз по сравнению с существующим процессом обработки штампов на универсальных токарных станках. Станок и система ЧПУ созданы ЭНИМСом и изготовлены на опытном заводе «Станкоконструкция», инструментальные наладки разработаны и изготовлены во ВНИИ.
Рис. XV-7. Токарио-револьверный полуавтомат 14 16
Рис. XV-8. Патронный токарный полуавтомат МА1750ПУ Рис. XV-9. Токарный полуавтомат SPL-16 с программным управлением
Рис. XV-10. Вертикальный прецизионный полу» автомат 66
В Советском Союзе проведены большие работы по определению областей рационального применения Копировальной и многорезцовой обработки. На основе этих работ и обобщения опыта эксплуатации токарных полуавтоматов в промышленности, исследования влияния конструктивных элементов станков на точность обработки и др. созданы многорезцово-копировальные полуавтоматы новой компоновки с автоматическим изменением режимов резания и многорезцовые полуавтоматы новой компоновки с более широкими технологическими возможностями.
В последнее время широкое распространение получило развитие группы горизонтальных токарных автоматов и полуавтоматов фронтального исполнения. Предназначаются они для токарной обработки деталей типа фланцев, зубчатых колес, колец и т. д.
На рис. XV-9 показан токарный
полуавтомат SPL-16 (ЧССР). По сравнению с традиционной компоновкой токарных горизонтальных автоматов такая компоновка является прогрессивной и имеет ряд преимуществ. Сохраняя ряд положительных качеств горизонтальной компоновки (высокая жесткость, хороший отвод стружки, возможность встраивания в линию), полуавтомат компактен, занимает малую площадь, удобен в наладке и обслуживании, что более присуще автоматам с вертикальной компоновкой.
Фронтальная компоновка явилась оптимальной и для токарного полуавтомата ЕТ-50 (см. рис. IX-24).
Полуавтомат создан на новом принципе токарной обработки, получившем название «попутное точение». По своей кинематике и конструктивному исполнению станок значительно проще обычных моделей токарных станков. В нем нет таких конструктивных элементов, характерных для токарных станков, как длинные станины с призматическими направляющими, суппорты с поворотными устройствами, ' перемещающиеся возвратно-поступательно, задние бабки и других многочисленных подвижных соединений, которые приводят к усложнению конструкции, снижению ее жесткости, точности и производительности.
Одной из тенденций развития компоновочных форм современных автоматов является учет требований технической эстетики, что приводит иногда к созданию конструкций, внешне совершенно отличных от традиционных форм автоматов. Это можно иллюстрировать рис. XV-10, где показан вертикальный прецизионный токарно-расточной полуавтомат 66 фирмы Amtec France (Франция). Конструктивно-компоновочными отличиями станка является жесткая станина, безлюфтовая конструкция массивного суппорта с вертикальными и горизонтальными салазками, управляемого от кулачков, удобное удаление стружки. Все приводные механизмы скомпонованы сверху. Прецизионные шпиндели с максимальным биением 0,6 мкм приводятся во вращение от клиноременной передачи.
Новым типом станков-автоматов, появившимся в последние годьц являются многоцелевые станки с программным управлением и автоматической сменой инструмента. Компоновки станков (рис. XV-11) выполняются по типу

Рис. XV-11. Компоновка станков с автоматической сменой инструментов:
а =- с револьверной головкой; б — с магазином инструментов; 1 — по типу сверлильных [Toyama (Япония) и Avey (США)]; 2 — по типу консольно-фрезерных [Bohle (ФРГ) и Kearney Trecker (США)]; 3 — по типу бесконсольно-фрезерных [Heller (ФРГ) и Giddingslewis (США)]; 4 — по типу продольнофрезерных [Wadkin (Англия) и Hellyes (США)]; 5 — по типу расточных [Avey (США) и Wotan (ФРГ)];
б' — гю типу агрегатных [GSP (Франция) и Burkhardt Weber (ФРГ)]
вертикально-сверлильных, консольно-фрезерных, бесконсольно- и продольнофрезерных, расточных и агрегатных с различными типами устройств для смены инструментов.
Конструкции устройств для смены инструментов также весьма разнообразны (рис. XV-12): револьверные головки с шестью—восемью инструментами; магазины со сменными шпиндельными гильзами с 20—32 инструментами; магазины револьверного типа с инструментами, вставленными в оправки; магазины, расположенные на столе станка и требующие при смене инструментов позиционирования; магазины, расположенные на шпиндельных бабках, станинах, стойках, и вне станка с различными промежуточными устройствами для подготовки, транспортировки, загрузки и разгрузки инструментов; сдвоенные инструментальные магазины (для двухшпиндельных бабок), у которых один шпиндель используется для легких, а другой — для тяжелых инструментов и т. д.
Многие станки оборудованы встроенными или накладными поворотными столами для кантования деталей и автоматическими устройствами для смены столов с деталями; установка последних производится в процессе работы 468
станка, что сокращает время смены деталей до 12 с. Предусматривается автоматическое изменение режимов резания при замене инструментов. Программа движений и позиционирования узлов, смены инструментов и деталей, изменения режимов резания и т. д. записывается на общем программоносителе (в основном на перфолентах). Число управляемых по программе координатных движений достигает шести. Некоторые станки оборудуются двумя считывающими устройствами для сокращения времени переналадки на другую деталь.
Технико-экономические преимущества станков с автоматической сменой инструментов, в основном, сводятся к следующему:
а)на них можно выполнять разные операции за одну установку детали (преимущества программного управления наиболее полно используются при соединении простых операций в одну сложную программу обработки);
б)	значительно повышается производительность в результате повышения удельного веса машинного времени с 30—40 до 65—70%;
в)	повышается точность и исключается межоперационный контроль;
г)	значительно улучшаются организация и условия работы;
д)	сокращаются затраты на приспособления для установки и закрепления деталей;
е)	сокращаются производственный цикл, межоперационные запасы деталей, а также необходимая производственная площадь.
Применение станков с автоматической сменой инструментов в мелкосерийном производстве оказывается рентабельным, несмотря на высокую их стоимость. Так, использование станков такого типа одной из станкостроительных фирм Англии при обработке средних и крупных корпусных деталей фрезерных станков обеспечило рост производительности в 5 раз. Основными предпосылками появления станков с автоматической сменой инструментов послужили общее повышение требований к мобильности производства в машиностроении и необходимость автоматизации мелкосерийного производства. Благоприятными обстоятельствами явились отработка систем и накопление опыта эксплуатации станков с программным управлением.
Рис. XV» 12. Станки с инструментальными магазинами различных исполнений:
а — в виде двенадцатипозиционной головки с оправками [Olivetti (Италия)]; б — с 32 шпинделями с инструментами (Fosdick (США)]; в — расположенный на столе станка [Marwin (Англия)]; г — с 15 инструментами на шпиндельной бабке [Edlund-Monarebi (США)]; д — для магазина с 54 инструментами для загрузки двух шпинделей [GSP (Франция)]; е — в виде револьверной шестишпиндельной головки □ сочетании с магазином на 23 инструмента [Heller (ФРГ)]; ж — магазин на 35 инструментов, расположенный сзади станка, откуда инструменты загружаются в шпиндель посредством манипуляторов [Cincinnati (США)]; з — цепной магазин-конвейер на 57 — 103 инструмента [Kearney Trecker (США)]
Таким образом очевидно, что появление станков с автоматической сме-. ной инструментов является не только результатом усовершенствования их конструкций и систем программного управления» а одним из общих перепек? тивных направлений развития металлорежущих станков.
§ 4. КОМПОНОВКА
МНОГОШПИНДЕЛЬНЫХ АВТОМАТОВ
Одним из основных недостатков револьверных автоматов и полуавтоматов является крайне низкая степень концентрации операций, так как исключается одновременная работа всех инструментов, установленных на револьверной головке.
Так, по схеме компоновки, показанной на рис. XV-13, а, после каждого рабочего хода револьверная головка должна осуществить холостой ход— отвод, поворот и подвод, лишь после чего может совершиться рабочий ход следующего инструмента. Таким образом, в револьверных станках в рабочем цикле суммируется время не только на рабочие операции, но и на холостые. Если против каждого инструмента револьверной головки поместить рабочий шпиндель с заготовкой, то при каждом рабочем ходе револьверной головки все инструменты будут работать одновременно, и время цикла обработки одной детали будет равно времени обработки в одной позиции. Однако такая компоновка будет сложна и нерациональна, так как для каждой позиции потребуется свой комплект поперечных суппортов и свои механизмы питания.
Сообщив всей системе револьверной головки и рабочих шпинделей станка одинаковое вращение вокруг оси головки в противоположную сторону, мы сохраним последовательность выполнения операций, но при этом принципиально изменится компоновка станка. Револьверная головка превратится в продольный суппорт с одной степенью подвижности, а шпиндели кроме вращения вокруг собственной оси, получив дополнительное движение поворота вокруг оси револьверной головки (рис. XV-13, б), превратятся в шпиндельный блок.
С появлением многошпиндельных автоматов последовательного действия начался новый качественный скачок в развитии станкостроения: появилась возможность развития принципа концентрации операций в одной машине, создания многопозиционных полуавтоматов, а в дальнейшем и многопозиционных агрегатных станков и автоматических линий.
При компоновке многопозиционных станков последовательного агрегатирования особую важность приобретают вопросы точности. В револьверных автоматах требования точности сводятся к тому, чтобы все инструменты, попадая в рабочую позицию, оказались соосными с единственным рабочим шпинделем (деталью). Для этого достаточно обеспечить точность и жесткость фиксации револьверной головки и не обязательно особо точное расположен
Рис. XV-13. Компоновочные схемы револьверных и многошпиндельных автоматов:
а токарно-револьверный автомат; б — многошпиндельный автомат последовательного действия
ние гнезд на ней, так как для достижения соосности шпинделя и гнезд по инструменту достаточно окончательно расточить гнезда непосредственно на данном станке, укрепив расточной инструмент на рабочем шпинделе.
В многошпиндельных автоматах последовательного действия обеспечение соосности инструментов и шпинделей затрудняется, так как при любом повороте шпиндельного блока оси всех инструментов должны совпадать с осями шпинделей, т. е. необходимо не только обеспечить точность одинакового расположения всех шпинделей и гнезд
Рис. XV-14. Компоновка суппортов много шпиндельного автомата
инструментов, но и одинаковое точное расположение гнезд для фиксирования шпиндельного блока после каждого его поворота. Кроме того, после фиксации шпиндельного блока последний все же в пределах зазоров ходовой посадки сохраняет подвижность, вследствие чего при одновременной работе большого количества инструментов, действующих различно, возможны нежелательные колебания. По указанным причинам даже при сравнительно точном изготовлении блоков многошпиндельных автоматов точность обработки на них ниже, чем на одношпиндельных.
Основными компоновочными принципами современных многошпиндельных автоматов является наличие траверсы, связывающей левую и правую стойки в единую рамную конструкцию, и центрального продольного суппорта, который монтируется на круглой направляющей и обслуживает все рабочие позиции. Поперечные суппорты компонуются веерообразно, каждый обслуживает одну рабочую позицию. Движения передаются от кулачков распределительного вала через рычажные системы (рис. XV-14). Такая схема явилась итогом многолетнего развития и совершенствования рациональных форм, которые обеспечивали бы выполнение постоянно растущих требований к жесткости и долговечности конструкции. Она сложилась в середине 30-х годов и реализована впервые в автоматах типа Gridlay.
Всесторонний анализ конструкций многошпиндельных автоматов позволил автору предложить в 1938 г. новую конструкцию автоматов типа ГАШ-6 для тяжелых и точных работ [31 ]. Наряду с использованием лучших конструктивных форм существующих автоматов (жесткая рамная система, центральный суппорте круглой направляющей, верхняя траверса, служащая базой для распределительного вала с механизмами) в этом автомате впервые конструктивно была разрешена проблема точности и жесткости фиксирования шпиндельного блока после его поворота. Круглая направляющая продольного суппорта использована как вал для поворотов шпиндельного блока. Мальтийский крест сравнительно небольших размеров, скомпонованный в приводной коробке, через две пары зубчатых колес передает движение на круглую направляющую, выполненную за одно целое со шпиндельным блоком, что устраняет необходимость в зубчатых венцах и мальтийских крестах больших размеров.
Шпиндельный блок во время поворота покоится на двух опорах — на заднем пояске блока и на конце круглой направляющей и может легко поворачиваться. На переднем конце блока предусмотрен специальный фиксирующий конус, входящий в конусное гнездо передней бабки. По завершении поворота шпиндельного блока с помощью, специального затяжного домкратного устройства круглая направляющая вместе с блоком подтягивается так, что конус блока центрируется и жестко фиксируется в корпусе передней бабки, составляя с ней как бы одно целое. Сила затягивания блока более 15 000 кге (150 кН), что позволяет работать с высокими режимами резания
Рис. XV-15. Компоновка шести шпиндель него токарного автомата фирмы Gildemeister (ФРГ)
и большим количеством инструментов. Перед поворотом шпиндельный блок освобождается от затяжки и выталкивается из гнезда, после чего поворачивается и легко фиксируется. Для компенсации износа задней опоры блока она сделана разрезной и допускает натяг снизу вверх к неизнашиваемой части опоры. Передняя же конусная опора не изнашивается и служит для точного центрирования блока и жесткого его крепления. Центральный суппорт автомата, в отличие от других, имеет верхний раздельный привод, не допускающий заклинивания и обеспечивающий свободный сход стружки.
Эти конструктивно-компоновочные принципы являются основными в современных конструкциях многошпиндельных автоматов как отечественных, так и зарубежных.
На рис. XV-15 показан конструктивный разрез многошпиндельного автомата фирмы Gildemeister (ФРГ). Автомат имеет портальную конструкцию, распределительный вал расположен сверху, в траверсе, что дает удобство наладки и удаления стружки. Часть распределительного вала, где смонтированы постоянные кулачки механизмов холостых ходов (подъема, поворота и фиксации шпиндельного блока, подачи и зажима прутка), может при переналадке отключаться специальной муфтой. Центральный продольный суппорт перемещается от верхнего кулачка через специальную ползушку, поворот блока осуществляется мальтийским механизмом, привод шпинделей ~ от центрального вала через центральное колесо и сателлиты.
Наши станкостроительные заводы, в первую очередь Московский станкостроительный завод им. С. Орджоникидзе, Киевский завод станков-автоматов им. Горького и Ленинградский завод станков-автоматов, освоили выпуск целого ряда новых базовых моделей автоматов (1225, 1240, 1265, 1290 и т. д.). Все эти станки воплотили в себе лучшие, передовые тенденции мирового авто-матостроения и обеспечивают высокую производительность и точность обработки благодаря жесткой портальной конструкции, распределительному валу с верхним расположением и центральному продольному суппорту, облег-472
чающему сход стружки, мощным поперечным суппортам, позволяющим производить любые виды поперечной обработки, бескулачковой наладке привода центрального суппорта и механизма подачи прутка. Отечественные многошпиндельные автоматы занимают одно из первых мест в мире по производительности, они позволяют осуществлять скоростное резание.
Многошпиндельные автоматы допускают ряд модификаций и для обработки штучных заготовок. Наиболее простая модификация — это магазинные автоматы, снабженные механизмом для подачи и съема заготовки. Следующая модификация предусматривает обработку более сложных и крупных деталей, требующих предварительной остановки шпинделя в позиции заправки, — это полуавтоматы. Компоновка последних, хотя и осуществляется на базе автоматов, имеет принципиальные особенности. Конструкция шпинделей полуавтоматов предусматривает не только установку патронов (механических, гидравлических, пневматических или электромеханических), но и остановку их в позиции загрузки.
Существуют конструкции привода шпинделей, позволяющие останавливать их с помощью кулачковой муфты, многодисковой фрикционной муфты, кулачковой муфты с синхронизацией для больших оборотов цепи. Все эти варианты привода имеют тот же недостаток, что и варианты привода многошпиндельных прутковых автоматов, так как не позволяют применять различные скорости вращения шпинделей для каждой рабочей позиции.
В этом отношении замечательны вертикальные многошпиндельные полуавтоматы типа 1К282, в которых для каждой позиции имеется возможность индивидуальной настройки как скорости вращения шпинделей, так и подач суппортов (см. рис. Х-18). Компоновку этих станков следует считать наиболее рациональной.
По принципиально иному пути велась компоновка полуавтоматов для обработки деталей без вращения. Детали закрепляются в патронах револьверной головки и подаются одновременно к шпинделям, несущим инструменты. Благодаря такому принципу обработки деталь за один уставов обрабатывается в нескольких позициях.
§ 5. КОМПОНОВКА СТАНКОВ
ИЗ НОРМАЛИЗОВАННЫХ УЗЛОВ
Одним из основных путей коренного совершенствования производственных процессов в современном машиностроении является высокая концентрация операций, ведущая к резкому повышению производительности труда. Поиск оптимального решения этой задачи привел к созданию многопозиционных станков с автоматическим и полуавтоматическим циклом работы, собранных из нормализованных узлов. Такие станки получили название агрегатных.
Агрегатные станки в начале своего развития предназначались лишь для массового производства со стабильной продукцией. Дальнейшее развитие принципа использования нормализованных узлов приводит к тому, что агрегатные станки становятся рентабельными в серийном и мелкосерийном производствах.
Для серийного производства можно изготовлять специальные станки и автоматы. Проектирование и изготовление специальных станков требует значительных затрат времени. При внесении в конструкцию обрабатываемых деталей изменений или замене объекта производства специальные станки уже не могут быть использованы в производственном процессе и практически должны быть сданы в лом.
Переналаживаемые агрегатные станки являются одним из средств решения этой проблемы производства. Их широкому внедрению способствует и развитие группового метода обработки, однако в этом случае агрегатный станок проектируется с учетом обработки всех деталей, входящих в группу.
8 5
Рис. XV-16. Основные узлы различных агрегатных станков с силовыми головками с выдвижной пинолью:
1 — силовой стол;*^ — силовая головка; 3 — обрабатываемая деталь; 4 — вертикальная станина арочного типа; 5 — приспособление; 6 — прямая проставочная плита; 7 — круглая станина; 8 — поворотный делительный стол; 9 — многошпиндельная насадка; 10 — односторонняя станина; 11 — двусторонняя станина; 12 — вертикальная станина; 13 — угловая проставочная плита
Рис. XV-17. Схемы компоновки агрегатных станков с силовыми головками с выдвижной пинолью: а — односторонний горизонтальный станок; б — вертикальный станок; в — станок с горизонтальной и вертикальной силовыми головками; г — двусторонний горизонтальный станок; д —• трехсторонний горизонтальный станок; е — станок с двумя вертикальными силовыми головками; ж — станок с двумя вертикальными и двумя горизонтальными силовыми головками; з — станок с семью силовыми головками, из которых две установлены вертикально; и—станок с четырьмя вертикальными силовыми головками; к станок с восемью горизонтальными силовыми головками; л — станок с семью силовыми головками, из которых одна установлена вертикально
Таким образом, в современном станкостроении существует два основных направления развития агрегатных станков.
1. Развитие специальных агрегатных станков, имеющих высокую степень концентрации операций, являющихся, как правило, сложными и дорогими станками и предназначающихся для массового производства.
2. Развитие переналаживаемых агрегатных станков с меньшей степенью концентрации операций, более простых и дешевых по сравнению со специальными и предназначающихся для серийного и мелкосерийного производства.
Можно выделить несколько главных преимуществ, которыми обладают агрегатные станки при их внедрении и эксплуатации, по сравнению с обычными станками и автоматами:
а)	сокращение сроков и стоимости проектирования, так как проектно-конструкторские работы сводятся к разработке общей компоновки станка, зажимных приспособлений, системы управления и некоторых других элементов;
б)	сокращение сроков и стоимости изготовления станка, так как в основном станки монтируются из серийно изготовляемы?; узлов;
в)	повышение надежности станка и сокращение сроков его освоения, так как станок монтируется из узлов, прошедших проверку эксплуатацией;
г)	рентабельность использования сложных узлов, так как эти узлы могут применяться повторно до полного использования их срока службы;
д)	сравнительная легкость встраивания их в автоматическую линию.
Компоновку агрегатных станков целесообразно рассмотреть, разделив их на две основные группы, связанные с размерами станков: малые агрегатные станки для обработки небольших деталей с наибольшей мощностью электродвигателя силовых головок до 1,7 кВт и агрегатные станки средних и больших размеров для обработки крупногабаритных деталей с наибольшей мощностью электродвигателя силовых головок до 28 кВт.
Малые агрегатные станки компонуются из самодействующих механических силовых головок с выдвижной пинолью, станин, поворотных делительных столов, приводных салазок, фрезерных, расточных и других узлов. Малые агрегатные станки можно компоновать с различным взаимным расположением обрабатываемых деталей и силовых головок. Головки на станках можно устанавливать в горизонтальном, вертикальном и наклонном поло-
рис. XV-18. Компоновка двустороннего агрегатного станка со стационарными фрезерными бабками:
1 — фрезерные бабки; 2 — приспособление; 3 силовой стол; 4 — станина; 5 — салазки
Рис. XV-19. Компоновка одностороннего станка со стационарным приспособлением:
1 — подставка; 2 — гидропривод;
3 — салазки; 4 — силовой стол;
5 — фрезерная бабка; 6 — приспособление
Рис. XV-20. Компоновка многопозиционного агрегатного станка с центральной колонной:
1 — приспособление; 2 — направляющая; 3 — силовая головка; 4 — центральная колонна; <5 — боковая станина; 6 —- основание; 7 — поворотный стод
жениях. По циклам работы и методам построения технологических процессов обработки деталей малые агрегатные станки подразделяются на одно-позиционные и многопозиционные.
На однопозиционных станках несколькими силовыми головками произ-водится одновременная обработка одной детали, закрепляемой в стационарном приспособлении. По окончании обработки готовая деталь снимается и устанавливается новая.
На более производительных многопозиционных станках производится одновременная обработка нескольких деталей, а время их снятия и установки совмещено с машинным временем. В станках этого типа детали зажимаются в приспособлениях, смонтированных на поворотном делительном столе, а силовые головки с рабочими инструментами установлены вокруг поворотного стола. Однопозиционные и многопозиционные станки могут быть снабжены автоматическими загрузочными устройствами, что значительно повышает их производительность.
Основные узлы малых агрегатных станков с силовыми головками с выдвижной пинолью приведены на рис. XV-16. Примерные (типовые) схемы различных вариантов компоновки малых агрегатных станков показаны на рис. XV-17.
Агрегатные станки средних и больших размеров компонуются в основном из самодействующих и несамодействующих гидравлических силовых головок с перемещаемым корпусом, гидравлических и механических силовых столов, фрезерных и расточных бабок, горизонтальных и вертикальных станин, оснований, поворотных делительных столов, электромеханических ключей и других нормализованных узлов.
Односторонние и двусторонние горизонтальные агрегатные станки строятся на базе самодействующих силовых головок или силовых столов с бабками, салазки которых закрепляются на станине. На той же станине устанавливается стационарное приспособление для обработки одной детали или приспособление барабанного типа для одновременой обработки нескольких деталей. По такой же схеме могут компоноваться также трех- и четырехсторонние станки. В этих случаях станины для удобства обработки делаются составными, т. е. к основной станине крепятся дополнительные станины — подставки.
При некоторых расточных и других аналогичных операциях, когда подвод и отвод инструмента производится без вращения шпинделей, применяются несамодействующие силовые головки или силовые столы с бабками, на шпиндельных коробках которых монтируются механизмы точного оста-476
нова и фиксации шпинделей. Можно также компоновать станки с применением стационарных силовых бабок с инструментом. В данном случае в процессе обработки перемещается деталь, закрепленная в приспособлении на силовом столе. Агрегатные станки такой компоновки применяются для выполнения некоторых фрезерных операций (рис. XV-18). Существуют и другие варианты компоновки агрегатных станков с фрезерными бабками, установленными на силовых столах (рис. XV-19).
На рис. XV-20 показана схема компоновки высокопроизводительного агрегатного станка с центральной колонной, где комплект нормализованных узлов значительно шире (агрегатные силовые головки с направляющими, поворотный стол с приводом, колонна с базовыми гранями/боковые станины, а также аппаратура управления).
3
Автоматические линии, цехи и заводы
Глава XVI
ТИПЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
§ 1. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Автоматические линии различного технологического назначения в настоящее время применяются не только в машиностроении, приборостроении, но и в химической, легкой, пищевой и других отраслях промышленности. Почти 100 лет потребовалось на то,«чтобы автоматы и полуавтоматы стали широко применяться в промышленности. Автоматические линии проделали тот же путь менее, чем за 30 лет. Первая автоматическая линия в СССР была создана И. П. Иночкиным в 1939 г. на Сталинградском тракторном заводе. Сведения о создании первых автоматических линий за рубежом относятся к тому же периоду. Всего в народном хозяйстве СССР работает несколько тысяч автоматических линий различного технологического назначения. Внедрение автоматических линий в различные отрасли производства способствует росту производительности труда, увеличению выпуска и повышению качества продукции, улучшению условий труда рабочих и т. д.
В машиностроении уже в 1968 г. обрабатывалось на автоматических линиях 90 % блоков цилиндров, 80 % головок блока, 60 % коленчатих валов, 60 % картеров задних мостов и 40 % типов массовых подшипников.
Несмотря на то, что в станочном парке страны автоматические линии составляют только 1,25% общего количества действующего оборудования, темп нарастания выпуска автоматических линий в СССР в 3—4 раза превышает средний уровень нарастания выпуска всего станочного парка в целом.
За последние десятилетия автоматические линии не только увеличились в количественном отношении, но изменились качественно. Сейчас на автоматических линиях может производиться комплексная обработка, включая операции сборки и контроля. Увеличивается концентрация операций, появляются автоматические цехи и заводы.
Задачи комплексной механизации и автоматизации потребовали создания автоматических линий не только специализированного производства изделий устоявшейся конструкции, но и переналаживаемых линий, предназначенных для обработки широкого диапазона деталей.
Если учесть, что темпы расширения станочного парка опережают прирост трудоспособности населения, то увеличивающийся станочный парк будет все труднее обеспечить необходимым количеством рабочих. Поэтому создание высокопроизводительных автоматических линий с высокой надежностью в работе, которые обеспечивают рост производительности труда (X > 1) и экономию рабочей силы (s > 1), диктуется острой необходимостью.
Физический объем продукции станкостроения возрастает медленнее, чем ее стоимость. Так, в результате увеличения типоразмеров выпускаемых станков, перехода к производству более сложных и более производительных станков и автоматических линий и т. д. за 1966—1967 гг. количество выпущенных станков возросло на 8,3%, а стоимость этих станков — на 23,8%.
По мере увеличения объема производства затраты труда и средств на обслуживание из года в год возрастают, причем наиболее высокими темпами растет численность рабочих, обслуживающих постоянно увеличивающийся парк машин, механизмов и оборудования. Так, в 1965 г. по сравнению с 1948 г. численность слесарей-ремонтников возросла в 3,6 раза; наладчиков, настройщиков автоматов и станков — в 3,4 раза, электромонтеров —-в 3,1 раза. Автоматизация производства значительно изменяет и структуру состава рабочих. Например, на машиностроительных заводах число рабочих-операторов сокращается с 80—85 до 20—25 %, а удельный вес наладчиков возрастает с 5—6 до 40 %, электромонтеров с 1—2 до 8—10%, слесарей-ремонтников — с 5 до 25 %.
Таким образом, комплексная автоматизация является необходимой и насущной задачей технического прогресса на современном этапе. Задача создания сложных автоматизированных систем с минимальным участием человека технически уже разрешима. Однако следует иметь в виду, что это решение возможно только при всемерном совершенствовании станкостроительного производства (производства средств производства), что позволит резко повысить производительность оборудования и тем самым окупить неизбежные затраты на автоматизацию. Иначе стремление сократить ручной труд при обслуживании машин приведет лишь к перераспределению рабочей силы, а не к ее экономии.
Существует несколько критериев классификации автоматических линий: по способу питания, конфигурации обрабатываемых деталей, характеру выполняемых на линии операций, по способу транспортирования деталей, по сложности структурных схем линий и т. д.
По возможности переналадки все линии можно разделить на две категории.
1. Непереналаживаемые и труднопереналаживаемые автоматические линии: из унифицированного оборудования; из универсального типового оборудования; из специального и специализированного оборудования.
2. Переналаживаемые линии: из унифицированного оборудования; из универсального оборудования; из станков с программным управлением.
В настоящей главе рассмотрены главным образом автоматические линии из агрегатных, универсальных и специальных станков, где уже сложились оптимальные конструктивно-компоновочные решения, накоплен значительный опыт конструирования и эксплуатации. Автоматические линии с программным управлением, существующие пока в опытных экземплярах, решают, как правило, задачи комплексной автоматизации и рассмотрены в гл. XX.
§ 2. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
ИЗ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
Автоматические линии из агрегатных станков компонуются из нормализованных элементов как станочных (силовыеголовки, приспособления для зажима и фиксации деталей, базовые узлы, привод и управление), так и меж-480
станочных (шаговые транспортеры, поворотные столы, кантователи, команде-аппараты, накопители заделов и т. д.).
Так как основные силовые узлы (агрегатные головки) обеспечивают инструменту и главное движение, и подачу, линии из агрегатных станков строятся для обработки деталей, неподвижных при обработке, в первую очередь корпусных. Наиболее типовые операции — фрезерование, сверление, растачивание, нарезание резьбы.
Автоматические линии из агрегатных станков обладают многими преимуществами по сравнению с линиями, созданными из специального, уникального оборудования.
Применение унифицированных механизмов, узлов и отдельных деталей позволяет значительно сократить их стоимость. Если цена специального токарного многошпиндельного автомата достигает 60—80 тыс. руб., то средняя стоимость двустороннего агрегатного станка, несущего до 40—50 инструментов, составляет около 15 тыс. руб., т. е. унификация позволяет снизить стоимость оборудования в несколько раз.
Вторым важнейшим преимуществом автоматических линий из унифицированных элементов является сокращение сроков их проектирования и освоения, так как подавляющее большинство механизмов не проектируется, а лишь компонуется. Наконец, немаловажным фактором является высокая надежность унифицированных конструкций, что обеспечивается их массовым выпуском в течение ряда лет, а следовательно, возможностью постоянного совершенствования с учетом эксплуатационного опыта.
Первые автоматические линии из агрегатных станков создавались только для корпусных деталей с хорошей устойчивостью по базовым поверхностям, что позволяло перемещать их транспортерами от одного приспособления к другому. Сейчас большое применение получили линии для обработки малоустойчивых деталей, которые на загрузочной позиции закрепляются на приспособлениях-спутниках и вместе с ними перемещаются из позиции в позицию. На каждой рабочей позиции спутник фиксируется и зажимается. Линии с приспособлениями-спутниками кроме основного шагового транспортера имеют транспортер возврата спутников в загрузочную позицию.
На автоматических линиях из агрегатных станков в основном обрабатываются относительно крупные и сложные корпусные детали, где необходимо обработать большое количество различных поверхностей, связанных между собой точными размерами. Так, допуски на размеры между осями ряда точных отверстий достигают ±0,3 мм, между осями крепежных отверстий ±0,1 мм, между обрабатываемыми плоскостями ±0,1 мм и т. д.
В качестве примера типовой линии из агрегатных станков рассмотрим линию 1Л85, предназначенную для механической обработки картера коробки передач грузового автомобиля ЗИЛ-130 (рис. XVI-1). Линия создана МСКБ АЛ и АС и Московским станкостроительным заводом им. С. Орджоникидзе и эксплуатируется на ЗИЛе. Линия выполнена по принципу параллельно-последовательного агрегатирования и состоит из двух участков, разделенных магазином-накопителем. Первый участок состоит из двух параллельных однотипных технологических потоков, второй включает три параллельных потока.
Заготовкой картера является точная отливка, форма и размеры которой весьма близки к форме и размерам готовой детали (рис. XVI-2). Материал заготовки —'чугун СЧ 18-36. На линию заготовка поступает с обработанной базовой плоскостью, двумя отверстиями в базовой плоскости для фиксаторов и двумя технологическими платиками. После обработки базовых поверхностей на поточной линии рабочий ставит заготовки на специальный загрузочный стол, откуда они автоматически при нажатии оператором кнопки на пульте забираются транспортерами и подаются на вход двух параллельных технологических потоков первого участка (см. рис. XVI-1) автомати-
16 Г. А. Шаумян	481
Рис. XV1-1. Схема планировки линии картера коробки передач:
I — XVI — рабочие и контрольные позиции; 1 — поперечные транспортеры;
2 — поворотные столы; 3 накопитель; 4 » транспортеры-заталкиватели
ческой линии
Каждый технологический поток первого участка автоматической линии включает 10 агрегатных станков, которые объединены шаговыми транспортерами. Между станками V и VI установлен поворотный стол, так как картер обрабатывается с четырех сторон.
Технологический процесс обработки картера включает фрезерование, сверление, нарезание резьбы, растачивание йт. д. На станке 7, где установлены левая и правая головки (см. рис. XVI-1), производится черновое фрезерование торцов (рис. XVI-2) в размер 372 мм. Фрезерование осуществляется наборными фрезами с вертикальной подачей. Картер закрепляется по базовой плоскости в коробчатом одноместном приспособлении с гидравлическим зажимом. На* станок II картер подается шаговым транспортером в специальное приспособление с гидравлическим зажимом, установленное на подвижном столе станка. На этой позиции фрезеруются наклонные плоскости под крышки и шесть бобышек под болты крепления рычагов управления. Картер фрезеруется при продольном перемещении стола относительно неподвижных головок.
На станке III обрабатываются одновременно два картера, которые устанавливаются в двухместном приспособлении с гидравлическим зажимом. Головки станка III сверлят и снимают фаски в сквозных отверстиях под резьбу для фланцев крепления коробки передач к картеру сцепления. Одно из отверстий диаметром 8,5 мм сверлится на глубину 17 мм, одновременно снимается фаска 60Q.
На станке IV головки нарезают в просверленных отверстиях резьбу М10. При движении головок к картеру контролируется глубина отверстий под резьбу. Для контроля применяются специальные приборы со щупами, установленными на боковой стороне резьбонарезных головок.
На станке V обрабатывается один торец: сверление сквозного отверстия диаметром 27 мм под втулку паразитного колеса; сверление сквозного отверстия под штифт; зенкерование двух резьбовых отверстий под штифты. Затем картер подается на поворотный стол, где поворачивается на 90°, и далее перемещается на станок VI, где силовые головки сверлят и зенкеруют отверстия под болты для крепления рычагов управления. Кроме того, правая головка станка VI цекует два платика и сверлит сквозное отверстие для заливки масла.
Далее на станке VII нарезается резьба в четырех отверстиях. На станке VIII сверлятся шесть отверстий диаметром 8,5 мм и снимаются в них фаски, а на станке IX нарезается резьба М10 в этих отверстиях.
На станке X сверлится сквозное отверстие для слива масла и нарезается в нем резьба.
На станках VI—X картер обрабатывается в специальных приспособлениях с установкой на базовую плоскость. Фиксация и зажим во всех при-
Рис. XV Ь2. Обрабатываемая деталь — картер коробки передач автомобиля ЗИЛ ИЗ и
'Мел анизмы		Время в секунда* 5	10	15 20 25 30 35	50 55	50	55	60	65 70 75 8 0 85	90	95										
Зажим и фиксация						ж						
Транспортер							й					
Поворотный стол												
Станок 1	Головка правая						ЖН	II	Ш i				
	Головка левая						Z	1	ti: :			i	
Станок]!, голодка правая							И | щ 11.	it			1		lllllll		
Стано'к ш	Головка правая											
	Головка левая							liinilllllHIIIIIIIlIlllllO				
Станок /7	Головка правая						//	§				
	Головка левая						%					
Станок У- головка правая							™i]W 1 1					
Зажим и фиксация						$	в					
Транспортер												
Станок YL	Головка правая											
	Головка левая											
Станок И	Головка правая											
	Головка левая											
Станок	Головка правая							1	J... lie				
	Головка левая											
Станок	Головка правая											
	Головка левая							1	1				
Станок X головка левая								1 Illi II III II				
Рис. XV 1“3. Циклограмма работы первого участка автоматической линии
способлениях производятся при помощи устройств, действующих от гидро-приврда.
Рабочий цикл первого участка линии (станки I—X) осуществляется в следующей последовательности. После окончания обработки на станках I—V обрабатываемые заготовки разжимаются и перемещаются шаговым транспортером на следующие позиции. Картер со станка V поступает на поворотный стол, а на станок I поступает новая заготовка. После фиксации и зажима заготовок начинается обработка. Шаговый транспортер возвращается в исходное положение, и стол поворачивается на 90°. К этому времени станки VI— X заканчивают работу, происходит разжим и перемещение заготовок на следующие позиции. Картер с поворотного стола поступает на станок VI, а картер со станка X поступает на промежуточные позиции, а затем на поперечный транспортер, который передает их либо на поперечные транспортеры второго участка — секции автоматической линии, либо в накопитель. Циклограмма работы первого участка линии приведена на рис. XVI-3.
Как видно, лимитирующей операцией на участке до поворотного стола является фрезерование на станке IL Время цикла на этой операции составляет 98 с, что больше максимального времени цикла на других операциях почти на 15 с. Это приводит к задержке работы оборудования линии и значительному снижению ее производительности тем более, что правая головка станка II вынуждена начинать обработку детали с запозданием на 5 с по сравнению с другими головками, так как деталь должна сниматься с основного транспортера и подаваться на позицию только после отхода транспортера назад. Отход же транспортера в исходное положение возможен только после зажима заготовок, так как иначе собачки транспортера могут при движении перекосить деталь.
Второй участок автоматической линии (станки XI—XVI) включает три параллельных потока, на которых производятся одинаковые техноло-484
“гйчёские операции. Перемещение заготовок с поперечного транспортера к станкам второго участка линии осуществляется продольным шаговым транспортером с собачками. С продольных транспортеров на станки XI—XIII картеры передаются в приспособления специальными поперечными загрузочными устройствами, перемещение которых осуществляется гидроцилиндрами. На станке XI производится черновое растачивание двух отверстий диаметром 107 мм, двух отверстий диаметром 87 и 89 мм, сверление одного отверстия и зенкерование отверстия в торцах картера.
Отверстия растачиваются головками, оснащенными пластинками твердого сплава. Далее картер передается на станок XII, на котором производится получистовое растачивание и снятие фасок в двух отверстиях диаметром 109 мм, в двух отверстиях диаметром 89,2 и 71,3 мм, зенкерование отверстий в торцах картера. Растачивание производится резцами, оснащенными пластинками твердого сплава. Чистовое растачивание двух отверстий диаметром ПО мм и двух отверстий диаметром 90 и 72 мм, а также развертывание двух отверстий в торцах картера осуществляется на станке XIII. Растачивание производится резцами, оснащенными пластинками твердого сплава.
После обработки на станке XIII детали шаговым транспортером подаются на поворотный стол и поворачиваются на 90° в горизонтальной плоскости. С поворотного стола они передаются на установку для продувки калиброванных отверстий (XIV). После очистки картеры передаются на автомат XV, где производится раскатка отверстий диаметром ПО и 90 мм роликами.
После контроля отверстий картер поступает на станок XVI, на котором фрезеруются плоскости двух люков, расположенных на стенках картера. Картер устанавливается в специальном приспособлении, причем за базу принимаются отверстия для основных осей. Зажим картера в приспособлении, установленном на столе станка^ производится от гидроцилиндров.
После окончания обработки детали передаются на поперечные разгрузочные транспортеры, которые перемещают их на разгрузочную позицию. С этой позиции оператор вручную переносит картеры на рольганг.
Уборка стружки на автоматической линии производится ленточными транспортерами, расположенными под шаговыми транспортерами потоков. С продольных ленточных транспортеров стружка поступает на поперечный скребковый транспортер и далее — в тару.
Аппаратура управления автоматической линии расположена в шкафах и пультах управления, которые имеются в каждом потоке. Каждый поток линии может работать в автоматическом или наладочном режиме. Выбор режима работы осуществляется переключателями на пульте управления потоком. Команда «Пуск электродвигателей» и «Пуск линий» может быть подана с центрального пульта управления на всю линию и с пультов управления потоков на данный поток. Все потоки линии управляются командоаппара-тами. Условием для начала работы каждого потока является наличие детали в начале потока и отсутствие ее в конце потока. На каждом потоке линии контролируется ритм времени. При нарушении этого ритма по какой-либо причине данный поток отключается. Отыскание повреждений в цепях управления линии производится искателем, который установлен на пульте управления потока. На каждом потоке линии контролируется давление зажима при обработке деталей. В случае падения давления автоматически происходит отвод головок в исходное положение.
Большая продолжительность цикла первого участка линии происходит из-за несоответствия циклов работы в потоках первого и второго участков. Заготовки в накопитель поступают лишь в том случае, когда команда «Зажим» подана на всех потоках второго участка автоматической линии. При команде «Разжим» только в одном из потоков второго участка линии детали остаются стоять на распределительном устройстве, и это ведет к простоям потоков первого участка линии, если на них кончился цикл обработки заго-
Рис. XV 1-4. Планировка участка линии поворотного кулака:
I—20 — номера позиций; 1 — позиция загрузки; 2 — позиция зажима; 3—19 — позиции обработки; 20 — позиция передачи на транспортер возврата; 21 — агрегат мойки и сушки; 22 транспортер возврата спутников
товок. Наладчики стремятся устранить это следующим образом: снимают вручную деталь с реле поперечного транспортера и ставят ее около линии на пол, тогда обработанная деталь с первого участка поступает в накопитель. Транспортер накопителя отдает деталь в питатель второго участка только в том случае, когда на всех потоках второго участка подана команда «Разжим», а на потоках — первого участка — команда «Зажим».
В качестве типовой линии из агрегатных станков зарубежного производства рассмотрим линию поворотного кулака фирмы Heller (ФРГ). Поворотный кулак — сложная по форме деталь, обрабатываемая по хвостовику, изнутри и с торцов. В деталь запрессованы в ориентированном положении бронзовые втулки. Имеется много резьбовых мест, масса поковки 17 кг.
Полная механическая обработка поворотного кулака происходит на сложной автоматической линии, состоящей из трех последовательных участков. На первом участке линий производится токарная и шлифовальная обработка оси хвостовика, в дальнейшем эти поверхности являются базовыми. Между участками детали передаются посредством конвейеров, которые используются и для накопления.
После окончательного шлифования и фрезерования фланцев детали обрабатываются на двух участках, сблокированных из агрегатных станков. Детали обрабатываются в спутниках с базированием по хвостовику с опорой на две фрезерованные плоскости фланца и с фиксацией штифтом по одному отверстию от проворота. Зажимной самотормозящий механизм, расположенный внутри спутника, работает в масляной ванне. Зажим производится автоматически электрическим ключом с тарированным и легкорегулируемым крутящим моментом. На каждой позиции спутник фиксируется двумя фиксаторами и зажимается гидравлическими прижимами с силой 4000 кгс (40 кН). При транспортировке вдоль линии все спутники одновременно перемещаются поворотными флажками, укрепленными на продольной штанге. Штанга получает возвратно-поступательное движение от гидравлического цилиндра, находящегося в начале линии.
Планировка одного из потоков последнего участка показана на рис. XVI-4. В линию встроены два поворотных стола, на которых деталь закрепляется и подвергается обработке, и пресс для запрессовки втулки, причем одновременно запрессовываются четыре втулки.
- Транспортер возврата спутников расположен сверху и сбоку от главного транспортера и соединен с ним подъемниками. Приводы обоих подъемников и транспортера возврата спутников цепные, от двухскоростных электродвигателей. ' ’
Агрегатные гидравлические головки линии отличны по конструкции от головок отечественного производства. В головке фирмы Heller имеется 486
один гидроцилиндр, а гидробак и система управления вынесены отдельно и являются общими для группы головок.
Каждый участок обслуживается одним рабочим, который загружает и разгружает детали в начале линии. Управление осуществляется электро-гидравлической системой с главного пульта при помощи кнопок и сигнальных ламп. Правильность зажима деталей, положение спутников и рабочих головок контролируется концевыми выключателями. Гидростанции вынесены из станков, каждая из них обслуживает несколько рабочих позиций.
Электрическое управление работает на постоянном токе напряжением 24 В. Многожильные^ кабели заключены в гибкие металлические шланги и в пластмассовые чехлы. Присоединение производится быстро при помощи многоштифтовых штепсельных соединений. Контрольные и сигнальные лампы работают при напряжении 5,5 В. Вдоль участка проходит аварийный трос, который можно легко достать для остановки линии с любого места при обслуживании.
После окончания обработки спутники с закрепленными деталями цепным конвейером подаются на транспортер возврата спутников с верхним расположением, а оттуда через второй цепной конвейер — к позиции зажима — разжима.
Таким образом, по характеру технологического процесса и компоновке линия поворотного кулака аналогична линиям отечественного производства, одинаковыми являются структура рабочего цикла и номенклатура типовых механизмов (силовые головки, транспортеры, механизмы поворота, зажима, фиксации и т. д.). Однако конструктивные решения значительно отличаются, и это вызывает различия в уровне надежности и других эксплуатационных показателях (см. § 5).
§ 3. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
ИЗ ТИПОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Автоматические линии из типового оборудования создаются на базе поточных линий путем оснащения их механизмами автоматической загрузки и выгрузки деталей (автооператорами), механизмами межстаночной транспортировки (транспортерами, подъемниками, накопителями деталей), системой управления и т. д. Наиболее просто решается задача создания таких линий, если конструкция станков позволяет использовать их как индивидуально, так и для компоновки автоматических линий. В этих случаях автоматические линии могут создаваться в короткие сроки. Если конструкция станка не предусматривает встраивания его в автоматическую линию, приходится станки модернизировать, что увеличивает объем работ, однако затраты при этом намного ниже, чем при проектировании всей линии заново.
Все элементы транспортно-загрузочных систем выполняют по возможности одинаковой конструкции, что сокращает сроки проектирования и снижает стоимость автоматизации. В ряде случаев траспортные системы автоматических линий из универсальных автоматов и полуавтоматов предусматривают принудительное перемещение заготовок между станками. Этот вариант применяется в тех случаях, когда перемещение заготовок под действием собственного веса может привести к потере ориентации, застреванию и т. д., а также тогда, когда поток заготовок необходимо принудительно распределять между различными станками в так называемых групповых автоматических линиях.
Характерной особенностью линий из типового оборудования является сохранение основного оборудования и технологических процессов такими же, как и в поточной линии. Стоимость линии повышается, производительность линии остается примерно на прежнем уровне, отличаясь на 20 % в большую или меньшую сторону. Число обслуживающих рабочих уменьшается, часто рабочие-операторы вообще отсутствуют, их заменяют наладчики, которые выполняют более квалифицированную работу, чем операторы, и поэтому
являются более высокооплачиваемыми. Таким образом, экономическая эффективность автоматизации поточных линий достигается путем увеличения производительности и сокращения фонда заработной платы производственных рабочих.
Повышения производительности линии можно достичь путем сокращен ния холостых ходов и совмещения их между собой. Оператор, который производит вручную загрузку — выгрузку, выполняет все операции последовательно, а при автоматической загрузке часть операций может производиться параллельно и с большей скоростью. Величины других холостых ходов также могут быть уменьшены. Однако появление новых механизмов в линии приводит к тому, что интенсивность отказов повышается за счет двух факторов:
1) новые механизмы сами отказывают в работе, а из-за их отказа вынужден простаивать весь станок;
2) замена оператора механизмами приводит к более частым отказам в работе уже существующих механизмов, так как они были приспособлены для работы с ручным управлением, кроме того, рабочий находился постоянно около станка и оперативно устранял неисправности.
Например, рабочий не станет устанавливать на оправку бракованную заготовку, или предотвратит заклинивание суппорта упавшей деталью. Автооператор не обладает подобной «квалификацией» и будет надевать бракованную заготовку до тех пор, пока не сработает блокировка, следовательно, поток отказов при выполнении тех же операций увеличивается. Увеличение потока отказов ненадежной работы оборудования может привести к снижению производительности по сравнению с ожидаемым уровнем, к увеличению числа обслуживающих рабочих-наладчиков.
Для повышения эффективности заводы часто отказываются от подобных автоматических линий и создают так называемые автоматизированные линии, в которых часть операций совершается механизмами, а часть — вручную, операторами. В настоящее время можно выделить три направления в создании автоматических линий из универсального оборудования.
1)	автоматические линии, создаваемые станкостроительными заводами на базе серийно выпускаемых ими станков;
2)	автоматические линии, создаваемые самими заводами-потребителями;
3)	автоматизированные линии.
Первый тип линий применяется в основном для обработки деталей типа валов. Второй тип линий наиболее распространен в подшипниковой промышленности в силу простоты транспортировки изделий, стабильности выпускаемой продукции, возможности широкого обмена опытом между отдельными заводами, массовости выпуска и т. д. Третий тип линий применяется во всех отраслях производства.
Рис. XVI-5. Типовой технологический процесс обработки ступенчатого вала:
I *= фрезерование и центрование; II и III — черновое обтачивание; IV и V = чи. стовое обтачиванае; VI = прорезание канавок и снятие фасок
48 8
Примером автоматических линий из универсальных автоматов и полуавтоматов, создаваемых станкостроительными заводами, являются автоматические линии типа МРЛ, которые выпускаются московским станкостроительным заводом им. С. Орджоникидзе и предназначены для фрезерно-центровальной и токарной обработки валов с цилиндрическими, коническими и фасонными шейками. Обычно линия состоит из 6—7 станков. На первом из них (фрезерно-центровальном) фрезеруются торцы и сверлятся центровые отверстия. На последующих станках — гидрокопировальных (типа 1712, 1722 и т. д.) производится токарная обработка. На последнем станке линии производится как правило, прорезка канавок и снятие фасок. Типовой технологический процесс приведен на рис. XVI-5.
На рис. XVI-6 показан общий вид автоматической линии МРЛ-58, состоящей из семи станков (/—VII), объединенных единым шаговым транспортером. Задел заготовок создается в загрузочном устройстве 1 цепного типа, что исключает необходимость постоянного присутствия оператора. Под загрузочным устройством смонтирован привод 2 траспортера 4, который перемещает все обрабатываемые детали на один шаг. После окончания обработки на всех станках и отвода инструментов призмы шагового транспортера движутся вверх, при этом снимаются детали с призм промежуточных позиций и подхватываются детали, освобождающиеся на рабочих позициях. Далее происходит ход транспортера вперед и вниз. Детали с рабочих позиций остаются на промежуточных призмах, детали с промежуточных призм попадают в рабочую позицию очередного станка. С последнего станка готовые детали попадают на разгрузочное устройство 5 также цепного типа, под которым смонтирован привод подъема 6 штанг шагового транспортера 4. Стружка из зоны линии убирается шнековым транспортером 3.
Недостаточный объем работ, проводимых станкостроительной промышленностью по выпуску автоматических линий, заставляет машиностроительные заводы с массовым выпуском продукции создавать своими силами автоматические линии на базе соответствующих поточных линий. Наибольшее распространение, как говорилось выше, такие линии получили в подшипниковой промышленности для токарной, шлифовальной и полировальной обработки. Структурная схема групповой автоматической линии из типового оборудования показана на рис. XVI-7.
Линия представляет собой по существу блок автоматических линий, где одновременно обрабатывается несколько типоразмеров колец подшипников. В линии токарной обработки используются обычные многошпиндельные полуавтоматы, оснащенные автооператорами, в линиях шлифовальной обработки — одношпиндельные. Запас заготовок
Рис. XVI-S. Автоматическая линия МРЛ-58
12	3
Рис. XVI-7. Типовая структурная схема групповой автоматической линии из универсального оборудования:
1 — магазины-накопители; 2 — транспортер-распределитель; 3 — станки; 4 — контрольные ПОЗИЦИИ
хранится в бункерах, расположенных в начале линии. После него установлен ряд питателей, которые в соответствии с ритмом обработки каждого типоразмера колец, направляют их через подъемник на магистральный транспортер-распределитель, откуда кольца распределяются по станкам линии. Это распределение производится при помощи наклонных желобов и подъемников, в которых также имеется запас деталей, который позволяет не прерывать работу линии при остановке одного из станков.
Именно по такой схеме были построены в 50-х годах первые групповые автоматические линии подшипниковой промышленности (линии системы В. А. Морозова, Н. М. Князькова, А. А. Сигодзинского и др.).
Опыт эксплуатации линий из типового оборудования показал, что при их создании затраты ручного труда сокращаются не в десятки раз, а не более чем в 2—2,5 раза. Если при этом автоматизация станков приводит к снижению их производительности, что почти неизбежно в линиях из многошпиндельных токарных автоматов, такие автоматические линии не могут быть высокоэффективными. Весьма характерно, что некоторые линии из типового токарного оборудования (линия Н. М. Князькова) после ряда лет эксплуатации были демонтированы. Более перспективным является создание автоматических линий из типового шлифовального оборудования, где автоматизация однопозиционных станков может привести к существенному повышению их производительности благодаря сокращению рабочего цикла. Это можно проиллюстрировать на примере желобошлифовальных автоматов типа ЛЗ-9, предназначенных для встраивания в автоматическую линию. Др автоматизации время ручной загрузки и выгрузки колец составляло около 10 с, кроме того, время ожидания оператора ввиду многостаночного обслуживания — в среднем 7 с. Автооператор меняет кольцо за 4,5 с. В результате автоматизации рабочий цикл сократился с 34 до 27 с, а простои возросли незначительно, так как обеспечена высокая надежность в работе за счет точности размеров заготовок, малого количества стружки, простоты конструкции механизма. Как показали исследования, простои из-за оборудования составили 12,7 % фонда времени автомата ЛЗ-9, из них по вине автооператора— лишь 1,7%. В результате производительность станка при автоматизации повысилась более чем на 20% , а при использовании всех резервов сокращения холостых ходов может быть повышена до 60% .
Таким образом, при автоматизации действующего оборудования необходимо обратить основное внимание на автоматизацию не черновых, а чистовых отделочных операций. При этом вследствие высокой надежности механизмов автоматизации и быстроты их срабатывания производительность оборудования повышается, а сокращение ручного труда операторов почти не сопровождается ростом количества наладчиков, отсюда высокая экономическая эффективность автоматизации.
Опыт создания автоматических линий из типового оборудования показал, что для обеспечения экономического эффекта при создании таких линий 490
необходимо предварительное проведение технико-экономического анализа, цель которого — выяснение конкретных численных значений различных параметров действующего производства и обобщение опыта эксплуатации автоматических линий сходной конструкции и технологического назначения.
Важнейшей проблемой автоматизации типового универсального оборудования является создание типовых универсальных средств автоматизации, прежде всего — механизмов автоматической загрузки и управления рабочим циклом.
§ 4.	АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
ИЗ СПЕЦИАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Автоматические линии из специального оборудования проектируются для обработки определенных деталей, при этом заново прорабатываются технологический процесс, конструкция технологического оборудования, транспортирующих устройств, систем управления и т. д. В большинстве случаев такие линии являются уникальными. Так как технологический процесс обработки проектируется, как правило, специально для данной линии, то линия может обеспечить высокую производительность. Недостатками линий из уникального оборудования являются высокая стоимость и длительные сроки проектирования и освоения, поэтому линии из уникального оборудования эффективны лишь для отраслей производства с массовым выпуском стабильной во времени продукции, например, подшипников.
Отличительной чертой большинства автоматических линий из специального оборудования является охват не только процессов механической обработки, но и сборки, контроля, смазки и упаковки, а нередко — и операции получения заготовок. Часто в таких линиях применяют новые прогрессивные технологические процессы, еще не опробированные в производстве. Это определяет высокие потенциальные возможности производительности, но фактическая производительность, особенно в первые годы эксплуатации, значительно меньше цикловой из-за низкой надежности оборудования в работе, так как часто новые конструктивные и технологические решения нуждаются в длительной доводке.
Первой отечественной разработкой оборудования такого типа в машиностроении является введенный в эксплуатацию в 1951 г. завод по изготовлению автомобильных поршней. Завод представляет собой по современным понятиям небольшой цех, где находятся две параллельно работающие линии.
Комплексные автоматические линии из специального оборудования являются основой для создания более сложных автоматических систем машин — автоматических цехов и заводов. Цехи и заводы-автоматы, которые находят широкое применение, например, в пищевой и химической промышленности, начинают создаваться и в машиностроении, прежде всего в подшипниковой промышленности.
В 1956 г. на 1 ГПЗ вступил в строй автоматический цех, спроектированный СКБ-6 (МСКБ АЛиСС). Цех создан на базе специально спроектированных автоматических машин и агрегатов, в изготовлении которых принимали участие 18 станкостроительных заводов СССР, и включает две линии для производства шариковых и роликовых подшипников.
Весь технологический процесс по изготовлению, контролю и упаковке подшипников полностью автоматизирован. При создании цеха был внедрен ряд новых технологических процессов: термическая обработка холодом, бесцентровое шлифование отверстий, желобов и беговых дорожек, новая технология сборки и др. Автоматический цех имеет 635 единиц оборудования (310 наименований). Общая площадь цеха составляет около 3000 м2.
Применение нового технологического процесса сборки шарикоподшипников, внедрение бесцентрового шлифования всех поверхностей и тонкого шлифования беговых дорожек, максимальное соблюдение принципа един
ства баз, обработка холодом и ряд других новшеств в технологии изготовления и контроля позволили получить подшипники выше запроектированной точности (92—94% выпуска всех подшипников выше нормальной).
Однако длительная эксплуатация цеха показала, что экономические показатели его работы невысоки. Технологические процессы, примененные в цехе, базируются в основном на старых, известных методах обработки, поэтому автоматическое оборудование, несмотря на высокое техническое совершенство, по производительности находится приблизительно на том же уровне, что и оборудование обычных поточных линий. Следовательно, кроме улучшения качества выпускаемых подшипников, источником экономической эффективности линий является лишь сокращение количества рабочих-операторов. Однако оригинальность конструкции большинства автоматов обусловливает невысокую надежность механизмов и устройств линии, что вызывает необходимость иметь значительное количество наладчиков и уменьшает фактическую экономию фонда заработной платы.
Высокая эффективность автоматических линий и цехов из специального оборудования может быть обеспечена только в том случае, когда новые конструкции машин будут базироваться на новых, прогрессивных технологических процессах, что позволит не только сократить количество обслуживающих рабочих, но и повысить выпуск продукции. По таким принципам спроектирован второй автоматический цех (АЦ=2) по производству карданных подшипников (см. рис. 1-16).
К числу линий из специального оборудования относится большинство автоматических роторных линий. Роторные машины имеют систему инструментов, расположенных по окружности (см. рис. V-»18), заготовки обрабатываются при непрерывном вращении ротора. Детали передаются от одной машины к другой транспортными роторами. Так, на Елецком элементном заводе некоторые сборочные операции переведены на роторные машины и линии. Планировка одной из таких линий показана на рис. XVI-8. Элементы питателем П х подаются к транспортному ротору Т lt который передает их в ротор заливки битума Р±. Ротор десятипозиционный безблочный, вращается с частотой 9 об/мин. Емкость резервуара 2,3 л. Уровень битума, подаваемого из питателя П поддерживается поплавковым датчиком. Подогреватель битума — погружной подвижный с электрическим герметичным обогревом, дозатор битума в элемент — плунжерный, с отсечкой дозируемого объема. Копир ротора имеет стрелку, реагирующую на изменение хода технологического процесса (в пустую позицию битум не подается).
Залитый битумом элемент транспортным ротором Т2 передается на ротор остывания битума Р2, который имеет 37 позиций. Каждый элемент, поступивший на ротор остывания, совершает на нем 2 2/3 оборота, после чего поступает в следующий транспортный ротор Т3, а из него в ротор вставки шайбы и контроля напряжения Р3, который имеет 6 позиций и вращается с частотой 15 об/мин. Блок работает следующим образом. При совмещении захватных органов транспортного ротора с блок-инструментом шайба накалывается штырем и передается из захватного органа в блок, одновременно замеряются электрические характеристики элемента. Затем происходит осадка шайбы через центрирующую воронку в полюс и на уголок элемента. Дальнейшим ходом верхнего ползуна, имеющего два боковых выступа, элемент опускается на ,русло выдачи и транспортным ротором Т5 подается на ротор закатки цинкового полюса Р±, который имеет шесть позиций и вращается с частотой. 15 об/мин.
При совмещении захватных органов транспортного ротора с блоком инструмента нижний ползун блока с зажимными собачками идет вверх и принимает в свое гнездо изделие. Хвостовики собачек заходят на неподвижно установленный в центре ползуна стержень и верхними губками зажимают изделие. При дальнейшем ходе ползуна изделие подводится под вращающуюся роликовую закатку, закрепленную в шпинделе блока.
Рис. XVI-8. Автоматическая линия сборки химических источников тока
Закатанный цинковый полюс транспортным ротором Тб передается на ротор вставки элемента в футляр 7%. Элемент, поданный транспортным ротором Т7 в верхний приемник блока, ходом верхнего ползуна опускается в центрирующее кольцо, в котором удерживается пластинчатый окружной футляр, подается в нижний приемник и ходом нижнего ползуна вводится в центрирующее кольцо. Дальнейшим ходом верхнего ползуна элемент вставляется в футляр и с помощью боковых выступов ползуна вместе с футляром опускается на русло выдачи. Футляр ротором TQ передается в ротор закатки футляра Рб. Оформленный элемент поступает на ротор парафинирования. Перед парафинированием изделие поворачивается на 180° и с помощью копира, действующего на подвижную часть зажимного органа, погружается в ванну.
От одного рабочего ротора к другому элементы передаются механизмами клещевых захватов однотипных транспортных роторов. Готовые элементы выдаются восьмипозиционным ротором Т9. Детали оформления (шайбы и футляры) вводятся в процесс роторами-питателями П3 и П4 через соответствующие транспортные роторы.
Роторы смонтированы в станине, состоящей из верхней и нижней плит, связанных между собой цилиндрическими стальными стойками. Нижняя плита закреплена на сварной тумбе, в которой расположен электродвигатель привода движения роторов. Привод движения роторов осуществляется посредством червячного редуктора. Валы всех рабочих и транспортных роторов связаны между собой цилиндрическими зубчатыми колесами. Для регулировки взаимного углового расположения рабочие и транспортные роторы связаны между собой цилиндрическими зубчатыми колесами. Колеса выполнены в виде двух взаимнорегулируемых венцов, устанавливаемых в заданное угловое положение относительно роторов посредством двух упорных винтов.
Поступательное движение верхних и нижних ползунов блоков линии осуществляется посредством пространственных кулачковых механизмов.
На основе успешного опыта эксплуатации роторных машин в производстве химических источников тока намечено создать комплексно-механизированную линию сборочных операций технологического процесса производства элементов «Марс», включающую две роторные машины и пять линий, на которых будет выполняться 17 технологических операций из 19, входящих в технологический процесс сборки элементов.
§ 5.	ПЕРЕНАЛАЖИВАЕМЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
До недавнего времени автоматические линии создавались только для условий массового производства стабильной продукции. Поэтому подавляющее большинство действующих автоматических линий является специальными, т. е. могут производить обработку, сборку, контроль только одного изделия
Тенденции в развитии . техники последних лет настоятельно требуют создания переналаживаемых автоматических линий не только для условий серийного производства, но, в первую очередь, для массового производства с частой заменой выпускаемой продукции. В СССР накоплен определенный опыт создания линий из агрегатных станков, на которых возможна обработка нескольких наименований сходных деталей, что делает эффективным их применение даже при относительно малом выпуске деталей.
В некоторых автоматических линиях при переналадке дополнительные режущие инструменты устанавливаются в специально предусмотренные шпиндели или же вручную включаются имеющиеся дополнительные силовые головки. Кроме того, при переналадке требуется переставить упоры управления, сменить положение силовых головок, переставить кондукторные втулки и др. Наличие в станках сменных насадок с раздвижными шпинде-494
лями, регулируемых по высоте кронштейнов, межкондукторных сменных плит также позволяет переналаживать автоматические линии на производство однотипных изделий. При переналадке производится смена упоров, меняется величина и место ходов, Перестановка инструментальных блоков. Переналадка агрегатных станков в значительной степени облегчается путем применения быстросменяемых приспособлений, кондукторов, насадок, упоров управления и т. д. Недостатком ручной переналадки, помимо длительности и трудоемкости, является необходимость окончания обработки всей партии деталей одного типа, а после переналадки — заполнение линии деталями другого типа. При этом происходят потери времени, которые тем больше, чем больше число позиций и длительность рабочего цикла линии.
При эксплуатации линий в условиях массового производства со сменяющимися объектами переход на обработку новых изделий требует, как правило, не только переналадки, но и перекомпоновки линий. Практика показала, что линии из агрегатных станков в определенных пределах могут быть перекомпонованы без особых затруднений с затратами значительно меньшими, чем при изготовлении новой линии. Переделке или замене подлежат, как правило, лишь специальные узлы (шпиндельные коробки и приспособления). Для добавления новых технологических операций и соответствующего оборудования в новых конструкциях крупных автоматических линий предусматриваются места для встройки дополнительных силовых головок и даже станков.
На автозаводе им. Ленинского Комсомола (АЗЛК) при переходе на производство нового двигателя автомобиля «Москвич» были модернизированы некоторые автоматические линии. На линии обработки головки блока заменены пять шпиндельных коробок, на линии обработки коллектора заменена часть шпиндельных коробок и переделаны спутники. На Харьковском моторном заводе «Серп и молот» при переходе на выпуск нового двигателя перекомпонованы 15 автоматических линий, среди них шесть линий обработки картера и две линии обработки головки цилиндров. Линия, предназначавшаяся первоначально для обработки алюминиевой крышки картера, переделана на обработку чугунной детали. Стоимость работ по переделке линий, по данным завода, составила не более 6—9 % стоимости линий. Содержание переделок свелось к замене или модернизации некоторых шпиндельных коробок, редукторов, электродвигателей, борштанг и кондукторных втулок, наладок, инструмента и др. Кроме того, изменено расположение отдельных узлов, подняты силовые головки, станины и др.
В настоящее время на Томском, Сестрорецком и других инструментальных заводах успешно эксплуатируются построенные по проектам института Оргстанкинпром 17 типовых переналаживаемых автоматических линий из универсального оборудования. Каждая линии включает в себя до 22 станков. Линии предназначены для производства машинных и ручных метчиков диаметром 3—8 мм, причем на каждой автоматической линии обрабатываются метчики 34 типоразмеров. Время переналадки одного станка на обработку нового типоразмера метчиков колеблется от 15 до 45 мин, общее время переналадки всей линии 2—3 ч.
На рис. XV1-9 показана планировка переналаживаемой автоматической линии из однотипных универсальных станков. Она состоит из пяти бесцентрово-шлифовальных станков и предназначена для последовательной обработки деталей типа валков, втулок, конструкция которых позволяет шлифовать «на проход». При обработке незакаленных деталей в работе участвуют только два станка, остальные станки выключены. При шлифовании термически обработанных деталей работают все пять станков линии.
Работа линии осуществляется следующим образом. Детали, закруженные в бункер, при помощи элеваторного подъемника поднимаются на необходимую высоту и под действием собственного веса подаются на направляющий нож первого станка и далее в зону шлифования. Передача деталей от
Рис. XVI-9. Переналаживаемая линия из однотипных универсальных станков:
1 — бункер; 2 — транспортер; 3 — подналадчик; 4 — прибор активного контроля; 5 — тара для незакаленных деталей; 6 — тара для закаленных деталей
станка к станку осуществляется межстаночными транспортерами с индивидуальными приводами.
Преимуществом линии является ее гибкость в отношении числа станков, включаемых в работу, в зависимости от типа обрабатываемых деталей и потребной программы выпуска. Внедрение линий такого типа осуществлено на заводе и для обработки других деталей, причем внедрение каждой такой линии высвобождает четырех рабочих.
В отраслях производства с небольшими партиями обрабатываемых деталей и большим разнообразием их по форме и размерам, где неэкономично применять станки с обычными системами автоматического управления, в последние годы все более широкое применение получают металлорежущие станки и линии с системами программного управления. Быстрый рост применения станков с программным управлением наблюдается во всех промышленно развитых странах. Применение систем программного управления отдельными станками позволяет значительно увеличить мобильность автоматического оборудования, сделать его эффективным в условиях мелкосерийного и даже единичного производства. Еще большие возможности заложены в системах программного управления автоматических систем машин (см. гл. XX).
Новейшие достижения в создании систем программного управления позволяют создавать быстропереналаживаемые унифицированные узлы управления, что продлит срок службы оборудования, ускорит проектирование и внедрение автоматов и автоматических линий в широких масштабах и тем самым поможет решить проблему резкого сокращения затрат живого труда и повышения его производительности.
§ 6.	ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ДЕЙСТВУЮЩИХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Исследования и анализ работоспособности автоматических линий в условиях эксплуатации позволяют не только вскрывать резервы повышения их производительности и получать исходные данные для расчета и проектирования новых линий, не только дать объективную оценку технического уровня и системы эксплуатации современных автоматических линий, но и
решать важнейшие проблемы дальнейшего развития автоматизации производственных процессов, выявить тенденции развития. Это и явилось основной задачей комплексных исследований работы автоматических линий в условиях эксплуатации, которые проводятся кафедрой «Станки и автоматы» МВТУ им. Баумана, начиная с 1961 г.
За этот период проведены многочисленные эксплуатационные исследования автоматических линий, типовых автоматов и полуавтоматов. Были исследованы типовые автоматические линии из агрегатных станков отечественного и зарубежного производства для изготовления блока цилиндров двигателя, головки блока двигателя, картера коробки перемены передач, картера сцепления, поворотного кулака/коленчатого вала автомобиля и др.
В качестве типовых автоматических линий из специального уникального оборудования были исследованы автоматические линии первого и второго автоматических цехов по производству подшипников на 1ГПЗ (токарные многошпиндельные автоматы).
Среди автоматических линий из универсального типового оборудования в качестве объектов исследований были выбраны автоматические линии токарной обработки подшипниковых колец системы В. А. Морозова и Н. М. Князькова на 1ГПЗ и автоматическая линия токарной обреботки промежуточного вала коробки перемены передач автомобиля ЗИЛ-130. Кроме того, для сравнения эксплуатационных показателей работы оборудования в автоматических линиях и поточном неавтоматизированном производстве были проведены исследования токарных полуавтоматов типа 1261 при обработке подшипниковых колец; желобошлифовальных автоматов типа ЛЗ-9, предназначенных для встраивания в автоматические линии; бесцентровошлифовальных автоматов для роликовых подшипников типа 6С86М, предназначенных для встраивания в линии автоматического цеха по производству подшипников на 1ГПЗ; токарных многошпиндельных полуавтоматов типа 1722.
Для анализа долговечности исследования некоторых автоматических линий были повторены через определенные промежутки времени. Например, исследования линии «Блок-2» были проведены в 1961 и 1966 гг., линии промежуточного вала и картера коробки перемены передач в 1962 и 1965 гг., линии картера сцепления в 1962, 1965, 1968, 1972 гг. Исследования работоспособности токарных многошпиндельных автоматов КА-76 а автоматической линии Б цеха карданных подшипников на 1ГПЗ проводилось 4 раза в 1963, 1964, 1966 и 1970 гг. Такие исследования дают возможность проследить процесс изменения эксплуатационных характеристик автоматических линий во времени, дать оценку изменениям конструкции и системы эксплуатации линии.
Теоретической основой исследований является теория производительности машин и труда. Исследования проводились по методике, разработанной на кафедре «Станки и автоматы» МВТУ, основные положения которой изложены в гл. III. Исследования включали фактические наблюдения и замеры параметров работы линий, математическую обработку результатов, расчет эксплуатационных характеристик каждой линии с определением их достоверности, обобщение и анализ сопоставимых показателей производительности и надежности однотипных линий и т. д.
В гл. III в качестве примера были приведены некоторые эксплуатационные характеристики автоматической линии «Блок-2»: коэффициент использования т]ал = 0,74, коэффициент технического использования г|тех == = 0,85; коэффициент готовности T]F = 0,94; внецикловые потери одной позиции tn = 2,5 -10“2 мин/шт; средний коэфициент использования одного агрегатного станка, встроенного в линию, т]ис = 0,98; возможные резервы повышения производительности ф = 1,2 —1,22. Повторные исследования показали, что эти эксплуатационные показатели являются достаточно стабильными во времени, с тенденцией к некоторому улучшению.
Рис. XVI-10. Диаграмма распределения длительности безотказной работы автоматической линии «Блок-2» за 1961 г. (а) и 1966 г. (б)
Диаграммы распределения длительности безотказной работы линии «Блок-2», построенные по данным исследований разных лет, показаны на рис. XVI-10. Как видно, в 1961 г. в 30% всех случаев отказ происходил менее, чем через 5 мин после включения линии, в 21% случаев — в период от 5 до 10 мин и т. д. Среднее время безотказной работы составило тср = = 18 мин. Через 5 лет, в 1966 г., среднее время безотказной работы увеличилось до тср = 22,8 мин, т. е. безотказность линии возросла.
Диаграмма распределения длительности единичных простоев линии для обнаружения и устранения отказов приведена на рис. XVI-11. Как видно, большинство простоев являются кратковременными, в результате среднее время единичного простоя составляет 6ср = 1,5 мин. Такие показатели надежности, как высокая интенсивность отказов и малая длительность их устранения характерны для всех автоматических линий.
Сравним с этими показателями эксплуатационные характеристики автоматической линии поворотного кулака ЗИЛ фирмы Heller (ФРГ). Планировка линии была приведена на рис. XVI-4.
На рис. XVI-12 показан баланс затрат фонда времени работы линии по итогам наблюдений и замеров в течение 34 рабочих смен. Как видно, в период наблюдений линия работала только 56% планового фонда времени, простои составили 44% — почти в 2 раза больше, чем на линии «Блок-2». Так как на линии обрабатывается стальная деталь, общие простои по инструменту значительно выше, чем на линии «Блок-2», хотя общее количество режущих инструментов почти в 4 раза меньше. Как видно, планово-предупредительная смена инструмента не применяется, незначительную долю простоев по инструменту составляют аварийные, связанные с поломками. Простои по оборудованию и инструменту почти равны. Среди механизмов наименее надежными являются силовые головки. Коэффициент использования линии — 0,56; средний коэффициент технического использования одного агрегатного станка, встроенного в линию, т]ис = 0,98.
На рис. XVI-13 показана диаграмма распределения длительности безотказной работы линии. В 26% случаев линия выходила из строя, не прорабо-498
Рис. XV1-11. Диаграмма распределения длительности случайных единичных простоев линии «Блок-2»
тав и 2 мин после включения, среднее время базотказной работы значительно ниже, чем на линии «Блок-2» (тср = 7,9 мин), что, однако, соизмеримо с показателем многих отечественных линий.
Диаграмма распределения средней длительности случайных единичных простоев (рис. XVI-14) показывает, что длительность простоев линии для смены и регулировки инструмента, как правило, невелика, что объясняется конструкцией быстросменных державок и предварительной (вне станка) настройкой запасного комплекта инструмента на размер. Такие же кратковременные отказы характерны и для механизмов и устройств. В итоге среднее время единичного простоя по техническим причинам 9ср = 2,1 мин, что соизмеримо с показателями ремонтопригодности линии «Блок-2».
Таким образом, абсолютные
эксплуатационные характеристики линии поворотного кулака (длительность простоев, безотказность и т. д.) значительно ниже, чем у линии «Блок-2». Однако линия поворотного кулака конструктивно и структурно более сложна (20 позиций, из них 15 рабочих по сравнению с восемью позициями в линии «Блок-2»). Сравнение соизмеримых характеристик показывает, что у обеих линий они находятся на приблизительно одинаковом уровне. Так, коэффициент использования одного агрегатного станка в линии поворотного кулака цис = 0,98 — такой же, как и в линии «Блок-2». Таким образом, согласно исследованиям, хорошо освоенные отечественные линии не уступают по уровню эксплуатационной надежности линиям зарубежного производства.
Проведенные по единой методике комплексные исследования работоспособности автоматических линий всех трех типов (линии из агрегатных
Рис. XV I-12. Баланс затрат фонда времени автоматической линии поворотного кулака:
1 — простои по инструменту; а — текущая смена — 4,6%; б — аварийная смена — 2,43%; в — регулирование — 1,4%; г — ожидание наладчика — 0,39%; 2 — простои по оборудованию; а — силовые головки — 3,6%; б — пресс — 1,6%; в — механизм поворота — 1,2%; г — прочие — 2,42%; 3 — простои по организационным причинам; а — отсутствие наладчика — 9,7%; б —- уборка линии — 7,4%; в _ отсутствие заготовок 3,3%; г — отсутствие инструмента — 3,3%; д — прочие —- 1,8%; 4 — брак — 0,86%
станков, из универсального и специального оборудования) показали, что несмотря на конструктивные и технологические отличия автоматических линий одной группы, например линий из агрегатных станков, их работоспособность имеет много общего. В качества примера в табл. XVI-1 приведены эксплуатационные показатели некоторых автоматических линий из агрегатных станков, где дан баланс затрат фонда времени, а также эксплуатационные характеристики каждой линии (общий и технический коэффициенты использования). Табл. XVI-1 показывает, что у всех исследованных автоматических линий, кроме линии «Блок-2», возможности выпуска продукции используются недостаточно. Например, автоматическая линия головки блока (АЗЛК) в 1961 г. работала лишь в течение 37% своего фонда времени. Для других автоматических линий время работы не превышает 50—60% .
Следует подчеркнуть, что на предприятиях автомобильной промышленности, где работают большинство автоматических линий из агрегатных станков, производственная программа выпуска имеет прогрессивно возрастаю-
Эксплуатационные показатели некоторых автоматических линий из агрегатных станков
Показатели	Автоматические линии							
	Блок-2		1 Головки блока (АЗЛК) '	Картера сцепления (ЗИЛ)		Карте'ра коробки перемены передач 1Л85		! Поворотного кулака
	Годы							
	1961	1966	1961	1962 ;	1965 ,	| 1962	1965	| 1964
Простои к общему фонду времени в %: по инструменту 	 по оборудованию 	 по организационным причинам из-за брака 	 Время работы в %	 Коэффициент использования: общий 		 технический 			7,0 2,7 16,0 0,3 74,0 0,74 0,85	8,0 2,9 16,2 72,0 0,72 0,86	15,1 10,6 37,2 37,1 0,371 0,59	8,8 27,2 15 4,0 0,39 0,58	5,8 27 25,2 42,0 0,42 0,56	4,5 13,8 31,6 50,1 0,501 0,73	2,0 9,7 29,7 0,7 57,9 0,579 0,82	8,0 8,8 25,5 0,9 56,0 0,56 0,75
щий характер. Автоматические линии по проектной мощности строятся сразу с полным комплектом механизмов и устройств для выпуска, который понадобится только через 8—10 лет, поэтому в первый период эксплуатации они недогружены. Это приводит к увеличению себестоимости выпускаемой продукции, увеличению сроков окупаемости и т. д., так как амортизационные отчисления, фонд заработной платы наладчиков, ремонтные расходы от масштабов выпуска практически не зависят и приходятся на малое количество выпущенной продукции. Высокие эксплуатационные показатели линии «Блок-2» объясняются тем, что линия хорошо освоена и загружена. Согласно проведенным расчетам, резервы повышения производительности линии «Блок-2» составляют около 20%, в то время как резерв на линиях головки блока и картера коробки перемены передач составлял почти 100%.
Из табл. XVI-1 видно, что среди простоев, характеризующих долговечность и надежность автоматических линий, преобладающими являются простои не по инструменту, а по оборудованию. Исключение составляет линия «Блок-2», где оборудование доведено до высокой степени надежности. На остальных линиях простои для смены и регулировки инструмента составляют меньше 10%. Даже в линии поворотного кулачка, где обрабатываются стальные заготовки, простои по инструменту составили только 8,8% фонда времени. Поэтому основным направлением повышения эксплуатационной надежности должно быть совершенствование механизмов и устройств автоматических линий.
Эксплуатационные показатели оборудования автоматических цехов 1ГПЗ по производству подшипников АЦ-1 и карданных подшипников АЦ-2 приведены в табл. XVI-2. Они показывают, что в условиях подшипникового производства с многономенклатурной продукцией, выпускаемой независимо по каждому типоразмеру, оборудование имеет более высокую степень загрузки, чем линии из агрегатных станков. В токарных многошпиндельных автоматах СО5 простои по организационным причинам составляют менее 40% всех простоев, из них большинство связано не с отсутствием 'заготовок, а с уборкой линии, измерением обрабатываемых деталей и. подготовкой станков к работе. Более высокая доля организационных простоев характерна для шлифовального оборудования, которое не является лимитирующим в данной технологической цепочке.
Эксплуатационные показатели некоторых автоматических линий из специального оборудования
Показатели	Автоматические цехи					
	АЦ-1	АЦ-2				
	Оборудование					
	Автомат CO5	Токарные автоматы КА-76			Внутри-шлифо-вальный автомат Л54СЗ	Буртико-шлифо-вальный автомат Л54С5
	Годы					
	1961	1963	1964	1966	1963	1963
Простои к общему фонду времени в %: по инструменту . . . по оборудованию . . . по организационным причинам 	 из-за брака 	 Время работы в % .... Коэффициент использова- ния: общий	 технический .....	10,7 11,9 14,3 1,4 61,7 0,617 0,73	14,1 33,2 5,5 0,2 47,0 0,47 0,49	10,9 6,3 25,6 57,0 0,57 0,64	15,1 9,9 13,8 0,3 60,6 0,606 0,65	3,8 9,1 25,9 1,5 59,7 0,597 0,8	3,82 11,75 21,7 0,03 62,7 0,627 0,8
Значительный интерес представляют эксплуатационные показатели автоматов КА-76 по результатам трехкратного исследования. За период с 1963 по 1966 гг. производительность автомата была повышена более чем на 20 % почти исключительно путем повышения надежности работы механизмов и устройств автомата в процессе его конструктивной доводки при эксплуатации. Простои по оборудованию сокращены в 3,5 раза.
Большое количество простоев по оборудованию специальных автоматов обусловлено тем, что эти автоматы проектировались -специально для данной автоматической линии и поэтому имеют неотработанную конструкцию, которую приходится доводить уже в процессе производственной эксплуатации, чем и объясняются низкие показатели на первых этапах работы.
Комплексные исследования автоматических линий в условиях эксплуатации, обобщение и анализ большого объема фактического материала позволяют сформулировать некоторые проблемы высокопроизводительной эксплуатации автоматов и автоматических линий. Как показывают данные, почти везде выпуск продукции на автоматических линиях не отвечает их потенциальным возможностям, значения коэффициентов использования находятся в пределах 0,5—0,6. Это в значительной степени объясняется тем, что автоматические линии спроектированы на большую производительность.
На ЗИЛе в 1949 г. средний выпуск блоков с автоматических линий не превышал 120 шт. в смену при восьмичасовом рабочем дне, а в 1961 г. автоматические линии по тому же технологическому процессу обеспечивали выпуск в среднем 150 блоков в смену при семичасовом рабочем дне. При этом только за 4 года (1957—1961) производительность автоматической линии «Блок-2» повышена почти на 22% без серьезных конструктивных усовершенствований и значительных затрат только в результате улучшения системы эксплуатации (табл. XVI-3).
Проведенные исследования показали, что уровень работоспособности автоматической линии в целом и надежность отдельных механизмов не остаются постоянными по времени. С одной стороны, увеличивается программа, с другой стороны, улучшаются методы эксплуатации, повышается 502
Некоторые эксплуатационные показатели автоматической линии «Блок-2» разных лет
Показатели	Годы			
	1949	1957	1961	1966
Рабочий цикл линии в мин. . . . Коэффициент использования . . . Выпуск за смену в шт. ......	2,1 0,55 108	1,33 0,69 212	1,18 0,74 260	1,18 0,76 270
квалификация обслуживающего персонала. Так, в линии картера сцепления на втором году эксплуатации средняя наработка на отказ поворотного стола составила = 109 циклов при средней длительности устранения отказов 0н = 1,8 мин. Через три года эти показатели составили соответственно Кн = 192, 0ср = 1,4 мин, т. е. частота отказов снизилась в 1,75 раза, длительность единичных простоев—на 20%.
В решении задачи повышения производительности и эксплуатационной надежности автоматических линий важное значение приобретает уровень эксплуатации линии, в первую очередь квалификация обслуживающего персонала и его заинтересованность в высокопроизводительной работе линии.
Современные автоматические линии обладают высоким техническим уровнем, имеют большое количество механических, пневматических, гидравлических, электрических и электронных устройств. Для того чтобы изучить эти устройства в их взаимосвязи, наладчик современной автоматической линии должен обладать техническими знаниями, большим практическим опытом и при этом постоянно повышать свою квалификацию. Только при этих условиях, когда уровень эксплуатации будет столь же высок, как и техническое совершенство конструкций, автоматические линии дадут нужную отдачу. Следовательно, основным направлением повышения эксплуатационной надежности автоматических линий должно быть не только дальнейшее конструктивное их совершенствование, оснащение все более сложными системами автоматики, но и повышение квалификации обслуживающего персонала.
Одним из важнейших направлений повышения эксплуатационной надежности автоматических линий является унификация и стандартизация деталей, механизмов и узлов, отработка типовых конструкций. Исследования показали, что унифицированные конструкции благодаря конструктивной отработанности, устойчивой технологии выпуска и т. д. обладают не только преимуществами невысокой стоимости и малых сроков поставки, но и значительно более высоким уровнем надежности в работе. Так, на автоматической линии картера сцепления унифицированные механизмы (силовые головки, механизмы зажима и фиксации, шаговые транспортеры и т. д.) составляют 86% всех механизмов, а остальное— неунифицированные механизмы или унифицированные устройства редкого применения (пресс, поворотный стол, кантователь удаления стружки и т. д.). Согласно проведенным исследованиям, на долю неунифицированных механизмов, составляющих 14% общего количества, приходится почти 70% всех простоев, хотя все неунифицированные механизмы выполняют лишь холостые ходы и не имеют режущих инструментов.
Достигнутый на современных линиях уровень надежности унифицированных механизмов и устройств достаточно высок, что можно проиллюстрировать диаграммой (рис. XVI-15), где показано распределение значений коэффициентов использования агрегатных станков, встроенных в автомати-
ческие линии. В диаграмме обобщены результаты исследования девяти автоматических линий, в которых работают более 100 односторонних и двусторонних агрегатных станков. При расчете коэффициентов использования агрегатных станков, встраиваемых в автоматические линии, учитывались потери, отнесенные к одной по-зиции, по инструменту и оборудованию для двух силовых
головок, одного механизма зажима и фиксации, а также шагового транспортера. Диаграмма показывает, что 26% всех агрегатных станков, встроенных в автоматические линии, имеют коэффициент использования, равный 0,99, т. е. на каждые 100 мин приходится лишь 1 мин простоя; 25% всех агрегатных станков имеют коэффициент использования 0,98 и т. д. По результатам исследований линий среднее значение коэффициента использования одного агрегатного станка, встаиваемого в автоматическую линию, равно 0,97.
Одной из нерешенных проблем автоматизации в машиностроении является проблема надежности и стабильности в работе режущего инструмента. Проведенные исследования показали, что в автоматических линиях к качеству инструмента должны предъявляться совершенно иные, более высокие требования, чем в неавтоматизированном производстве, где основной характеристикой является его средняя стойкость. Для автоматических линий этот показатель является совершенно недостаточным, о чем свидетельствует следующий пример.
На рис. XVI-16 приведена диаграмма разброса стойкости (выраженной в количестве отработанных изделий N) спиральных сверл одной из силовых головок автоматической линии «Блок-2». Условия работы для всех сверл одинаковые, а фактическая стойкость отличается значительно: в семи случаях сверла были заменены, не обработав и 400 блоков, в трех случаях количество обработанных блоков превысило 5200, т. е. стойкость отдельных однотипных инструментов отличается в 20—30 раз. Средняя стойкость сверл составляет приблизительно 1800 блоков, однако нельзя гарантировать, что инструмент, обработавший даже 10 % этого количества, останется исправным. Расчеты показывают, что если бы указанные инструменты имели высокую стабильность и их стойкость была выдержана всегда в интервале 1600— 2000 блоков, то средняя стойкость осталась бы такой же и, с точки зрения неавтоматизированного производства, ничего не изменилось бы. Но для автоматической линии такая
стабильность позволила бы менять все инструменты одновременно с полным использованием их режущих свойств, при этом число остановок линии для смены сверл данной силовой головки сократилось бы в 30—40 раз.
Таким образом, для автоматических линий средняя стойкость является такой же недостаточной характеристикой, как и средний размер в партии деталей, который
может оказаться равным номинальному, в то время как большинство деталей будет с браком (т. е. размеры деталей будут выходить за поле' допуска).
В автоматических линиях на первый план выдвигается требование обеспечения стабильности и надежности инструмента в работе, что позволило бы не только сократить количество остановок линии, но и применить прогрессивную систему планово-предупредительной смены инструмента.
Если такую систему применить, например, на автоматической линии «Блок-2», то для силовой головки, очевидно, необходимо установить интервал принудительной смены инструментов в 200—400 блоков, чтобы гарантировать отсутствие поломок сверл при любом разбросе параметров стойкости. Но в этом случае нестабильность качества инструмента приведет к неполному использованию его режущих свойств, не к повышению, а к снижению производительности линий и одновременно к,увеличению расхода
инструмента.
Низкая стабильность и надежность режущего инструмента характерна и для других исследованных автоматических линий. Это подтверждает диаграмма фактической стойкости инструмента токарного многошпиндельного автомата СО5 в автоматической линии шариковых подшипников АЦ-1
8
О-
30 130 230 330 030 530 630 730 830 '930 1030	1230	1030
е)
Рис. XVI-17. Распределение фактической стойкости резцов токарного мно= го шпиндельного автомата СО 5 в линии шариковых подшипников: a — расточной; б *= фасонный фасочный; в — отрезной; а — подрезной; 0 желобной; е == проходной
на 1ГПЗ (рис. XVI-17). Диаграмма показывает, что средняя стойкость различных резцов находится в пределах 220—620 мин, а фактический разброс — 20-—1500 мин, т. е. и здесь среднестатистическая стойкость является недостаточной характеристикой работоспособности инструмента.
Задачей повышения работоспособности всех типов автоматических линий является повышение точности обработки, в первую очередь стабильности протекания технологического процесса — технологической надежности. Для токарных автоматов КА-76 средний интервал времени между двумя сменами или размерными подналадками инструмента составляет не более 6 мин. Для внутришлифовальных автоматов Л54СЗ для обработки карданных подшипниковых колец размерные подналадки проводились иногда через 5—6 обработанных деталей.
Исследования показали, что внедрение высокоинтенсивных технологических процессов приводит к резкому росту требований к долговечности, надежности станков, механизмов и устройств.
Вследствие высокой интенсивности работы автоматы КА-76 за 1 год делают столько рабочих циклов, сколько станки, работающие по старым технологическим процессам, делают за 10—12 лет. Хотя с одного кольца снимается в несколько раз меньше стружки, чем по старому технологическому процессу (см. рис. IV-12), общее количество стружки, выделяющейся в единицу времени, больше в 2,5—3 раза. Стружка стала мелкой, проникает во все щели, и прогрессирует износ. Следовательно, в новых конструкциях^ возникают новые требования как к материалам направляющих, так и к методам их защиты от стружки. Внедрение прогрессивных технологических, процессов, связанных с высокой интенсивностью обработки, неминуемо приводит к преобразованию конструкций машин.
Те принципиальные и конструктивные решения, которые существовали ранее, оказываются непригодными, так как не соответствуют возросшим требованиям к долговечности и надежности, хотя функциональное назначение полностью сохраняется (загрузка, выгрузка, поворот, фиксация, подача инструмента и т. д.). Поэтому прогрессивная технология только тогда может служить гарантией высокой экономической эффективности автоматизации, когда все механизмы и устройства, режущий инструмент и т. д. имеют более высокий уровень долговечности и надежности.
Повышение надежности автоматических линий — сложный и трудный процесс, связанный с длительными сроками разработки, апробирования и доводки новых технологических процессов, схем и конструкций. Комплексные исследования автоматических линий в условиях эксплуатации позволяют выявлять большие резервы повышения производительности линий и труда. Они показывают целесообразные пути повышения эксплуатационных характеристик линий, а также пути дальнейшего совершенствования самих автоматических линий, повышения их надежности. Отечественная наука рассматривает автоматические линии, цехи и заводы как лаборатории, которые дают толчок развитию отечественной науки автоматизации производственных процессов.
Глава XVH
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
И СТРУКТУРА ИХ КОМПОНОВКИ
Автоматические линии относятся, как правило, к специальному оборудованию, которое проектируется в соответствии с конкретной программой и конкретными условиями производства. Критерием выбора основных параметров проектируемой автоматической линии является требуемая производительность. Производительность может задаваться жестко (конкретное значение объема выпуска за смену, месяц, год) или в некотором диапазоне. В последнем случае оптимальное значение производительности определяется в процессе проектирования.
Одной из важных задач при проектировании автоматических линий является выбор оптимальной структуры компоновки. Q-Компоновка автоматических линий объединяет комплекс вопросов, связанных со способом передачи обрабатываемых деталей между станками, разделением линии на участки, выбором числа потоков обработки деталей, планировкой станков и транспортных устройств и т. д.
На компоновку автоматической линии влияет множество факторов: материал, размеры и форма детали, технические условия на изготовление и выбранный технологический процесс обработки детали, годовая программа выпуска. Кроме того, существенное влияние на компоновку автоматической линии оказывают состав входящего в нее оборудования, сихронизация работы станков, возможность применения специальных установочных и контрольных приспособлений, транспортных, загрузочных и бункерных устройств и пр.
Любая технологическая цепочка машин последовательного или последовательно-параллельного действия (однопоточная или многопоточная) с выбранным маршрутом и режимами обработки, числом рабочих позиций может быть скомпонована по различным структурным вариантам — от поточной линии до автоматической линии с жесткой связью. Чем нйжё надежность конструктивных элементов, из которых компонуется система машин, тем на большее число участков или самостоятельных автоматических линий необходимо ее расчленять. Поэтому задача выбора оптимальной структуры автоматической линии должна решаться исходя из обеспечения надежности, производительности и экономической эффективности.
§ 1. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ И КОНЦЕНТРАЦИЙ ОПЕРАЦИЙ
Проектирование любой автоматической линии начинается с разработки технологического процесса: выбора методов и последовательности обработки, технологических баз, режущего инструмента и т. д. Выбор варианта техно-507
логического процесса обработки на проектируемой линии в основном определяют размеры, форма и материал детали, технические условия на ее изготовление и годовая программа выпуска.
При разработке технологического процесса необходимо учитывать требование минимального числа перебазирований и перезакреплений обрабатываемой детали. Соблюдение этого условия позволяет существенно повысить точность, уменьшить длительность обработки и потребность в различных вспомогательных механизмах, автооператорах и кантователях для проектируемой автоматической линии.
Практически при одной установке детали не удается выполнить весь цикл технологических операций на линии, особенно при сложной форме детали, когда для выполнения всех операций ее приходится переустанавливать и перезакреплять. Форма обрабатываемой детали может очень сильно влиять на технологический процесс, поэтому иногда приходится изменять конструкцию готовых деталей, форму заготовок и технические условия на их изготовление.
Окончательно технологический процесс обработки детали дорабатывают при эскизном проектировании линии, когда приходится увязывать все вопросы, относящиеся к работе автоматической линии.
После выбора методов и последовательности обработки, технологических баз, режущего инструмента следует дифференциация технологического процесса на элементы и совмещение (концентрация) операций в каждой рабочей позиции как завершающая стадия разработки [технологического процесса и начальная стадия выбора компоновки автоматической линии. В результате этого определяется длительность обработки данной детали — время выполнения рабочих ходов. Таким образом, еще не имея конструкции автоматической линии, можно определить ее производительность — технологическую производительность К (см. гл. III).
Для автоматов и автоматических линий непрерывного действия технологическая производительность К означает количество деталей, обрабатываемых в единицу времени при условии бесперебойной работы, т. е. при полном использовании возможностей технологического процесса (автоматические линии из бесцентрово-шлифовальных станков, работающих на проход):
(XVII-1)
Однако в большинстве случаев при проектировании линий конструктивно не удается полностью совместить холостые ходы с рабочими. В технологическом процессе появляются паузы для загрузки и выгрузки, межстаночного транспортирования, зажима и разжима деталей (холостые ходы), т. е. уже в конструкции линии неполно используются возможности, заложенные в технологии, а следовательно, производительность по сравнению с технологической снижается.
Длительность рабочего цикла с учетом холостых ходов, не совмещенных по времени с рабочими ходами, определяет цикловую производительность автоматической линии:
<3ц=4-==ттт-	(™1-2)
1 Lp Г
Цикловая производительность автоматической линии характеризует возможности выпуска продукции на линии при реальном ее конструктивном воплощении и условии бесперебойной работы. В автоматических линиях непрерывного действия (при tx = 0) цикловая производительность равна технологической, в остальных случаях она меньше ее и определяется по формуле
ио
65	70 Т,С
Рис.
грамма разброса длительности рабочего цикла автоматической линии блока цилиндров
Рис. XVH-1. Изменение длительности рабочего цикла в течение рабочей смены
XVII-2. диа-
Коэффициент производительности т) характеризует собой конструктивное совершенство автоматической линии с позиций непрерывности процесса обработки, степени ее приближения к линии непрерывного действия.
Для большинства автоматических линий длительность рабочего цикла и всех его элементов остается неизменной в процессе работы машины, поэтому технологическая и цикловая производительности являются постоянными величинами. Исключение составляют автоматические линии с гидравлическим приводом, где длительность обработки колеблется в некоторых пределах в зависимости от температуры и вязкости масла, степени износа инструмента, твердости заготовок и т. д.
В качестве примера на рис. XVI-1 показана диаграмма длительности обработки (рабочего хода) одной из силовых агрегатных головок автоматической линии блока цилиндров двигателя (ЗИЛ). Как видно, в начале смены, когда масло еще имеет температуру, близкую к температуре окружающей среды, время рабочего хода /р колеблется в широких пределах и достигает 55—60 с. Во избежание слишком больших колебаний автоматические линии с гидравлическим приводом прогревают на холостом ходу. В процессе работы, когда масло начинает нагреваться, время рабочего хода постепенно сокращается и стабилизируется. В конце смены время рабочего хода снова увеличивается. Это объясняется затуплением инструмента, который меняется перед началом каждой рабочей смены.
Подобные колебания, хотя и в меньшей степени, присущи и холостым ходам, поэтому длительность рабочего цикла колеблется в сравнительно небольших пределах, при этом средний цикл от смены к смене не меняется (рис. XVI1-2). Результаты всех измерений сгруппированы по интервалам продолжительностью 0,5 с. Как видно, длительность рабочего цикла линии в период наблюдения — в пределах 67,5—74 с. В 37 случаях продолжительность рабочего цикла находилась в пределах 67,5—68 с, в 66 случаях — в пределах 68—68,5 с, в 68 случаях — в пределах 68,5—69 с и т. д. Средний цикл по результатам всех измерений Т = 70,8 с.
Фактическая производительность автоматической линии с учетом влияния внецикловых простоев
Qa. л
где S — внецикловые потери — простои, приходящиеся на единицу продукции (см. гл. III).
Большинство автоматических линий относятся к системам последовательного агрегатирования с дифференцированным и концентрированным технологическим процессом. Согласно определению (см. гл. V) при последовательном агрегатировании технологический объем обработки дифференцирован на q частей, каждая из которых совершается в отдельных позициях, которые концентрируются в единой машине или линии. Таким образом, автоматическая линия имеет один полный технологический комплект инструмента, рассредоточенный по q рабочим позициям, и q комплектов целевых механизмов (шпиндели, суппорты, механизмы зажима, привода, управления и др.).
Таким образом, в линиях последовательного агрегатирования от степени дифференциации технологического процесса зависят длительность рабочих ходов и потери по инструменту Q:
/ ___ ZPo\ р _
Я '	Я
(XVII-4)
где /ро — суммарная длительность несовмещенных операций обработки (см. гл. III);
— внецикловые потери одного комплекта инструмента.
Внецикловые потери одной рабочей позиции
Для последовательно сблокированных в автоматическую линию станков, вследствие влияния внецикловых потерь одной позиции на все осталь. ные, внецикловые потери возрастают в q раз по сравнению с одним станком.
+	=	+	(XVII-5)
На рис. XVI1-3 показано изменение всех составляющих затрат времени при дифференциации технологического процесса в автоматических линиях, откуда видно, что сокращение рабочего времени цикла сопровождается
Рис. XVII-3. Зависимость рабочих и холостых ходов автоматической линии и внецикловых потерь от степени дифференциации технологического процесса
ростом внецикловых потерь по оборудованию, в результате чего суммарные затраты времени Т + tn имеют точку минимума.
Производительность сблокированной автоматической линии последовательного агрегатирования
Qq т+^ h± + ix+^ci + t&q‘ ч
Подставляя Ко =-7—, получим ГРо
Qq =-----------. (XVI1-6)
1 + Ч^^х. + ЧК» ( X	Ч^е)
Производительность автоматической линии параллельно-последовательного агрегатирования, когда в обработку поступает одновременно р деталей, каждая из которых проходит q последовательных позиций обработки (станков),
-----------------------г •	(XVII -7) 1 +	4~ pqKo (У, Q + ?^е)
Для автоматических линий параллельно-последовательного агрегатирования, имеющих независимые потоки обработки, число которых не влияет на величину внецикловых потерь (т. е. внецикловые потери линии определяются только потерями последовательно сблокированных станков одного потока), производительность выражается следующей зависимостью:
<?рв =-----------------------г •	(XVIL8)
1 4-	( /В б/ + ^е)
Очевидно, для каждого сочетания конкретных условий работы можно определить наивыгоднейшую степень дифференциации технологического процесса, т. е. число позиций автоматической линии, при котором обеспечивается максимальная производительность Qmax.
При выборе числа позиций q в автоматической линии следует ограничить возможные отклонения от ^гаах таким образом, чтобы снижение производительности по отношению к Qmax не выходило за допускаемые пределы. Примем, что
=	(XVII-9)
Ч'опт
где ф. — коэффициент допустимого перепада производительности; ф7 = - 1,06-1,12;
QonT — оптимальная производительность линии, соответствующая 7ОПТ.
На рис. XVII-4 приведена кривая производительности автоматической линии, число позиций которой равно 28, исходя из старого технологического процесса обычной поточной линии, состоящей из 28 независимо работающих агрегатов. Кривая производительности показывает, что линия, состоящая из 28 станков, может дать производительность, равную лишь 1,22 шт./мин, в то время как рационально спроектированная линия в соответствии с формулой (XVII-6) может обеспечить производительность до 1,8 шт./мин. Следовательно, для обеспечения высокопроизводительной обработки детали потребуется разработать технологический процесс, осуществляемый при числе позиций, равном допт. Для определения допт можно пользоваться графическим методом, для чего строится кривая производительности (см. рис. XVI1-4) путем откладывания допустимого перепада производительности AQ по ординате Qmax:
AQ = Qmax^=-L	(XVII-10)
Проведя прямую, согласно стрелкам, на оси абсцисс, находим, что оптимальное количество позиций лежит в диапазоне от ^ОпТ1 = 7 до (?Опт2 = 16.
Таким образом, количество позиций в автоматической линии следует назначать исходя из всестороннего анализа производительности и экономичности работьйлинии как единого комплекса. Для любого предложенного варианта технологического процесса с соответствующим числом позиций q можно определить коэффициент который даст возможность оценить величину перепада производительности.
Таким образом, зависимость производительности автоматических линий последовательного агрегатирования от степени дифференциации техно-511
Рис. XV11-4. Графическое определение оптимального числа позиций автоматической линии
Рис. XVII-5. Корпусная деталь
логического процесса и концентрации операций (числа позиций q) имеет такой же характер как и для многопозиционных автоматов последовательного действия (см. рис. V-7). С увеличением числа рабочих позиций при обработке одних и тех же деталей длительность рабочего цикла сокращается, а внецикловые потери растут. Поэтому дифференциация технологического процесса может привести не только к повышению, но и к снижению производительности автоматических линий. <
При назначении количества позиций автоматической линии следует иметь в виду, что конструктор и технолог не всегда могут создать технологический процесс с любой степенью дифференциации и концентрации операций и создать линию с числом позиций, обеспечивающим теоретически максимальную производительность.
Для пояснения этого положения на рис. XVI1-5 показана корпусная деталь, которая обрабатывается на линии. Как видно из чертежа, деталь может обрабатываться одновременно с двух сторон. Так, для обработки детали с правой стороны необходимо выполнить целый ряд последовательных операций: фрезерование наклонного платика, фрезерование вертикального платика, зенкерование наклонных отверстий (отверстия предусмотрены в отливке), растачивание и развертывание наклонных отверстий, сверление отверстий под резьбу М10, нарезание резьбы М10, сверление отверстий Мб и нарезание резьбы Мб.
Каждую из этих операций нельзя совместить с другой, за исключением фрезерования наклонного платика и чернового зенкерования, которые можно выполнить в одной позиции комбинированным инструментом. Кроме того, на одной из позиций должен быть расположен механизм удаления стружки из глухих отверстий перед нарезанием резьбы. Такая же цепочка несовмещенных операций необходима для обработки слева и сверху. Если эта цепочка короче, минимальное количество рабочих позиций на линии не может быть сделано меньше девяти (#тех = 9).
Так как линия может включать несколько технологических участков, на границах которых происходит перебазировка детали, то минимальное число позиций, определяемое технологическим процессом #теХ, значительно превысит число позиций, обеспечивающее теоретически максимальную производительность 7тах. Таким образом, автоматическая линия может обеспечить не производительность Qmax, а значительно меньшую величину QT.
С другой стороны, технологический процесс нельзя дифференцировать беспредельно. Рассматривая обработку корпусной детали, нетрудно видеть, что если предварительную обработку отверстий и платиков можно дифференцировать, т. е. Осуществлять ступенчато, за несколько переходов, то такие операции, как развертывание наклонных отверстий, нарезание резьб Мб и М10, не могут осуществляться дифференцированно, последовательно 512
в нескольких позициях каждая из-за требования точности и качества обрабатываемых поверхностей. Степень дифференциации и концентрации операций определяет количество станков (рабочих позиций) q в автоматической линии. В дальнейшем решение задачи сводится непосредственно к выбору оптимальной структуры автоматической линии, где q является уже заданным пара-метпом.
§ 2. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРНЫХ СХЕМАХ КОМПОНОВКИ
Любая система машин последовательного действия может быть скомпонована по различным структурным вариантам — от поточной линии до автоматической с жесткой межагрегатной связью. Если все станки, составляющие систему машин, работают независимо один от другого, с последовательной передачей обрабатываемых деталей, то они составляют поточную линию. В поточной линии все станки работают, как правило, как полуавтоматы, а загрузка и съем обрабатываемых деталей, межстаночная транспортировка, уборка стружки и контроль производятся вручную рабочими-операторами.
При автоматизации станки оснащаются механизмами автоматической загрузки — выгрузки (автооператорами), межстаночной траспортировки (шаговыми транспортерами, лотками и т. д.), системами автоматического управления, а также зачастую механизмами контроля и уборки стружки. При этом система межстаночной транспортировки должна выполнять функции не только непосредственной передачи деталей от станка к станку, но и автоматического накопления заделов в случае несовпадения простоев соседних станков. Если каждый станок в линии имеет перед собой и после себя автоматический накопитель, то такой вариант называют линией с гибкой межагрегатной связью. При отсутствии накопителей в линии все станки блокируются один с другим и должны работать в едином ритме. Такой структурный вариант называют линией с жесткой межагрегатной связью. Могут существовать и промежуточные варианты — автоматические линии, разделенные на участки, где число накопителей в линии меньше, чем число станков. В качестве примера на рис. XVI-6 показаны возможные структурные варианты системы машины последовательного действия, состоящей из 12 станков. Как видим, кроме поточной линии и автоматических линий с гибкой и жесткой агрегатными связями существуют еще четыре промежуточных структурных варианта построения автоматической линии. Все они характерны тем, что несколько станков жестко конструктивно блокируются в участок, а на границах участков располагаются автоматические накопители. Так, по варианту 3 линия имеет шесть участков по два станка, по варианту 4 — четыре участка по три станка и т. д. Могут быть, разумеется, конструктивные варианты с участками из неодинакового числа станков в тех случаях, когда потери отдельных станков не равновелики, а линия делится по принципу равных потерь.
При неизменных собственных потерях и иных характеристиках станков, входящих в систему машин, ее производительность будет различной в зависимости от выбранной структурной схемы. В поточных линиях для обработки мелких деталей ввиду больших заделов между станками несовпадающие простои мало влияют друг на друга, поэтому производительность линии будет определяться производительностью лимитирующего станка (с минимальной производительностью). Если же все станки имеют одинаковую фактическую производительность, то производительность поточной линии практически будет равна производительности любого станка в линии при его индивидуальной эксплуатации.
17 Г. А. Шаумян	513

6)
§
г)
Рис. XV11-6. Структурные варианты построения системы машин последовательного действия:
а — поточная линия (п = q, А — 0); б — автоматическая линия с гибкой связью (п = q, Д > 0); в — автоматическая линия, разделенная на участки (1 < п <q);
г — автоматическая линия с жесткой связью (п — 1, Д — 1)
При любых иных структурных вариантах каждый станок в линии простаивает не только из-за собственных причин (смена инструмента, ремонт и регулировка механизмов, уборка стружки и т. д.), но также из-за простоев соседних станков и участков. Иными словами, наряду с собственными простоями станка неизбежно появляются дополнительные потери времени, величина которых зависит от структурного варианта автоматической линии. В этом случае производительность любого станка, включенного в линию, оказывается ниже, чем при индивидуальной, независимой эксплуатации. Так как в любой технологической цепочке производительность всех станков неизбежно уравнивается, то под производительностью автоматических линий следует понимать производительность любого станка в этой линии с учетом не только собственных, но и дополнительных простоев из-за влияния соседних станков. Наиболее удобно судить о производительности всей линии по производительности последнего, выпускного участка в линии.
Рассмотрим зависимость производительности автоматических линий от их структурного построения для простейшего случая, когда все станки линии имеют одинаковый период рабочего цикла Т и одинаковый уровень внецикловых потерь /п. Тогда при различных структурных вариантах линия имеет одинаковую цикловую производительность	и различный
коэффициент использования.
Как говорилось выше, собственные внецикловые потери одного станка состоят в условиях массового производства из потерь по инструменту и оборудованию, а также потерь на уборку стружки, прогрев линии, ее очистку, профилактические осмотры и т. д. При индивидуальной эксплуатации коэффициент использования одного станка
ПИС= 1-L. =TTS ’
+ Т
отсюда
Q = <?Лс = 4------Чг ~ г-' нЧ ’	(XVIW!)
1 + ~г
где /п и В — собственные внецикловые потери одного станка, приходящиеся на единицу продукции или единицу времени бесперебойной работы.
При включении станка в систему машин к собственным потерям добавляются дополнительные, и коэффициент использования снижается. Если все станки жестко сблокированы, то выход из строя любого механизма, устройства, инструмента приводит к остановке всей линии. Коэффициент использования автоматической линии с жесткой связью и учетом суммарных внецикловых потерь
^ = -^==^4-	(XVII-12)
где q — количество станков (рабочих позиций) в линии;
BQ — суммарные внецикловые потери линии с жесткой связью, равные сумме потерь всех станков, механизмов и устройств линии.
Постепенное возрастание количества последовательных позиций q в автоматических линиях приводит к значительному снижению их надежности в работе, так как любая неполадка инструмента или механизма вызывает остановку всей линии из-за наличия жесткой связи между позициями. Поэтому для уменьшения общих потерь автоматические линии делят на отдельные участки, между которыми располагаются магазины-накопители (рис. XVII-6, в), компенсирующие простои соседних участков. Так, в случае неполадок первого участка второй участок получает заготовки из накопителя на границе между первым и вторым участком. Если первый участок работает, а второй простаивает, заготовки поступают в накопитель. Если емкость магазинов-накопителей достаточна для того, чтобы полностью компенсировать простой соседних участков, то производительность участков
Q =---------------*------------- = ... , *	; (XVII -13)
№х + к[(Хс.' + 4)^-+^]+1
^ = (2сл)4- + ^,
где п — число участков, на которые разделена линия;
/м — потери магазина-накопителя на границе участка;
/уч — общие потери участка (рис. XVII-6, в);
-----число станков, сблокированных в участке.
Однако на практике магазины-накопители никогда полностью не компенсируют потерь, так как их емкость всегда ограничена. Поэтому в каждом участке наряду с собственными потерями, вызванными недостаточной долговечностью и надежностью в работе механизмов и инструмента, появляются дополнительные потери.
Величина дополнительных потерь каждого участка линии зависит от структуры ее компоновки. Если даже все станки в эксплуатации имеют одинаковую фактическую производительность, вследствие недостаточной емкости межоперационных заделов, их потери возрастают, а производительность снижается.
Производительность автоматической линии с учетом собственных и дополнительных потерь
~ Ktx + Д7учГ + 1 ’	VI1 '14)
где W — коэффициент возрастания внецикловых потерь, учитывающий влияние соседних станков и участков.
* д
Определим значение коэффициента TF. Возрастание внецикловых потерь происходит практически в любой линии из последовательно работающих машин вследствие несовпадения простоев различных машин как по величине, так и по времени их совершения. Практика показывает, что даже в поточных линиях создание гарантированных заделов-накопителей возможно только для сравнительно небольших размеров деталей (колец подшипников, зубчатых колес и т. д.), которые можно складывать возле станков.
Полное решение задачи определения коэффициента возрастания внецикловых потерь W можно осуществить, используя методы теории вероятностей, так как простои различных машин являются случайными величинами, не могут быть определены функционально и подчиняются законам случайного распределения. Однако в простейших случаях, когда линия разделена на участки по принципу равных потерь, а цикл работы всех участков одинаков, задачу можно решить обычными методами.
Обозначим через А коэффициент межучасткового наложения потерь. Это означает, что вследствие недостаточной емкости накопитель способен компенсировать лишь часть потерь соседнего участка, а именно (1—A) ty4 (рис. XVI1-7, а). Величина А зависит от емкости накопителя. Если накопитель большой емкости полностью компенсирует потери, то А = 0; при отсутствии накопителя А = 1.
Рассмотрим Z-й участок автоматической линии (рис. XVI1-7, б). Все учестки, расположенные перед ним (по ходу технологического процесса), вследствие своих простоев сообщают г-му участку дополнительные простои из-за нехватки заготовок; следующие за ним участки вызывают простои из-за переполнения накопителей.
Собственные потери первого участка линии
= tn - tn .	(XVII-15)
Благодаря магазину-накопителю между первым и вторым участками потери первого участка передаются на второй лишь частично. Потери второго участка
t2 - /уч + Д£уч = (1 + A)	(XVII-16)
При передаче на третий участок к собственным его потерям добавляют потери второго участка с вычетом той их части, которая компенсируется благодаря накопителю на границе между вторым и третьим участками:
;3 = /уч + /2_(1_ДКуч.
Подставим значение /2 из формулы (XVII-16):
/з = /уч + (1 + Д) /у, - (1 - Д)/уч = (1 + 2Д) /уч = /УЧ +
где — дополнительные потери третьего участка из-за нехватки заготовок.
12 3 4	... q,
аевш-а □ □ □ же □□ ш&вв-
------------------;---- ,г	-- S
— ' Продолжая аналогичные рассуждения для четвертого участка, получаем ?	'	/4 ~ W1 + ЗЛ); 4 ЗД/уЧа
• Для f-го участка It = Д (/ — 1) /уч.
Аналогичным путем можно определить дополнительные потери ьго участка из-за избытка заготовок вследствие простоев всех последующих участков (от i + 1 до п). В результате
= А(п — 1)/уч.	(XVII-17)
.Полные потери z-го участка складываются из собственных потерь плюс дополнительные потери из-за избытка и недостатка заготовок:
2/уч = /уч + <+/: = ^ч[1-ЬД(п-1)].	(XVII-18)
Из формул (XVII-14) и (XVII-18)
2<уч = ^ = /уч[-1 Н- Д (п — 1)],
откуда получаем значение коэффициента возрастания внецикловых потерь W - 1 + Д (ri— I).	(XVII-19)
Коэффициент возрастания внецикловых потерь одинаков для всех участков линии, хотя вид дополнительных потерь зависит от места расположения участка в линии. Так, участки, расположенные в начале линии, имеют возрастание потерь главным образом из-за переполнения накопителей, а участки в конце линии — из-за отсутствия заготовок в накопителях.
Подставляя значения коэффициента возрастания потерь в формулу (XVII» 14), получаем обобщенную формулу производительности
Q = '------------.	(XVII -20)
% +	4-Л(«-1)1 + 1
Формула (XVI1-20) справедлива для всех возможных вариантов компоновки технологических систем машин.
На рис. XVI1-8 показана зависимость производительности линий различного типа от числа участков и возрастания потерь. Все возможные' значения производительности технологической системы машин находятся между Qu (производительностью поточной линии с гарантированными заделами-накопителями) и (производительностью автоматической линии с жесткой межагрегатной связью). Для поточной линии с гарантированными заделами n q, Д 0, следовательно, W — 1. .Подставляя эти значения в обобщенную формулу (XVI1-20), получаем формулу производительности поточной линии
« = жтктт-<ху,1-20а’
Для --автоматической- линии с гибкой межагрегатной связью = q, Д >>Ю, W £> 1. Подставляя значения в формулу (XVII-20), получаем формулу производительности автоматической., линии^ с "гибкой, связью
Q —_____________А  ___________ ш
4*	[1 “Ь Д (ft — 1)] “Ь 1
(XVI1-206)
Рис.. XVII“8. Зависимость производительности ' автоматической линии от числа участков
Проведенные исследования автоматической линии с гибкой связью показали, что возрастание внецикловых потерь является несколько большим, чем в поточных линиях. Это объясняется, в первую очередь, тем, что в лотках-накопителях межстаночной транспортной системы можно создавать заделы ограниченной величины. Кроме того, возрастают потери из-за отсутствия наладчика вследствие усложнения обслуживания станков. Так, при обработке колец № 209 на встроенных в линию полуавтоматах 1261П с автооператорами коэффициент межстаночного наложения потерь Д — 0,1. В линиях с жесткой межагрегатной связью с делением на участки при условии существования гарантированных заделов-накопителей на границах участков получаем 1 <3 п << q\ Д — 0.
Подставляем общие значение п и Д в формулу (XVII-20):
. Q = —-------—.	(XVIL20B)
/^х+^п-^П + Л(п-1)1 + 1
В линии с жесткой межагрегатной связью при отсутствии промежуточных заделов-накопителей потери соседних станков и участков полностью накладываются один на другой. В этом случае Д = 1 и формула производительности получает вид
g ° <XVI1-2°r>
Формула является справедливой как для безбункерных автоматических линий, не разделенных на участки (п = 1), так и для тех линий, которые конструктивно выполнены в виде нескольких участков (1 < п <1 q), но без промежуточных накопителей. Примером линии второго типа являются автоматические линии «Блок-1» и «Блок-2», которые конструктивно выполнены в виде участков со своими транспортерами, системами управления, различной продолжительностью цикла обработки, но связанных между собой поворотным столом.
Следует отметить, что в таких линиях, несмотря на формальное наличие жесткой межагрегатной связи и отсутствие заделов, коэффициент межучасткового наложения может быть меньше единицы. Это происходит, например, при планово-предупредительной смене инструмента, которая производится одновременно на всех участках, в результате чего большая часть простоев по инструменту совмещается по времени. Например, для линии «Блок-2» коэффициент межучасткового наложения потерь, по данным проведенных исследований, составляет лишь Д = 0,38 -~0,4.
Подставляя в формулу (XVI1-12) значение величины общих потерь с учетом коэффициента возрастания, получаем обобщение формулы коэффициента использования:
. 1
Па'Л~ IX/ 1 + А(я-1) ’
1 + ^—------7—
(XVI1-21)
1 4-	[1 + A (zx— DJ
Частные формулы коэффициента использования для различных вариантов компоновки технологических систем машин (линии с гибкой связью, поточные линии и т. д.) можно получить из формулы (XVII-21) путем подстановки значений п и Д.
Формулы (XVI1-20) и (XVII-21) позволяют анализировать различные структурные варианты компоновки технологических систем машин (от поточных линий до автоматических линий с жесткой связью) и определять 518
ожидаемую производительность автоматических линий при их проектировании. Основная трудность при этом заключается в определении ожидаемого коэффициента межучасткового наложения потерь.
Теоретические исследования позволили доказать, что величина А не должна превы
®УЧ
OJ
0	5	10	15 п
Рис» XV Н-9. Величина относительного завышения при определении производительности линии без учета наложения потерь
шать 0,1—0,2. Отсутствие практических значений Л для действующих автоматических линий объясняется сложностью и трудоемкостью наблюдений и математической обработки результатов. Практически ни в одной автоматической линии не существует равных потерь для соседних станков или участков. Очевидно, достоверные значения коэффициентов межучасткового наложения потерь можно получить только путем математического моделирования работы автоматических линий.
Вместе с тем необходимо отметить, что учет коэффициента возрастания внецикловых потерь даже при известной степени межучасткового их наложения далеко не всегда оказывает существенное влияние на расчетную величину производительности. В первом приближении производительность автоматической линии, разделенной на участки, можно определить как производительность одного участка без учета возрастания внецикловых потерь (W = 1). Этот расчет дает завышенные значения производительности. Величина этого завышения
------L—_ в-------2—2--------/--------------.	(XVI1-22) T+ia-^+t
На рис. XVI1-9 показана зависимость величины от числа участков ха. л
в линии и коэффициента межучасткового наложения потерь. Графики построены из условий q = 20 и /м = 0 для станков с коэффициентом использования т] = 0,97, что соответствует агрегатным станкам, встраиваемым в автоматические линии. Графики показывают, что учет наложения внецикловых потерь даже при большом количестве участков оказывает минимальное влияние на расчетную величину производительности. Обычно число участков в линиях из агрегатных станков не превышает п = 2-ь4. Относительная ошибка в этом случае составит не более 3—5%. Совершенно очевидно, что в этих условиях нет практической необходимости учитывать наложение потерь, тем более, что достоверная величина коэффициентов А остается неизвестной. Следует производить расчет ожидаемой производительности линии как производительности участка по приближенной формуле
Q. л =--------£-------.
л	а
Kt* + Д7П + 1
§ 3. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАДЕЖНОСТИ СТАНКОВ, МЕХАНИЗМОВ И УСТРОЙСТВ
Одним из важнейших факторов, от которого зависит выбор компоновки линии, является ее эксплуатационная надежность. Повышение долговечности и надежности работы машин позволяет создавать автоматические линии с высоким коэффициентом использования, с высокой производительностью.
Фактическая производительность автоматических линий определяется длительностью их рабочего цикла и величиной внецикловых потерь, Согласно формуле (XVII-11) производительность линии
0^1.	— —.______L_
Ч у 1 |а» л 7*	V /	9
где S — суммарные внецикловые потери линии;
Т — рабочий цикл;
Ла. л — коэффициент использования автоматической линии.	.. .
Так как длительность рабочего цикла в проекте является расчетной величиной, то ожидаемая фактическая производительность линии будет определяться оценкой ее коэффициента использования. При достаточно полной загрузке линии (т)3 —> 1) производительность будет зависеть прежде всего от ее долговечности и надежности в работе. Подставляя в формулу (XVII-11) значение tn = <о9ср, получим
«=4—W”	(XVIh23)
1 + т
Здесь параметр потока отказов со (в рабочих циклах) и средняя длительность единичного простоя 6ср учитывают все собственные простои: для предупреждения, обнаружения и устранений отказов. Формула (XVI1-23) позволяет оценить зависимость производительности линии от показателей надежности ее в работе: параметра потока отказов системы машин и длительности единичных простоев. Как показывают графики (см. рис. III-19), надежность в работе влияет на производительность автоматических линий тем сильнее, чем короче рабочий цикл, т. е. чем выше интенсивность работы.
Чтобы быть уверенным в том, что автоматическая линия сможет обеспечить заданную по проектному заданию производительность, необходимо на стадии проектирования хотя бы в первом приближении оценить, какую надежность в работе будет иметь создаваемая автоматическая линия, т. е. ожидаемые значения со, 0ср, т]тех и т. д. Оценить ожидаемую надежность проектируемых автоматических линий невозможно без обобщения опыта эксплуатации действующих автоматических линий, без исследования их эксплуатационной надежности.
Надежность автоматических систем зависит как от надежности каждого из элементов, составляющих линию, так и от схемы их компоновки. В связи с этим повышение надежности автоматической системы машин может быть достигнуто. двумя путями: повышением долговечности и надежности всех машин, входящих в линию, т. е. сокращением собственных потерь; рациональной компоновкой автоматической линии, т. е. сокращением дополнительных потерь. Эти пути не являются равноценными, что подтверждается анализом важнейшего показателя, характеризующего надежность, — коэффициента использования автоматической линии.
С технической точки зрения наиболее совершенными являются автоматические линии с жесткой межагрегатной связью, сочетающие конструктивную простоту с минимальными затратами живого труда при своем обслуживании.
Однако жесткая межагрегатная связь приводит к тому, что все внецикловые потери полностью передаются на соседние станки и участки, т. е. коэффициент межучасткового наложения равен .единице, и система машин имеет минимальную надежность. 	~	:
Подставляя- значение"Д — 1 в обобщенную 'формулу' коэффициента использования [формулу (XVII-21) ], получим его значение для линий с жесткой межагрегатной связью, которые имеют один магазин в начале линии,
 (XVn’24)
или, пренебрегая потерями из-за неполадок магазина,
(XVII-24a)
Выразим коэффициент использования линий с жесткой связью через коэффициент использования отдельных станков в линии:
Подставляем значение В в-формулу (XVII-24a), получим
Па.л =------------>	(XVII-25)
Чис
где Чис — коэффициент использования станка с учетом собственных потерь.
При проектировании автоматической линии т)а л является обычно заданной величиной, которую необходимо обеспечить как конструктивными методами, так и заданной системой эксплуатации.
Определим значение коэффициента использования отдельных станков, который необходимо обеспечить, чтобы получить заданный коэффициент использования автоматической линии с жесткой связью. Решая формулу (XVI1-25) относительно т)ис, получим
ЛзС 1 +Па.л(<7-1)
(XVII-26)
Как показывают графики (рис. XVII-10), для обеспечения заданного коэффициента т|а> л в линиях для сложных процессов (с большим q) все станки должны обладать высокой надежностью в работе. Так, например, для того чтобы линия из 10 станков могла работать с коэффициентом использования Ла. л = 0,7, каждый из станков линии должен иметь коэффициент использования примерно 0,95.	' .	-
Сопоставляя значения фактических коэффициентов использования (см. гл. XVI, § 5) с требуемыми, легко видеть, что если для агрегатных станков -при-обработке корпусных деталей создание автоматических линий с жесткой связью является возможным и целесообразным, то для токарной обработки такие линии имели бы слишком малый коэффициент использования.
Для повышения надежности системы машин приходится строить автоматические линии с заделами-накопителями. Такой метод, хотя и приводит к. уменьшению дополнительных потерь и росту производительности линии, обладает большими недостатками.
В тех случаях, когда в качестве накопителей для крупных деталей используют рольганги, это приводит к росту затрат живого труда, увеличению обслуживающего персонала.
Магазины-накопители из-за недостаточной емкости не компенси-
Рис. XVII-10. Зависимость необходимого уровня надежности станков от заданного коэффициента использования автоматической линии с жесткой связью
руют полностью потерь соседних участков. Однако даже в тех случаях, когда компенсация почти полная, введение магазинов-накопителей имеет убывающую эффективность. Таким образом, хотя путем введения магазинов-накопителей и удается в некоторой степени повысить производительность линии, но решить проблему надежности автоматических систем невозможно, пока не будет решена проблема надежности самих рабочих машин, из которых компонуются линии.
Наиболее перспективным является первый путь, которые связан с техническим совершенствованием, новой техники. Повышение надежности и долговечности машин и сокращение их собственных потерь достигается технологическими, кострукторскими и эксплуатационными методами. Технологические методы повышения долговечности и надежности машин связаны с применением новых технологических методов и процессов обработки, которые позволяют значительно повысить прочность, износостойкость, чистоту поверхностей ответственных деталей и сопряжений, работающих в условиях высоких нагрузок, температур, сил трения и т. д. Это позволяет снизить частоту отказов механизмов и устройств, увеличить сроки их службы, межремонтные периоды автоматической линии, повысить точность обработки и технологическую надежность.
Конструкторские методы повышения надежности означают разработку новых, более совершенных конструкций и принципиальных схем механизмов и устройств, более надежных как с точки зрения частоты отказов, так и длительности их обнаружения и устранения. Это относится не только к целевым механизмам, но и к инструментальной оснастке, а также к аппаратуре управления, к которой предъявляются особенно высокие требования в отношении надежности в работе. Конструктивным совершенствованием механизмов, устройств, аппаратуры, инструмента можно либо улучшить условия их работы для сокращения интенсивности отказов, либо обеспечить быстро-сменность для сокращения длительности простоев, либо решить обе задачи одновременно.
Современное проектирование машин дает множество примеров новых, более надежных конструкций. Рассмотрим некоторые из них. На рис. XVI1-11, а показана кострукция микропереключателя мгновенного действия типа МП-1 с самовозвратом и односторонним приводом, предназначенного для использования в качестве путевого и конечного выключателя при управлении рабочим циклом автоматов и автоматических линий. Команда подается от органа управления (кулачок, упор, копир' и т. д.), который нажимает на толкатель 1 и тем самым сжимает пружину 2. Рычаг 3 освобождается, и пружина 4, упираясь одним концом в стенку корпуса, поворачивает рычаг 3 вокруг своей оси. Рычаг нажимает на палец 5, преодолевая сопротивление демпфера 6, и через штифт 7 и головку 8 переключает пружинный контакт 9 с контакта 10 на контакт 11.
Такие переключатели, широко применяемые в автоматических линиях, далеко не всегда соответствуют высоким требованиям, предъявляемым к их надежности, что объясняется двумя основными причинами: пригоранием контактов и нерациональной схемой передаточных механизмов. Усилие пружины 4, переключающей контакты, тем меньше, чем больше угол поворота рычага 3, поэтому ослабление пружины или возрастание сопротивления в демпфере или пружине контакта может привести к тому, что при нажатии на толкатель 1 микропереключатель не срабатывает. В то же время усиливать пружину 4 нельзя, так как в этом случае она может, преодолев сопротивление пружины 2, самопроизвольно переключить контакты. Этот недостаток устранен в предложенной автором конструкции микропереключателя повышенной надежности 1 (рис. XVII-11, б).
1 Шаумян Г. А. Микропереключатель. «Бюллетень изобретений и товарных знаков». Авторское свидетельство № 156982, класс НО2с; 21 с. 1963, № 17.
Изменению подверглись только две детали микропереключателя: рычаг 3 и пружина 4. В рычаге сделано отверстие, через которое проходит один из концов пружины. Теперь толкатель 1 при своем перемещении не просто освобождает рычаг 5, но и нажимает на него через пружину 4. В результате усилие нажатия пружины на рычаг 3 не ослабевает при повороте, а сохраняется постоянным. Пружина 4 дополнительно деформируется при свободном ходе толкателя 1 после переключения. В свободном состоянии пружины 2 и 4 не противодействуют друг другу, так как усилие пружины 4 на нижней головке толкателя 1 уравновешивается силой, приложенной к головке толкателя концом рычага 3, находящегося под действием нижнего конца пружины 4. Пружина 4 при верхнем положении толкателя находится в свободном состоянии, чем обеспечиваются ее высокая долговечность и усталостная прочность. Ее усилие уже не может привести к самопроизвольному переключению. Все эти факторы и обеспечивают более надежное переключение контактов.
Создание быстросменных конструкций наиболее перспективно для тех элементов, которые по природе своей наиболее подвержены отказам и выходам из строя, имеют низкую долговечность. Сюда относятся, прежде всего, режущие инструменты, высокоскоростные шпиндели, аппаратура управления. Снижение потерь, например в 2 раза, может быть обеспечено как двукратным сокращением количества отказов, так и уменьшением в 2 раза длительности каждого простоя; при этом во многих случаях второй путь является более перспективным. Например, значительное повышение стой-
кости инструмента требует целого комплекса мероприятий по изысканию новых инструментальных материалов, геометрии инструмента, методов и системы заточки, новых охлаждающих средств и т. д. Эквивалентный эффект может быть получен применениехМ конструкций инструмента с предварительной настройкой на размер вне станка.
Эксплуатационные методы повышения надежности связаны прежде всего с полной реализацией возможностей, заложенных в конструкциях автоматических линий, что достигается повышением квалификации наладчиков и рациональной системой обслуживания линии. Все методы повышения надежности: технологические, конструкторские и эксплуатационные являются взаимосвязанными и дополняющими Друг друга. Повышение надежности автоматических линий — сложный и трудный процесс, связанный с непрерывными исканиями, с успехами и неудачами, с длительными сроками разработки, апробирования и доводки новых технологических процессов, схем и конструкций, который неизбежно приводит к совершенствованию самих машин, позволяет поднимать их на новую, качественно более высокую ступень.
§ 4.	ВЫБОР СТРУКТУРЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Для второй стадии автоматизации характерно объединение отдельных станков в малые и большие участки автоматических линий, что в настоящее время считается экономически эффективным. При этом важным считается вопрос о том, какое количество станков следует сблокировать в автоматическую линию с жесткой связью. Решение этой задачи связано в первую очередь с проблемой надежности машин и затратами на средства автоматизации, т. е. экономической, эффективностью.
Наилучшим вариантом автоматической линии следует считать такой, когда все рабочие машины, осуществляющие технологический процесс, жестко связаны между собой единым транспортным устройством, а деталь последовательно проходит все. стадии обработки. Здесь имеется в виду создание автоматических цехов и заводов, т. е. осуществление следующей стадии развития автоматизации.
На практике число станков, входящих в автоматическую линию, часто выбирают исходя из технологического процесса обработки и конструктивных соображений. В большинстве случаев это число колеблется от 2 до 30. Однако в настоящее время. из-за недостаточной надежности технологического оборудования и средств автоматизации еще нет возможности создавать линии со сквозным транспортом, охватывающие все этапы изготовления продукции. Поэтому автоматическую линию, состоящую из большого количества машин, обычно разбивают на отдельные участки. При этом с увеличением числа участков, как было сказано выше, падает производительность труда и растет величина незавершенного производства.
При выборе оптимальной структуры компоновки автоматической линии необходимо определить, сколько станков можно объединять в жесткую автоматическую линию для достижения максимальной производительности общественного труда. Решение этой задачи требует сопоставления параметров поточной линии из станков с автоматическим циклом работы и автоматической линии из тех же, но жестко сблокированных станков.
Известно, что автоматические линии машин с жесткой связью из-за малой надежности механизмов и инструментов имеют значительно больше потерь, чем машины, работающие отдельно в потоке (поточные линии).
При увеличении количества сблокированных станков возрастают суммарные простои автоматической линии с жесткой связью за счет потерь, присущих каждому из объединяемых станков. На рис. XVII-12 представлен график, показывающий снижение производительности автоматической-линии 524
Рис. XVII-12. Зависимость роста производительности ф автоматической линии от количества q станков (при различных внецикловых потерях В) и коэффициента v роста цикловой производительности
с увеличением количества (q) жестко связанных станков. При этом, как видно, чем больше относительные в нецикловые потери В каждого станка, тем меньше производительность линии при одинаковом количестве сблокированных станков. Кроме того, необходимо учитывать дополнительные затраты на средства автоматизации, потребные для создания автоматической линии (транспортеры, системы управления, магазин-накопитель и т. п.).
Потери производительности и затраты на средства автоматизации должны быть скомпенсированы путем экономии рабочей силы, в противном случае автоматическая линия может оказаться менее эффективной, чем действующая поточная. Чтобы обеспечить максимальный рост производительности труда по сравнению с поточной линией из таких же станков, необходимо сравнить все затраты живого и прошлого труда при эксплуатации автоматической и поточной линий, состоящих из одинакового числа станков, приняв за базовый вариант поточную линию, а за сравниваемый — автоматическую.
Для упрощения решения поставленной задачи с достаточной точностью можно принять следующие допущения.
1.	При одинаковой степени дифференциации количество позиций в автоматической линии равно числу станков поточной линии.
2.	Все станки поточной линии имеют межоперационные заделы, следовательно, могут работать независимо один от другого. Остановка любого станка не вызывает простоя остальных, так как детали с одной позиции на другую обычно транспортируются вручную с использованием рольгангов, вмещающих по 5—6 деталей, которые и представляют собой некоторый задел. Кроме того, имеется возможность размещать часть задела непосредственно около станка.
3.	Станки автоматической линии с жесткой связью не имеют межоперационного задела, так как связаны единым транспортным устройством, поэтому выход из строя одной позиции обработки вызывает простой всей линии.
4.	Годовые текущие затраты (на ремонт, вспомогательные материалы и др.) для автоматической линии во столько раз больше по сравнению с поточной, во сколько выше стоимость самой линии (чем дороже автоматическая линия, тем больше эксплуатационные затраты).
5.	Стоимость комплекта средств автоматизации не зависит от количества q сблокированных станков, так как затраты на накопитель, системы управления и блокировки, привод транспортера не зависят от изменения числа станков в малом диапазоне.
6.	Потери на всех станках приняты равными.
7.	Внецикловые потери вновь вводимых средств автоматизации не учитываются.
Для пояснения третьего допущения отметим, что в исследованиях автоматических линий в условиях эксплуатации наблюдается малая длительность большинства простоев оборудования. Так, для автоматической линии из агрегатных станков для обработки картера сцепления вероятность отказа длительностью до 1 мин составляет 0,04 % (в среднем один отказ на 2500 циклов), вероятность неполадок длительностью Г--2 мин— 0,014%
(один отказ на 7150 циклов). Длительные простои наблюдаются крайне редко и в нашем случае не учитываются. В итоге средняя суммарная вероятность возникновения неполадок любой длительности составляет 0,068% (один отказ на 1470 циклов), а среднее время единичного простоя при устранении неполадок — 1,4 мин. Таким образом, при цикле 1—2 мин, характерном для большинства линий из агрегатных станков, на каждой рабочей позиции задел, необходимый для обеспечения бесперебойной работы всей поточной линии в течение рабочего дня, составляет 3—5 деталей.
Коэффициент роста производительности общественного труда при замене поточной линии на автоматическую
% =	(XVI1-27)
Ап. л
где Да.л и Лп л — производительность труда, обеспечиваемая соответственно автоматической и поточной линиями.
С учетом всех трудовых затрат для обоих сравниваемых вариантов при одновременном их вводе в эксплуатацию (L = 0) согласно формуле (II-13) имеем
х=ф > + *(+в
kv 4- N mdcp 4——
Проанализируем соотношение технико-экономических показателей сравниваемых автоматической и поточной линий. Рост производительности оборудования согласно формулам (XVII-11) и (XVII-12)
гл —	< Л __ л . 1 ~Г В __ „ 1 4~ В
Qn, л 1 Qi*n> л 1 4”
(XVI1-28)
где у —	— коэффициент роста цикловой производительности.
^п. л
Относительное удорожание автоматической линии по сравнению с поточной
п . л , М? 4- а/И _ . ± а
~	-1 1 Я 9
(XVI1-29)
где /И — усредненная стоимость одного станка в линии в руб.;
а — коэффициент относительной стоимости комплекта средств автоматизации (магазина-накопителя, транспортера, системы управления, контрольно-блокировочных устройств и пр.) по сравнению с усредненной стоимостью одного станка.
Сокращение живого труда при обслуживании автоматической линии по сравнению с поточной
_ Я q , я □	, зи
гр	Oq -4--------------- 1_ —------
_ жп. Л /о	_ ?о *н
(XVII-30)
где z0 и — число станков, обслуживаемых одним оператором и одним наладчиком;
Зо и Зн — условная годовая заработная плата одного оператора и одного наладчика.
Поскольку в соответствии с принятым допущением 7 внецикловые потери комплекта автоматизации не учитываются, то число станков, обслуживаемых одним наладчиком на поточной и автоматической линиях, считаем одинаковым. Из формулы (XVI1-30) видно, что величина в не зависит от числа позиций сравниваемых автоматической и поточной линий.
Согласно допущению 4
6Ф = а = 1 4- JL.
Подста в л я я получены не значения ф, о, 8, б в формулу (П-13), найдем зависимость коэффициента роста производительности общест-венного труда X при создании автоматической линии взамен поточной в функции от рассматриваемых сравнительных коэффициентов и числа блокируемых станков q:
Рис. XVИ-13. Зависимость производительности автоматической линии X от числа позиций q
V(1+g)[fe + /V(m+1)]
(1 + Bq) Г(й + Wm)(l + -Д) + 4-]
L	\ Ч / ь -1
(XVI1-31)
На рис. XVII-13 представлены графики Z в зависимости от q. Характер кривых показывает, что с ростом q производительность труда растет до определенного предела, достигает экстремального значения и затем падает.
На рост производительности труда резко влияет рост цикловой производительности у, что еще раз подтверждает важность повышения потенциала производительности рабочих машин. Особенно следует отметить влияние показателя относительных потерь В, который характеризует надежность станков. Из графиков видно, что чем больше потери, т. е. меньше надежность, тем меньше станков можно объединить в жесткую автоматическую линию. Так, при В = 0,05 qmaK = 6, а при В = 0,02 дп1ах = 12 (при а = 3), причем с увеличением относительных внецикловых потерь В каждого станка кривые располагаются ниже. Блокирование в автоматическую линию станков, имеющих низкую надежность (В ^>0,05), приводит к тому, что при любом количестве блокируемых станков автоматическая линия обеспечивает меньшую производительность труда, чем поточная линия. Деление таких линий на участки приведет к еще большему снижению экономического эффекта, ибо дублирование средств автоматизации требует значительных дополнительных затрат. Поэтому создание таких автоматических линий нецелесообразно и может привести лишь к материальному ущербу.
Кривые на рис. XVII-14 показывают зависимость роста производительности труда от затрат а на автоматизацию и числа станков q. Кривые имеют такой же характер, как и в предыдущем случае (см. рис. XVII-13); при этом чем больше затраты на автоматизацию а, тем ниже рост производительности труда. Здесь, как и на предыдущем графике, X = 1 соответствует уровню производительности труда, достигаемому на поточных линиях.
С удешевлением средств автоматизации (уменьшением ос) максимумы кривых смещаются влево, при этом рост производительности труда значительно повышается. С другой стороны, чем дороже средства автоматизации, тем больше станков следует объединять в автоматическую линию с жесткой связью, так как затраты на автоматизацию приходятся на большее число станков.
Таким образом, точка зрения, что рентабельными могут быть только короткие автоматические линии, не может считаться абсолютной. Так, при а ~ 9 (см. рис. XVII-14) целесообразно объединять в одну линию 18—20 станков. Если число станков в линии уменьшить вдвое, то даже при у = 1,2 рост производительности труда на автоматической линии не только уменьшится, но линия окажется неэффективной (X — 0,95 -г0,98).
Рис. XV И-14. Зависимость коэффициента Проста производительности труда от величины затрат а на средства автоматизации и количества станков q, блокируемых в линию при различных у (К = 5; т =0,3; W = 10; е = 3; В = 0,02)
Максимальное значение роста п р оизводительности тр уда, соответствующее <7тах, может быть найдено аналитически. Взяв частную производную от q в уравнении (XVII-31) и приравняв ее к нулю, получим
(XVII-32)
Подставляя значение в формулу (XVII-31), получим значение Хтах, показывающее целесообр азность создания автоматической линии (при
Анализ формулы (XVII-32)
подтверждает выводы из рассмотрения графиков о том, что основными факторами, определяющими число бло-
кируемых в автоматическую линию машин, являются надежность станков и стоимость средств автоматизации.
Для анализа перспектив комплексной автоматизации определим предельные требования к надежности рабочих машин и стоимости средств автоматизации в зависимости от требуемого уровня роста производительности труда X. Подставив в формулу (XVII-31) значение ^тах, после преобразований получим
у(1+£)[/? + ЛДт+1)]
(1 + НС) [(6 + Ata)(l+ + А] ’
(XVI1-33)
где
(XVII-33а)
Решая уравнение (XVII-33) относительно С, будем иметь
V № + Гу (I + В) (Л + Л') — Л у- — )1 — О
с = ~--------------г--------------------Г------, (XVII.34)
где
А = & -|~ Am; D — % pl ц Д- —Д- р,—.
Таким образом, на основе зависимостей (XVII-31), (XVII-32), (XVII-33) при проектировании автоматической линии можно гарантировать заданный уровень роста производительности труда, блокируя в линию такое количество станков <7тах, которое позволит обеспечить получение требуемой величины X. При этом одновременно определяются требования к уровню надежности блокируемых станков В и допускаемым затратам на дополнительные средства автоматизации а. Исходными данными здесь являются-показатели поточной линии k и т и автоматической линии г и у.
На рис. XVII-15 приведена зависимость С от уровня роста производительности труда X при различных сроках службы оборудования N (в годах). Как видно, с возрастанием X величина С падает, т. е. повышаются требования к уровню надежности станков В и величине затрат на средства автоматизации сс. С сокращением сроков службы эти требования становятся еще более значительными.
Вычислив величину C~]/czB, можно, задаваясь значением В, определить ос (или наоборот). После этого можно рассчитывать значение qmax на основании равенства (XVII-32) и значения ц по формуле
=	(XVII-35)
Округляя полученный результат до целого числа и подставляя его в формулу (XVII-33), получим скорректированную величину X.
Пример 1. Рассмотрим определение минимальных требований к надежности
Рис. XVH-15. Влияние коэффициента А, роста производительности труда и сроков службы N автоматической линии на допустимые значения Виа
оборудования В и стоимости средств автоматизации а при значениях технико-экономических показателей; k = 5; т = 0,3; е = 3; у — 1,2; X = 14-2; N = 10 лет.
Подставляя исходные данные в формулу (XVI1-34), получим С — 0,32. При этом возможны различные комбинации значений а и В. Так, при С = 0,32 возможен следующий ряд соотношений В и а;
В	0,01	0,22	0,03	0,04	0,05
а	10,2	5,1	3,4	2,5	2,0
Как правило, возможность повышения надежности оборудования ограничена по сравнению с уменьшением стоимости средств автоматизации. Поэтому, задаваясь величиной достигнутого уровня надежности станков, блокируемых в автоматическую линию, и подставляя В в равенство С — У аВ при известном значении С, найдем допустимое значение а.
Пусть В — 0,02, тогда стоимость средств автоматизации не должна превышать пятикратной стоимости одного станка (а — 5,1). Из формулы (XVII-35) получим, что количество станков, которые следует объединить в автоматическую линию с жесткой связью, <7тах = 13,4, т. е. при данных условиях наиболее целесообразно объединять в автоматическую линию 13— 14 станков, обеспечивая X = 1,2. Если для рассмотренного примера при В = 0,02 действительные затраты на средства автоматизации могут быть меньше по сравнению с допустимыми (а < 5,1), то рост производительности труда может быть выше заданного значения X = 1,2. При этом количество блокируемых в автоматическую линию станков уменьшится.
Так, если в нашем примере затраты а = 4, то при этом получим ^тах — 12. Рост производительности труда (по сравнению с поточной линией) в этом случае X == 1,27, т. е. на 5,8% выше заданного. Если же эти затраты значительно превышают требуемый уровень (а — 9), то максимальный рост производительности труда на автоматической линии будет ниже заданного и составит X = 1,07 при gmax = 18.
Приведенный анализ позволяет объективно оценить и прогнозировать пути и направления комплексной автоматизации производственных процессов с учетом взаимосвязи факторов, влияющих на рост производительности труда, выявить перспективные требования к уровню надежности оборудования, к величине допустимых затрат на средства автоматизации, а также решать задачи блокировки оптимального количества станков в автоматическую линию с жесткой связью, обеспечивающую максимально возможный экономический эффект.
Пример 2. Выбор оптимальной структуры компоновки автоматической линии обработки корпусной детали типа картера.
Заготовкой картера является точная отливка, форма и размеры которой весьма близки к форме и размерам готовой детали. В соответствии с разработанным технологическим процессом обработки картера количество позиций (агрегатных станков) в линии q = 16. Длительность цикла обработки составляет 1,36 мин. Срок службы линии N — 10 лет. Средние потери одной рабочей позиции на основе наблюдений за работой агрегатных станков В — 0,02.
Балансовая стоимость всех станков линии 167 130 р., откуда усредненная стоимость одного станка
167 130
= 10 440 р.
Комплект автоматизации для создания автоматической линии с жесткой связью включает в себя магазин-накопитель (20 тыс. руб.), транспортеры (33 тыс. руб,), поворотный стол (10 тыс. руб.) и электрооборудование (10 тыс. руб.) общей стоимостью 73 тыс. руб.
Коэффициент относительной стоимости комплекта автоматизации
а =
73 000
10 440 “
Годовые издержки эксплуатации для линии складываются из следующих основных расходов: затраты на текущий ремонт и обслуживание; расходы на инструмент; расходы на электроэнергию. Годовые затраты на текущий ремонт и обслуживание агрегатных станков линии определим исходя из ремонтосложности механического и электрического оборудования и стоимости единицы ремонтосложности за год. Ремонтосложность механического оборудования (суммарная для 16 агрегатных станков) составляет 260 единиц, ремонтосложность электрооборудования — 248 единиц. Годовые затраты на единицу ремонтосложности принимаем: для механического оборудования — 32,3 р., для электрического оборудования — 16,2 р. Тогда годовые затраты на текущий ремонт поточной линии равны 260-32,3 4“ 248-16,2 = = 12 400 р.
Годовые расходы на режущий инструмент в соответствии с технологическим процессом и данными эксплуатации агрегатных станков на ЗИЛе с учетом стоимости израсходованного инструмента и стоимости переточек для нашего примера определены в размере 1000 р. Затраты на электроэнергию, исходя из фактической мощности электродвигателей станков, равной 154 кВт, с учетом годового фонда времени, а также использования эектродвигателей по мощности и использования оборудования по времени за год составляют 4000 р. В результате годовые издержки эксплуатации поточной линии из рассматриваемых агрегатных станков составят
Tv = 12 400 -Г 1000 4- 4000 = 17 400 р. ип. л	11	F
Годовые затраты живого труда (7\п л) на поточной линии (производственную заработную) определим исходя из двухсменной работы линии, фактического количества рабочих и среднемесячного уровня заработной платы.
Поточную линию в нашем примере обслуживают 16 операторов и 4 наладчика в смену (г0 — 1; ан = 4). Среднемесячная заработная плата оператора 30 = 120 р., наладчика Зн = = 140 р. При этом дополнительная заработная плата составляет 6,2%, начисление на заработную плату — 7,5%, или в сумме 13,7%. Тогда годовой фонд заработной платы с начислениями при двухсменной работе на поточной линии будет
Thri л = (120-16 4- 4-140) -2-12-1,137 = 67 675 р.
На основе полученных данных определим значение технико-экономических показателей поточной линии и автоматической линии с жесткой связью. Стоимость поточной линии Тп
„	е	РП’Л
в первом приближении можно считать равной стоимости входящих в нее станков без учета стоимости вспомогательных транспортных устройств.
Коэффициент технической вооруженности живого труда для исходного варианта — поточной линии
k =
^П.л
167 130 _
67 675 ~
Коэффициент энергоматериалоемкости для
поточной линии
Рис. XVII-16. Рост производительности труда А на автоматической линии в зависимости от числа
жестко связанных станков q
Коэффициент сокращения живого труда при обслуживании автоматической линии по сравнению с поточной
2%, А	120	140
о	л   £н 	1	4
Г/1а. л	140
2н	4
= 4,43.
Коэффициент роста цикловой производительности для нашего примера принимаем ?= 1, т. е. цикловую производительность станков в автоматической линии с жесткой связью считаем такой же, как в поточной линии.
Подставляя значения всех величин в формулу (XVII-32), определим количество станков, которые целесообразно объединять между собой в автоматическую линию с жесткой связью, чтобы обеспечить максимальный при данных условиях рост производительности общественного труда по сравнению с поточным производством:
<7гпах —
0,02*1 2,47 4- 10
7п1зх —
6,95 (2,47-4-10-0,257)
0,257 4-
= 15,5.
Таким образом, при данных условиях наиболее целесообразно связывать между собой жестко в автоматическую линию по 15—16 станков, т. е. для рассмотренного в примере технологического процесса все 16 агрегатных станков следует объединить в единую автоматическую линию с жесткой связью. Рост производительности труда при этом по сравнению с поточным производством определим в соответствии с формулой (XVII-31):
__________1 (1 4- 0,02) [2,47 4- 10 (0,257 4- 1)]	 (1 + 0,02-16) Г(2,47 + 10-0,257) ( 1 +	) + -2J-
L	\	10	/	4,40
Таким образом, внедрение автоматической линии из агрегатных станков с жесткой связью для обработки картера при 10-летнем сроке службы оборудования обеспечит рост производительности общественного труда на 23% по сравнению с поточным производством (рис. XVII-16).
§ 5. КОНСТРУКТИВНАЯ КОМПОНОВКА АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
По мере развития комплексной автоматизации в различных областях машиностроения появляется все больше автоматических линий, конструктивное решение которых может быть использовано и на других объектах.
Компоновка автоматических линий разрешает проблему взаимного расположения и связи отдельных станков и системы межстаночного транспорта. Важным фактором компоновки автоматических линий является система межстаночного транспорта, в зависимости от которой можно различать линии со сквозным транспортом без перестановки деталей, с транспортной системой с перестановками деталей, у которых транспортная система, кроме того, предусматривает заделы-накопители.
Выбор системы межстаночного транспорта автоматической линии в значительной степени определяется не только видом заготовок, но и характером протекания технологического процесса.
В табл. XVII-1 приведена классификация автоматических станочных линий в зависимости от вида агрегатирования и системы межстаночного транспорта. В автоматических линиях со сквозным транспортом обрабатываемые детали до окончания обработки не снимаются с несущей части транспортера. В таких линиях единая транспортная система проходит через все рабочие позиции. Детали вместе с транспортером проходят через зону обработки. На всех рабочих позициях деталь во время обработки, оставаясь на транспортере, фиксируется и- зажимается по базовым поверхностям.
Цикл работы механизмов сквозного транспорта состоит из следующих операций; разжим деталей после окончания операций обработки на всех позициях; шаговое перемещение каждой детали в следующую позицию; зажим и фиксация деталей в приспособлениях. Для изменения ориентации деталей между рабочими позициями в системах сквозного транспорта применяются поворотные столы, кантователи и т. п., работающие синхронно с остальными транспортирующими механизмами.
Классификация автоматических станочных линий
Таблица XVII-1
Вид агрегатирования	Система межстаночного транспорта		
	без перестановки изделий	с перестановкой изделий	с заделами-накопителями
Однопоточная автоматическая линия			^j"D * О»
Автоматическая линия параллельного агрегатирования			
	□ □ □ □		JOOJ
			
Многопоточная автоматическая линия	«“О'		
В настоящее время наиболее отработанными являются компоновки линий для изготовления деталей, которые при выполнении различных технологический операций находятся в неподвижном состоянии, т. е. не вращаются. На таких линиях выполняются операции сверления, зенкерования, растачивания отверстий, нарезания резьбы в отверстиях, фрезерования плоскостей. Эти линии изготовляются из нормализованных узлов (агрегатных станков), что значительно сокращает сроки проектирования, изготовления и сборки линий и снижает стоимость их изготовления по сравнению с линиями других типов. Линии из агрегатных станков со сквозным транспортированием деталей характеризуются определенным расположением станков относительно транспортных устройств. Транспортер для перемещения деталей от одной рабочей позиции к другой проходит между станками линии параллельно базовым плоскостям обрабатываемых деталей. Компоновка со сквозными транспортерами, проходящими между станками линии, представлена на рис. XVII-17.
Прямоточный (сквозной) транспорт наиболее распространен, так как он конструктивно прост, надежен в работе и обеспечивает наименьшее вспомогательное время. Кроме прямолинейной компоновки такие линии могут иметь планировку в виде буквы Г или П, либо замкнутого прямоугольника. Наиболее удобными, с точки зрения их обслуживания, являются линии, вытянутые
Рис. XVII-17. Прямолинейная компоновка линии со сквозным транспортером
Рис. XVII-18. Схема автоматической линии с промежуточным поворотом деталей: / — загрузка деталей; 2 — 5, 7—9 — рабочие позиции; 6 — поворотный стол; 10 — выгрузка деталей по прямой, но при большой ее длине работа наладчика усложняется, так как ему приходится затрачивать на обслуживание линии больше времени. Линии со сквозным транспортером, спланированные в виде буквы П или в виде прямоугольника, являются более сложными по конструкции, но достаточно удобными в обслуживании.
Большинство корпусных деталей необходимо обрабатывать не с двух, а с большего количества сторон, поэтому зачастую в автоматические линии встраиваются поворотные устройства. На рис. XVII-18 приведена схема линии, на которой обрабатываемые детали также перемещаются в одном потоке, но в отличие от предыдущей линии она состоит из двух участков. Между участками установлен автоматически действующий поворотный стол, который после обработки детали с двух сторон на участке 1 поворачивает ее на 90°, что дает возможность на участке 2 обработать ее еще с двух сторон. В линиях такого типа перемещение деталей на каждом участке выполняется, как правило, отдельными транспортерами.
Стремление к увеличению объема механической обработки сложных деталей на автоматических линиях привело к значительному увеличению количества станков, объединяемых в одну линию, что не всегда допустимо. Для повышения коэффициента использования линий, состоящих из большого количества станков, линии разделяют на участки, вводя на границе между ними накопители деталей. Схема двухучастковой однопоточной линии с накопителем показана на рис. XVII-19.
Участок 1 объединяет две секции, состоящие из шести станков, а участок 2—одну секцию из пяти станков. В случае вынужденной остановки участка 2 станки участка 1 продолжают работу, а детали, обработанные на первых шести станках, поступают в накопитель. После пуска в работу участка 2 детали передаются с участка 1 с помощью поперечного транспортера. При простое участка 1 участок 2 будет работать, а заготовки для него поступают из накопителя.
Детали сложной формы, не имеющие устойчивых базовых поверхностей для их ориентации и транспортирования непосредственно по направляющим транспортера, перед началом обработки на автоматической линии устанавливаются и закрепляются на загрузочной, позиции в приспособления-спутники, которые затем вместе с обрабатываемыми деталями перемещаются от станка к станку и по окончании обработки возвращаются в исходное положение. Спутники создают сложные базовые поверхности, с помощью которых неустойчивые детали устанавливаются и закрепляются на рабочих позициях линии. При этом механизмы сквозного транспорта значительно усложняются, .так как помимо основного транспортера требуется .транспортер возврата ййутников с последней операции линии на первую, загрузочную позицию, и промежуточные транспортеры, передающие спутники с основного транспортера на возвратный и наоборот. В настоящее время выпуск автоматических линий с приспособлениями-спутниками составляет около 40—45% общего количества выпускаемых линий из агрегатных станков.
Се ки, и я /
-*	Рис. XVII-19. Схема двухучастковой автоматической линии:
/ _ загрузка деталей; 2—4, 6 — 8, 12 — 16 — рабочие позиции; 5 — поворотный стол; 9 — межучастковый транспортер; 10 — промежуточный накопитель; 11 — поворотный барабан; 17 —выгрузка деталей
Приспособления-спутники в зависимости от количества устанавливаемых деталей разделяются на одноместные и многоместные. Одноместные приспособления-спутники применяются для обработки крупногабаритных деталей, таких как картеры задних мостов, выхлопные и всасывающие коллекторы; многоместные — для обработки относительно небольших деталей, как вилки кардана, детали арматуры, шатуны и др.
Приспособление-спутник представляет собой достаточно сложный и точный узел; наличие значительного количества таких узлов увеличивает расходы на изготовление, ремонт и эксплуатацию линии. В общем случае стоимость линий со спутниками выше стоимости линий без них. Стоимость спутников и системы их возврата (транспортеров возврата, станций фиксации, зажима, поворота, моечных станций и др.) составляет 30—55% общей стоимости линий. Так, в 14-позиционной линии фирмы Heller (ФРГ) для обработки картера рулевой передачи стоимость 16 спутников и систем возврата с моечной станцией составляет 53% стоимости всей линии.
Снижению стоимости автоматических линий со спутниками способствует ряд факторов: создание комбинированных линий с отдельными участками со спутниками и без них; унификация элементов линии (спутников, узлов транспортера возврата, станций очистки и др.); введение одновременной многосторонней обработки нескольких деталей, применение многоместных спутников. В частности, фирма Heller (ФРГ) в линии для обработки рычага осевой цапфы использует спутник, в котором одновременно устанавливаются четыре рычага — два левых и два правых.
Чтобы не увеличивать общее количество приспособлений-спутников в линии, обратные транспортеры должны обеспечивать возврат спутников 534
в исходное положение с большей скоростью. Для этого либо применяют транспортеры с увеличенным ходом, либо увеличивают число ходов по сравнению с рабочим транспортером. В простейших случаях возможно использование наклонной плоскости в качестве возвратного транспортера.
Особенностью автоматических линий с приспособлениями-спутниками является необходимость возврата спутников к началу линии. В зависимости от структурной схемы транспортеров возврата приспособлений-спутников в исходное положение существует большое количество разновидностей конструкций автоматических линий. Возврат спутников может производиться вхолостую или по рабочим позициям, причем^ возврат спутников вхолостую может производиться вместе с обрабатываемыми деталями или без них. Возврат спутников с обрабатываемыми деталями позволяет одному и тому же оператору устанавливать и снимать детали со спутников в одном месте в начале линии. Когда в соответствии с общей схемой транспортных потоков в цехе выдача обработанных деталей должна производиться в конце линии, спутники возвращаются к началу линии без деталей. При этом в конце линии необходима разгрузочная позиция. В автоматических линиях с холостым возвратом спутников возможны различные варианты расположения транспортера возврата: под рабочими позициями, над рабочими позициями, рядом с рабочими позициями, сбоку ниже или сбоку выше уровня основного транспортера, сбоку на уровне основного транспортера.
При расположении транспортера возврата спутников под основным транспортером (рис. XVI1-20) спутники в конце линии опускаются (/)

Рис. XVH-20. Компоновка линии с возвратом спутников под рабочими позициями
12100
Рис. XVII-21. Компоновка линии с возвратом спутников на уровне основного транспортера:
1—4 станки; 5 — гидростанция; 6 — контрольно-измерительный автомат; 7 — вытряхивателъ стружки; S командоаппарат; 9 — электрошкаф; 10 — центральный пульт управления; 11 — инструментальный шкаф; 12 — привод транспортера стружки
посредством столиков с вертикальным перемещением и вновь поднимаются (2) до уровня основного транспортера в начале линии. Такая компоновка занимает минимальную производственную площадь, однако затрудняет ремонт и обслуживание транспортеров, отвод стружки и ограничивает размеры спутников, в особенности по высоте, в результате чего в новых линиях почти не применяется. Несмотря на> компактность, редко применяется также и
компоновка с возвратом спутников над основным транспортером, поскольку
она ухудшает условия освещения линии,
Рис. XVII-22. Компоновка линии с расположением транспортера возврата спутников сбоку выше уровня основного транспортера
приводит к ее загрязнению и оправдывает себя лишь при использовании горизонтальных станков.
Расположение транспортера возврата сбоку на уровне основного транспортера (рис. XVII-21) является наиболее универсальным и распространенным, поскольку его применение возможно при любой компоновке встроенных в линию станков, а вынесенный из рабочей зоны транспортер возврата спутников наиболее удобен для обслуживания и ремонта. Недостатком такого расположения транспортера следует назвать увеличение площади и затруднение обслуживания станков, расположенных в замкнутом пространстве.
Схема компоновки автоматической линии с расположением транспортера возврата спутников сборку выше уровня основного транспортера показана на рис. XVII-22. Перенос спутников с основной ветви транспортера на возвратную и обратно произво
дится при помощи горизонтальной платформы /, перемещаемой по наклонным направляющим 2 с помощью цепного транспортера, работающего реверсивно. К недостаткам этой компоновки относятся повышенная металлоемкость конструкции и трудность обслуживания транспортера возврата спутников.
Вынесенный транспортер применяется в тех случаях, когда требуется одновременная обработка деталей на одной рабочей позиции с трех и более сторон или когда необходимо перед обработкой ввести внутрь детали втулки для направления режущих инструментов.
Автоматические линии с системой транспорта с перестановками деталей служат обычно для обработки средних и мелких деталей, особенно в тех случаях, когда допускается частичная или полная потеря ориентации деталей между позициями обработки. В таких линиях общий транспортер проходит линию станков' вне рабочих позиций. На каждой рабочей позиции детали снимаются с несущей части транспортера и подаются в зону обработки, а после окончания рабочей операции снова возвращаются на тот же транспортер или параллельный транспортер выдачи.
Механизмы межстаночного транспорта с перестановками деталей выполняют полный цикл работы по установке, снятию и передаче деталей, а во время обработки находятся в отведенном положении и не поддерживают детали. Цикл работы транспортирующих механизмов в общем случае включает следующие операции: разжим деталей; съем деталей с рабочих шпинделей; выгрузка деталей из рабочих позиций на общий транспортер; перемещение деталей общим транспортером; подача деталей в рабочие позиции; установка деталей в рабочие шпиндели; зажим деталей. Все эти операции выполняются последовательно, поэтому в общем цикле работы линии время работы транспортирующих устройств занимает значительное место.
Система межстаночного транрпорта с перестановкой деталей может иметь не один общий транспортер, а отдельные транспортеры, связывающие позиции загрузки и выдачи различных станков.
Автоматические линии с перестановкой деталей нашли широкое применение для изготовления деталей типа валов, вращающихся при обработке. На всех операциях, при которых требуется вращение обрабатываемого вала, обычно применяются станки, оснащенные автооператором, предназначенным для передачи деталей с продольного транспортера на рабочие позиции станков и с рабочих позиций на продольный транспортер перемещения деталей. Между станками детали транспортируются продольным транспортером вне линии.
В зависимости от степени синхронизации операций (т. е. выравнивания операций во времени) общая схема транспортирования деталей на линии может быть прямой. Установка деталей на станки и снятие их со станка после обработки производится с поперечными возвратно-поступательными движениями.
В качестве примера автоматической линии с перестановкой деталей на рис. XVII-23, а представлена автоматическая линия 1Л120 для обработки коленчатого вала, эскиз которого дан на рис. XVII-23, б. Автоматическая линия состоит из четырех станков. На станке 1 фрезеруют торцы коленчатого вала, который закреплен в тисках гидравлическими цилиндрами по двум крайним коренным шейкам. На станке 2 сверлят центровые отверстия и одно отверстие во фланце, используемое для ввода фиксирующего штыря при последующей обработке коленчатого вала на шлифовальных станках. Вал закрепляется в самоцентрирующие тиски стационарного приспособления по крайним коренным шейкам с помощью гидравлических цилиндров. На станках 3 и 4 портального типа производится обработка на щеках площадок, используемых в качестве баз при последующей токарной обработке коленчатого вала.
В связи с тем, что на станках 1 и 2 коленчатые валы необходимо устанавливать в тиски, транспортер деталей выполнен в виде перекладчика, который поднимает валы на 180 мм и переносит их на 500 мм. Для установки деталей в приспособления станков 3 и 4 предусмотрены подъемники, снимающие коленчатые валы с транспортера-перекладчика и поднимающие их на линию центров.
Компоновка линий для обработки деталей типа дисков аналогична компоновке линий для обработки деталей типа валов. Такие линии компонуют или из специальных станков, или из станков общего назначения, оснащенных автооператорами.
Детали типа дисков транспортируются (катятся) между станками по лоткам-скатам. Около каждого станка имеется специальный подъемник, который доставляет кольца к верхней части лотка, по которому они скатываются к следующему станку для дальнейшей обработки. Такое транспортирование применяется, например, на линиях для обработки колец подшипников качения. В качестве примера на рис. XVII-24 показана автоматическая линия для доделочных операций при обработке подшипниковых колец, состоящая из универсальных станков завода Magdeburg (ГДР). На первых двух станках снимаются с обеих сторон наружные и внутренние фаски, а на третьем станке фасонным резцом обрабатывается беговая дорожка. Транспортная система включает промежуточные транспортеры в виде зигзагообразных лотков, элеваторные подъемники для подъема колец и автооператоры для загрузки колец в рабочие шпиндели станков.
Кольца, поданные по приемному лотку, поднимаются элеватором вверх и по зигзагообразному лотку — к питателю первого станка. После обработки с одной стороны кольца снова попадают на элеватор, в верхней части которого меняется ориентация кольца, и подаются ко второму станку, где производится обработка с другой стороны. Преимуществом такой системы является конструктивная простота благодаря широкой унификации всех транспортирующих механизмов, высокая надежность и малая производственная площадь.
Автооператоры получили широкое распространение в автоматических линиях подшипниковой промышленности. Оснащая автооператорами универсальные полуавтоматы, можно превращать их в автоматы, которые с помощью транспортирующих устройств встраиваются в автоматические линии.
К автоматическим линиям с системой транспорта с перестановками деталей относятся также линии с захватами, в которых отдельные операции свя-538
заныс приспособлениями, выполняющими полный цикл работы по установке, снятию и передаче деталей. В качестве захватов используются рейнеры, манипуляторы, «механические руки» и т. д.
Для тяжелых деталей получили распространение рейнерные транспортеры. Рейнеры представляют собой захватные приспособления, передвигающиеся между соседней парой станков по направляющим. Цикл их работы состоит из следующих элементов: захвата, подъема, продольного перемещения, опускания, освобождения детали, подъема, обратного хода, паузы (если цикл меньше ритма работы линии).
В отличие от захватов, осуществляющих разгрузку, загрузку и межоперационную транспортировку деталей, некоторые типы захватов только передают детали с транспортных средств к зажимным устройствам станков и со станков на транспортные устройства.
Несмотря на то, что большинство действующих и вновь создаваемых автоматических линий являются однопоточными системами, т. е. технологическая цепочка является единой и на каждой позиции обработки имеется один станок, в последнее время все большее распространение получают многопоточные автоматические линии, в которых технологический процесс осуществляется на двух или нескольких параллельно работающих технологических цепочках машин.
Развитие многопоточных линий обусловлено развитием масштабов выпуска продукции предприятиями. При большой производственной программе выпуска никакие технологические и конструктивные методы повышения производительности (дифференциация и концентрация операций, интенсификация режимов обработки, деление линий на участки) не позволяют обеспечить заданную производительность, если на каждой операции технологического процесса имеется только один станок. Поэтому и в условиях неавтоматизированного производства, и в автоматических системах появляются параллельно действующие станки-дублеры прежде всего на самых длительных операциях, а при больших масштабах производства — на всех операциях.
В автоматических линиях для обработки корпусных деталей соединение и разъединение потоков связано с необходимостью иметь дополнительные
Рис. XVI1-24, Автоматическая линия для обработки колец подшипников
шаговые поперечные транспортеры, дополнительную систему управления и синхронизации, что неизбежно увеличивает стоимость, усложняет управление линии, снижает ее надежность в работе. Поэтому в автоматических линиях из агрегатных станков количество таких соединений и разъединений делается минимальным. На всех позициях технологической цепочки компонуется одинаковое количество станков, равное необходимому числу параллельно работающих станков на самой длительной операции. Так, появляются автоматические линии с параллельно действующими потоками, число которых для различных технологических участков различно. Например, в автоматической линии 1Л85 по обработке картера коробки передач два первых технологических участка имеют по два параллельных потока, а два последних — по три параллельных потока (см. рис. XVI-I).
На рис. 1-15 была показана структурная схема автоматических линий для обработки блока цилиндров двигателя ЗИЛ-130. Если для обеспечения планового выпуска двигателей автомобилей ЗИЛ-150 достаточно было иметь цепочку из четырех последовательных однопоточных линий, то для новой модели автомобиля ЗИЛ-130 потребовалась уже многопоточная система, при этом, как видно на рис, 1-15, на некоторых технологических участках имеется четыре параллельных потока.
Глава XVIII
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
§ 1. ФУНКЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ
Совокупность механизмов и устройств, обеспечивающие точное и согласованное во времени функционирование всех агрегатов автоматической линии, составляет систему управления линии. Принципы построения систем управления автоматических линий и отдельных машин-автоматов являются едиными (см. гл. VII), однако функции их значительно шире.
Автоматические линии представляют собой сложные комплексы из технологического и вспомогательного оборудования, где характер их взаимодействия зачастую весьма сложен и определяется в первую очередь принятой структурной схемой линии (см. гл. XVII) или видом межагрегатной связи.
Если для большинства машин понятие «рабочий цикл автомата» является вполне конкретным и определенным, то для автоматических линий оно имеет физический смысл только применительно к линиям с жесткой межагрегатной связью. В линиях, разделенных на участки, оно применимо только к отдельным участкам, в линиях с гибкой межагрегатной связью все основные агрегаты работают без синхронизации во времени и понятие «рабочий цикл линии» вообще отсутствует. Таким образом, функции управления рабочим циклом в автоматических линиях весьма усложняются, и это предопределяет особенности их построения, начиная с выбора типа системы управления (упорами, копирами, распределительным валом, программное управление и т. д.), который должен учитывать такие специфические требования, как дистанционность управления и т. д.
На рис. XVIII-1 показана планировка автоматической линии из агрегатных станков для обработки головки блока двигателя «Москвич». Линия состоит из четырех независимых в конструктивном отношении участков, в каждом из которых с помощью шаговых транспортеров жестко сблокировано определенное количество станков, которые должны работать в едином ритме, синхронно во времени, обеспечивая заданную программой последовательность рабочих операций и холостых ходов цикла. Участки № 3 и № 4 связаны между собой поворотным столом, что накладывает дополнительное условие согласования во времени их рабочих циклов. Между участками № 2 и № 3 находится автоматический накопитель, компенсирующий не совпадающие во времени простои. Это вызывает необходимость их взаимного блокирования совместно с накопителем для обеспечения всех возможных вариантов функциональной связи.
На рис. XVIII-2 приведена циклограмма работы сблокированных участков № 3 и № 4, которая диктуется только заданным технологическим процессом и производительностью линии и которая должна быть реализована посредством системы управления линией. Всего в данной системе должны синхронно по заданной программе работать 28 агрегатов, из которых два являются управляющими (командоаппараты), остальные — объекты управления; шаговые транспортеры, механизмы зажима и фиксации деталей на рабочих позициях, поворотный стол, агрегатные силовые головки в количестве
Участок №3
Участок УЧ
21 шт., из которых две отключены. За нулевую точку рабочего цикла принято начало хода вперед транспортера участка № 3, который перемещает все детали из позиции в позицию (см. рис. XVIII-1) и конструктивно связан с силовой головкой 10П, которая производит чистовое фрезерование в плоскости, параллельной траектории перемещения деталей транспортером. После окончания хода транспортера должны быть произведены зажим и фиксация деталей на всех рабочих позициях, после чего одновременно начинают действовать все силовые головки, расположенные как справа, так и слева от транспортера. Каждая из них должна выполнить одинаковый цикл работы: быстрый подвод, рабочая подача, быстрый отвод, останов в исходном положении. Исключение составляет головка 10П, рабочая подача которой есть мед-
Механизмы	время в секундах		
	5	10	15	20	;	’5	30	35	50
Транспортер			
Зажим и фиксация	L lx;		
Головка 1П	не работает		
Головка 1Л			
Головка 2П			
Головка 2Л	не работает		
Головка ЗП			
Головка ЗЛ	«пишни		
Головка РП	nMHHMIlll		ИишмЕя
Кантователь			
Транспортер			
Зажим и фиксация	Ж		
Головка ИЛ			IfflllflMI		IIIIIIIII1Ш 	
Головка 5П	ИВШЩ1М1Ш1111П		1Ш1111111111111Ш1Н1
Головка 5Л			X
Головка 6П	V///		
Головка 6Л			
Головка 7П			
Головка 7Л	V///		
Головка 8П	¥& I			j ,н|^
Головка 9П				
Головка ЮЛ	ОбратныРХ . .1	' '//ЗЛ		
Головка 11Л	 МИЯ		ИВМЙ
Головка 12 П			
Головка 13Л			1М1ШШНИ
Головка вЛ		шпшшш		вжг 1
Рис. XVII1-2, Циклограмма автоматической линии для обработки головки блока
542
ленный возврат шагового транспортера. Окончание обработки последней головкой позволяет произвести разжим и расфиксацию деталей на рабочих позициях, после чего должен следовать новый ход транспортера вперед и новый рабочий цикл участка по той же заданной программе. Как видно из циклограммы, после окончания хода транспортера на участке № 4 вперед (при этом из кантователя забирается очередная деталь) следует поворот кантователя, и это является разрешением на ход вперед транспортера участка № 3, в результате в кантователь поступает новая деталь, уже полностью обработанная. Таким образом, участки № 3 и № 4 должны иметь идентичную структуру рабочего цикла со смещением нулевого положения по фазе на одинаковую величину.
Такая заданная циклограмма, которая является типовой для автоматических линий с жесткой межагрегатной связью, должна быть реализована посредством автоматической системы управления линией, которая должна при каждом рабочем цикле выдавать большой комплекс команд всем циклически действующим агрегатам линии. Каждая команда должна формироваться при наличии определенных информационных элементов, к числу которых относятся: положение или состояние агрегатов линии, в том числе и того, для которого формируется команда; наличие деталей на определенных позициях; «память» о предыдущем состоянии некоторых узлов; истечение определенного прмежутка времени. Например, суммой признаков, необходимых для транспортирования деталей, может являться то, что все силовые узлы автоматической линии находятся в исходном положении, и детали в приспособлениях расфиксированы и отжаты.
Однако такое состояние на линии создается как до, так и после обработки детали. Для однозначного формирования команды необходимо выбрать только одно состояние, при котором может происходить транспортирование, детали. Для этого нужно создать дополнительный признак, определяющий именно такое состояние. В приведенном примере (см. рис. XVIII-2) таким признаком может служить «память» о том, что все силовые головки побывали в переднем положении, т. е. произвели обработку детали.	♦
При выборе методов и средств контроля положения или состояния узлов следует стремиться применять непосредственные, а не косвенные способы контроля. В соответствии с этим положение узлов контролируется «упорами»— датчиками положения, в качестве которых, как правило, применяются конечные выключатели.
В качестве датчиков положения могут также использоваться фотодатчики. Преимуществом их, по сравнению с конечными выключателями, является отсутствие непосредственного контакта между контролируемым узлом и датчиком. Недостатками фотодатчиков являются срабатывания при попадании света из постороннего источника или при затемнении посторонними предметами, отказы из-за загрязнения приемника луча, необходимость в усилителях сигнала, сложность регулирования на заданный уровень сигнала.
Применение косвенных методов контроля положения или состояния узлов нежелательно во избежание возникновения ложных команд. Так, если положение узла контролировать с помощью датчика усилия (например, реле давления), то при возникновении случайных препятствий движению узла повышается давление в системе гидропривода, в результате чего происходит ложное срабатывание реле давления.
Контроль наличия детали должен производиться в следующих основных случаях; на стыковых позициях смежных транспортных устройств (т. е. на позициях, на которые деталь подается одним устройством, а забирается другим); на поворотных устройствах; на некоторых промежуточных позициях, где отсутствие детали может вызвать появление ложных команд или нежелательных движений.
На стыковых позициях транспортных устройств должно контролироваться отсутствие детали для того, чтобы упор — конечный выключатель контроля детали — освобождался в конце ухода детали, а нажимался в начале поступления, так как лишь в этом случае действительно будет проверено, свободна ли полностью вся стыковая позиция. Наличие детали может быть использовано как команда лишь в том случае, если случайное отсутствие детали на данной позиции н.е вызовет останова линии, а предыдущий механизм линии сможет совершить следующий цикл для заполнения пустоты. Поворотные устройства должны иметь контроль наличия детали до и после поворота. Контроль детали до поворота запрещает подачу следующей детали. Контроль детали после поворота запрещает возврат поворотного устройства до того, как деталь будет с него убрана. Отсутствие такого контроля может привести к тому, что поворотное устройство преждевременно вернется назад и нарушит тем самым автоматический цикл работы.
При установке конечных выключателей контроля детали следует обратить внимание на то, чтобы при уходе детали с позиции сначала освобождался конечный выключатель контроля положения узла, а затем — выключатель контроля детали. При поступлении детали на стыковую позицию сначала должен нажиматься конечный выключатель контроля детали, а затем — выключатель положения узла. В противном случае в схеме могут возникнуть ложные команды. Такие случаи бывают, в частности, в поворотных устройствах, когда положение узла контролируется не по платформе, на которой устанавливается деталь, а по приводу. Вышесказанное можно проиллюстрировать следующим примером. Условиями для подачи детали на поворотный стол являются заднее положение стола и отсутствие на нем детали. Если при повороте детали конечный выключатель контроля положения стола будет еще нажат, а конечный выключатель контроля детали уже освободится, то это положение и будет условием для подачи следующей детали, в результате чего может возникнуть ложная команда на ход подающего транспортера.
К числу промежуточных позиций, на которых необходим контроль наличия детали, могут относиться:
а)	позиции, на которых измеряется диаметр обрабатываемых отверстий, так как при отсутствии детали будет дан ложный сигнал о браке по верхнему пределу и команда на останов линии;
б)	позиции, на которых проверяется правильность базирования детали, так как при отсутствии детали будет дан ложный сигнал о неправильном базировании детали;
в)	позиции, на которых установлен вытряхиватель стружки с вынесенной осью поворота, так как при отсутствии детали в этом случае возникает нежелательная неуравновешенность вытряхивателя,приводящая к перегрузке привода.
«Память» о предыдущем состоянии некоторых узлов осуществляется, как правило, пр-и помощи постановки на самопитание промежуточных реле. При использовании «памяти» в качестве признака следует иметь в виду необходимость своевременного снятия «памяти» для предотвращения повторной выдачи команды.
С помощью реле времени следует контролировать лишь те операции, для которых время является основным признаком. К числу таких операций относятся, например, мойка детали, выдержка силового узла на жестком упоре для зачистки торца или для улучшения условий удаления стружки из просверленного отверстия, измерение диаметров обработанных отверстий, где выдержка времени необходима для стабилизации давления в пневмоэлектри-ческом датчике и т. п.
Признаки, обеспечивающие безаварийную работу узла и сохраняющиеся как в автоматическом, так и в наладочном режимемназываются блокировками. Например, ход транспортера вперед не может быть осуществлен, 544
Горизонтальный сверлильно-фрезерно-расточной станок с цифровым программным управлением и автоматической сменой инструмента
Автоматическая линия с гибкой межагрегатной связью конструкции Московского специального конструкторского бюро автоматических линий и специальных станков
Автоматическая линия для обработки колец подшипников
если на последней позиции имеется деталь и не завершены зажим и фиксация на рабочих позициях.
Таким образом, согласно рассмотренному примеру (рис. XVIII-1 и XVII1-2) совокупность управляющих команд, подаваемых системой управления автоматической линии, должна обеспечить в автоматическом и наладочном режимах выполнение следующих основных функций:
а)	управление работой отдельных встроенных в линию агрегатов (силовые головки, транспортеры, кантователи, накопители и т. д.) для обеспечения их заданных перемещений, скоростей и т. д.;
б)	управление рабочим циклом линий и их участков из жестко сблокированных агрегатов для обеспечения заданной последовательности их работы;
в)	взаимная блокировка независимо работающих агрегатов или участков линий для обеспечения заданного характера их взаимодействия;
г)	быстрое обнаружение места и характера возникающих отказов для максимального сокращения длительности их устранения.
Кроме того, в современных автоматических линиях выполняется и ряд дополнительных функций: учет количества выпускаемых деталей, сигнализация о ходе процессов обработки и качестве деталей (для облегчения работы обслуживающих рабочих).
Рассмотренные примеры показывают, что эти функции не могут быть в должной мере выполнены с помощью механизмов и устройств, применяемых для управления автоматами и полуавтоматами. Так, если управление рабочим циклом автоматов долгое время строилось главным образом, на базе распределительного вала с кулачками, то управление автоматическими линиями с самого начала строилось прежде всего по системе управления с упорами с широким применением гидравлических, электрических, электронных и других средств. Даже в автоматических линиях, скомпонованных из автоматов, управляемых от распределительного вала, такие функции, как сигнализация, учет готовой продукции, блокировка, осуществляются с помощью электрических средств.
Выбор системы управления зависит от требований экономики и специфики технологического процесса, а нередко и от конкретных производственных условий, в которых будет эксплуатироваться линия. С другой стороны, выбранная система управления накладывает свои особенности на кинематику и конструкцию агрегатов линии, так как кинематика и конструкция станков, транспортных систем и вспомогательных устройств неотделимы от системы управления.
В автоматических линиях в последние годы большое применение получили средства электро-, гидро- и пневмоавтоматики; начинает применяться электроника. Наметилось и основное разделение их функций. На электронику и электроавтоматику возлагаются преимущественно функции подачи команд и контроля за их исполнением. Исполнение сравнительно медленных силовых команд осуществляется гидравликой, а быстрых — пневматикой.
Развитие современных средств автоматики и электроники и прежде всего механизмов и устройств программного управления позволяет поднять выполнение этих функций на новый, качественно более высокий уровень, а именно, управлять работой агрегатов с оптимизацией режимов их работы, с адаптацией и самонастройкой режимов (см. гл. VI), придавая системам управления не только функции исполнения программы, разработанной человеком, но в значительной степени и сам процесс программирования (см. гл. XI).
§ 2. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ АГРЕГАТОВ В ЛИНИИ
Как сказано выше, под агрегатами понимаются как станки, так и межстаночные механизмы и устройства (транспортеры, накопители заделов и т. п.), т. е. все конструктивные элементы линии, которые имеют самостоятельное функциональное назначение и являются объектами управления.
18 Г. А. Шаумян
545
Во многих линиях, например в линиях из типового оборудования (см. гл. XVI), системы управления отдельных станков, встроенных в линию, такие же, как и при их индивидуальной эксплуатации — как правило, на базе распределительного вала и кулачков (см. рис. XVI-7), реже— копировальных устройств (см. рис. XVI-6). Однако везде, где в качестве источника подачи применен гидро- или пневмопривод, например в линиях из агрегатных станков (см. рис. XVI-4), управление отдельными агрегатами строится на базе систем с упорами и электрических устройств, т. е. на тех же принципах, что и система управления линией в целом. Как правило, управляемые агрегаты имеют простейший цикл перемещений (вперед—назад) с фиксацией конечных положений. Наиболее сложные циклы срабатывания имеют агрегатные силовые головки (см. § 3 гл. XII); пуск, быстрый подвод, одна или две рабочие подачи, быстрый отвод, останов в исходном положении. Рассмотрим методы, средства и примеры реализации управления данной последовательностью перемещений.
Цепь управления любым исполнительным или вспомогательным агрегатом автоматической линии включает стандартные или нормализованные элементы электроаппаратуры, которые составляют структурную схему, представленную на рис. XVIII-3. Датчики фиксируют окончание предыдущего элемента цикла главным образом, путем преобразования механических или каких-либо физических действий в электрические команды. Передаточно-преобразующие устройства выполняют функции передачи, распределения и комбинирования, усиления и инверсирования команд, поступающих от датчиков. Исполнительные устройства служат для исполнения очередного элемента цикла. В ряде случае, когда мощность исполнительных механизмов невелика и соизмерима с мощностью, коммутируемой датчиками, а порядок величины напряжений и токов однозначен, можно исключить преобразующие устройства, т. е. в этом случае датчики будут непосредственно подавать команду на исполнительные механизмы. Таким образом, схемы электрического управления агрегатами автоматических линий состоят, как правило, из одинаковых элементов, повторяющихся в различных сочетаниях.
На рис. XVIII-4, а приведена схема управления пинольной силовой головкой с кулачковым приводом подачи (см. гл. XII, § 3). Электродвигатель
Кнопки, управления О о	—		.Эх	ft еле промежуточное РП РП ^П			Электродвигатели ъ
Путевые выключатели		Контакторы _|Ц			Электромагниты -А-
ft ере кл но чат еда Л 1 Л Т 1 т 1I 1		Реле времени Рв РВ Св -|Г ТГ -LT			Электромагнитные МрфГПЫ
датчик температуры		логические Функции	и XGZH-		электромагнитные плиты
			Или 20* не		
Фотоэлементы -О- 0					Нагреватели Н	
			мять"*^ ёре-^ мя		
а)	б)	6)
Рис. XV Ш-3. Структурная схема дискретной системы управления: а „ датчики; б — передаточно-преобразующие устройства; в — исполнительные устройства
головки включается пускателем П с центрального пульта управления кнопкой «Пуск» через контакты промежуточного реле РПД в начале работы линии. Электродвигатель головки при окончании цикла в связи с кратковременностью пауз не отключается. Подача команды на начало работы головки производится кратковременным включением электромагнита Э контактами реле пуска головок РПГ, после чего пиноль головки совершает быстрый подвод 577, рабочую подачу РП, быстрый отвод Б О и останавливается в исходном положении (рис. XVIII-4, б). Новый цикл работы головки произойдет после повторного включения электромагнита Э. Конечный выключатель КВИ нажат, когда пиноль находится в исходном
Рис. XV111-4. Схема управления пинольной силовой головкой:
а — электросхема управления; б — схема перемещений
положении. «Память» о том, что
пиноль головки совершила рабочий ход, осуществляется постановкой на само-питаниереле РКО, включаемого размыкающим контактом выключателя КВИ. Это же реле предотвращает повторную работу головки в данном цикле. Реле РКО отключается контактами реле отмены памяти РОП при подаче одной из последующих команд на какое-либо вспомогательное движение. В наладочном режиме реле РОП отключено. Для управления головкой в нала-дочнохМ режиме предусмотрены кнопки «Стоп», «Пуск», «Вперед». Защита электродвигателя силовой головки от перегрузки осуществляется тепловым реле РТ.
На рис. XVIII-5 показана схема управления самодействующей силовой головкой с отключением электродвигателя в исходном положении. Пускатель электродвигателя головки П включается каждый цикл через контакты реле пуска электродвигателей РПД, которое находится в рабочем состоянии в момент, предшествующий пуску головок вперед. Пускатель 77 становится на самопитание через размыкающий контакт реле конца обработки РКО. При подаче команды «Пуск головок вперед» включается электромагнит ЭВ через контакты реле пуска головок вперед РПГ. После включения электромагнита ЭВ головка совершает быстрый подвод 577 (рис. XVIII-5, б), освобождая конечные выключатели 1КВИ и 2КВИ исходного положения головки. Замыкающие контакты конечного выключателя 2 КВ И обрывают цепь питания электромагнита ЭВ, размыкающие контакты осуществляют обратную связь со схемой линии, сигнализируя о том, что данная головка сдвинулась с места. Головка с помощью упора, действующего на золотник гидропанели, переключается на рабочую подачу РП и обрабатывает деталь. В конце хода головки нажимается конечный выключатель КВК, включающий реле времени РВ, которое после остановки головки на жестком упоре и по истечении заданного интервала времени включает электромагнит ЭН и реле конца обработки РКО, предотвра
Рис. XV II1-5. Схема управления самодействующей шаговой головкой с отключением электродвигателя: а—электросхема управления; б — схема перемещений
щающее повторное движение головки в данном цикле, и осуществляет «Память» о работе головки. Головка совершает быстрый отвод 50 в исходное положение, нажимая
РКЗ
ПГ~
РПН
КВБ КВК
6)
Рис. XV111-6. Схема управления несамодействующей силовой головкой:
а — электросхема управления; б — схема перемещений
конечные выключатели 2КВИ и 1КВИ* Выключатель 1КВИ отключает электродвигатель головки, обесточивая пускатель П. Реле конца обработки отключается в'одном из последующих состояний линии с помощью контактов реле отмены «Памяти» РОП, В наладочном режиме реле РОП отключено. В схеме предусмотрено реле РКЗ, которое включается при падении давления в системе зажима и отводит головку в исходное положение» Реле конца обработки РКО при этом не включается.
Схема управления несамодействующей силовой головкой, работающей с подводом и отводом без вращения шпинделей, приведена на рис. XVIII-6. Пускатель гидростанции ПГ включается с подачей команды «Пуск» через контакты реле пуска электродвигателей РПД. При подаче команды «Пуск головок» контакты реле пуска головок РПГ включают реле «Вперед» РПВ. Реле РПВ становится на само-питание и включает электромагниты ЭВ и ЭН, Головка совершает быстрый подвод БП, освобождая конечный выключатель контроля исходного положения КВИ, Размыкающие контакты конечного вы
ключателя КВП отключают электромагнит ЭН, замыкающие контакты включают пускатель электродвигателя вращения шпинделя ПВ. Головка переключается на рабочую подачу РП (рис. XVIП-6, б), включается вращение шпинделей. Через 2-—3 мм хода после переключения головки на рабочую подачу нажимается конечный выключатель КВБ, размыкающий контакт которого ставит пускатели ПВ и ПГ на взаимозависимое питание.
Таким образом осуществляется контроль включения вращения шпинделей. В конце обработки нажимается конечный выключатель КВК, включающий реле конца обработки РКО. Реле РКО предотвращает повторную работу головки в данном цикле, осуществляет «Память» о работе головки и включает реле РПВ «Назад». Электромагнит ЭВ отключается, электромагнит ЭН включается, головка совершает быстрый отвод БО. При движении головки назад последовательно освобождаются конечные выключатели КВК, КВБ и КВП. Выключатель КВБ подготавливает независимое питание пускателя ПГ, выключатель КВП отключает пускатель ПВ. Головка продолжает движение назад без вращения шпинделей. В исходном положении головки нажимается конечный выключатель КВЙ, отключающий реле РПН. Электромагнит ЭН отключается, головка останавливается. Реле РКО отключится в одном из последующих состояний линии контактами реле отмены «Памяти» РОП. В схеме предусмотрено реле контроля зажима РКЗ, которое включается при падении давления в системе зажима и отводит головку назад. Пакетные выключатели ПВВ и ПВГ позволяют вести наладку головки без вращения шпинделей и вращать шпиндели в исходном положении головки. С помощью пакетных выключателей можно также исключить головку из работы линии.
Таким образом, приведенные примеры показывают, что любое усложнение задач управления сверх минимального объема (подвод, отвод, останов) приводит к резкому усилению схем управления данными агрегатами. В общей системе управления автоматической линией с жесткой межагрегатной связью (см. рис. XVIII-1) схемы управления отдельными агрегатами имеют, как 54 8
правило, характер автономных подсистем. Они получают внешний сигнал на пуск данного агрегата, совершают полный заданный цикл перемещений с контролем по величине -и последовательности, после чего отключаются, подавая внешний сигнал об отработке данного цикла. Такой принцип легко реализуется не только на базе схем, работающих по упорам (см. рис. ХУНТ 4—6), но и посредством системы с распределительным валом, который после включения делает полный оборот и самовыключается.
§ 3.	СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ЦИКЛОМ ЛИНИИ
Системы управления рабочим циклом линии выполняют функции синхронизации работы отдельных агрегатов, которые согласно циклограмме работы линии должны быть жестко сблокированы. Если схемы управления работой отдельных агрегатов обеспечивают выполнение отдельных строк циклограммы (см. рис. XVIII-2), то система управления линией должна обеспечить их координацию по параметрам начала и окончания работы.
Цикл работы любой развитой автоматической линии с жесткой межагрегатной связью предусматривает строгую очередность срабатывания отдельных агрегатов, каждый из которых должен начинать работу лишь после окончания работы предшествующего. Кроме того, имеются агрегаты, совмещенные по времени работы с другими. Так, для линии из агрегатных станков по рис. XVIII-1 согласно циклограмме рис. XVIII-2 последовательно работают шаговый транспортер;механизмыфиксации и зажима (все одновременно); силовые головки (все одновременно); механизмы зажима и фиксации.
В зависимости от способов управления последовательностью, работы механизмов различают централизованные (зависимые), децентрализованные и смешанные системы управления - циклом автоматических линий (рис. XVIII-7).
Централизованные системы управления, характерны тем, что все управление циклом работы агрегатов производится от центрального командного •устройства—командоаппарата К (рис. XVIII-7, а), пульта, распределительного вала, считывающего устройства с лентопротяжным механизмом и др. В таких системах управления продолжительность рабочего цикла для каждого исполнительного органа является величиной постоянной (в механических системах управления обычно равна периоду одного оборота распределительного вала). В автоматических линиях в качестве центрального команд-
Рис. XV111-7. Принципиальные схемы вариантов построения систем управления циклам автоматической линии:
а = централизованные; б ~ децентрализованные; в — смешанные
Рис. XV 111-8. Автоматическая линия монтажа радиодеталей на печатных платах:
1 — пульт управления; 2 — головная секция; 3 — головной распределитель; 4 — распределительный вал; 5 — рабочая секция; 6 — секционный распределитель; 7 — шаговый транспортер; 8 — подгибочная головка; 9 — хвостовой распределитель; 10 — хвостовая секция; 11 — автоукладчик; 12 — магазин печатных - плат
ного устройства обычно используются командоаппараты (рис. XVII1-7, а). Исполнительные механизмы линии получают соответствующие команды либо через электрические цепи, замыкаемые кулачками командоаппарата, либо через гидравлические или пневматические устройства. Централизованные системы управления линиями являются наиболее простыми, имеют наименьшее количество электрических (гидравлических или пневматических) связей, удобны в обслуживании и наладке (например, при переводе автоматической линии в наладочный режим связи легко прерываются).
В качестве примера практического применения централизованной системы управления рассмотрим автоматическую линию монтажа радиодеталей на печатных платах телевизоров. Линия (рис. XVIП-8) включает шаговый транспортер с магазином печатных плат, комплект автоукладчиков и подгибочных головок для установки и закрепления радиодеталей на печатных платах и устройства для управления работой всех механизмов. Шаговый транспортер захватывает из магазина последовательно по одной плате и подает их на рабочие позиции, с автоукладчиками и подгибочными устройствами. Во время остановок транспортера каждый из автоукладчиков устанавливает на печатную плату по одной радиодетали, которая закрепляется подгибочным устройством. Таким образом, в конце линии с транспортера сходят полностью собранные узлы.
Всего линия снабжена 52 автоукладчиками и 52 подгибочными головками для установки скоб-перемычек двух типоразмеров, постоянных сопротивлений типа МЛТ двух типоразмеров (любых номиналов), постоянных конденсаторов типа БГМТ и БМТ (трех типоразмеров любых номиналов). Конструктивное решение линии предусматривает возможность переналадки и замены автоукладчиков и подгибочных -устройств, которые могут применяться в различных комбинациях для укладки радиодеталей в различные печатные платы. Линия может работать в двух режимах: режиме постоянной настройки, при котором на линии собирают один вид плат, и она не перенастраивается длительное время; режиме ежедневной переналадки, при котором на линии в первую смену происходит сборка какого-либо одного вида плат, а во вторую смену линия перенастраивается с тем, чтобы в первую смену следующего дня начать сборку другого вида плат.
Рабочий цикл линии идентичен циклу линии из агрегатных станков (см. рис. XVII1-2) и включает следующие элементы: перемещение плат, их фиксацию и зажим, установку радиодеталей на платы и их закрепление, расфик-сацию плат для очередного шагового перемещения вдоль линии. Поэтому система управления циклом линии должна обеспечить последовательное срабатывание следующих основных агрегатов: шагового транспортера; механизмов зажима и фиксации на всех позициях; автоукладчиков (всех 550
одновременно); механизмов подгибки (всех одновременно); механизмов зажима и фиксации. Кроме того, должна быть синхронизирована работа магазина выдачи плат на транспортер и других механизмов.
Схема управления рабочим циклом линии показана на рис. XVIII-9. Автоматическая линия управляется при помощи распределительного вала /, который проходит вдоль всей линии и приводится во вращение электродвигателем через редуктор частотой до 2 об/мин, что соответствует рабочему циклу Т = 3 с. От плоских кулачков распределительного вала получают команду головной распределитель 2, секционные распределители 5, хвостовой распределитель 4. Распределители, включенные через систему кранов А и 5, автоматически управляют всеми основными исполнительными механизмами линии, выполняющими работу посредством сжатого воздуха. Головной распределитель 2 осуществляет автоматический цикл воздухораспределения от магистрали Р на рабочий цилиндр 5 штангового транспортера 6 и на коллектор фиксаторов 7.
Коллектор фиксаторов для большей надежности подпитывается с двух сторон, поэтому хвостовой распределитель 4 обеспечивает автоматический цикл воздухораспределения от магистрали Р только на коллектор фиксаторов. Секционные распределители 3 (общее число 17) осуществляют автоматический цикл воздухораспределения от магистрали Р на рабочую секцию, состоящую из постоянного числа автоукладчиков радиодеталей с приводом в виде двухполостного цилиндра 8 и подгибочных устройств, имеющих привод в виде однополостного цилиндра 9 с возвратом поршня посредством пружины (на схеме показана секция из двух пар автоукладчиков и подгибочных устройств). На большой автоматической линии (52 автоукладчика) рабочая секция состоит из трех автоукладчиков и парных им подгибочных головок.
Принципиально возможны любые другие конструкции приводов автоукладчиков и подгибочных устройство как механических, так и пневматических, которые могут управляться от распределительного вала непосредственно либо через секционные распределители.
Транспортер 6 представляет собой штангу фасонного профиля, несущую флажки 10, которые перемещают печатные платы, лежащие в направляющих линии, от одной рабочей позиции к другой. Штанговый транспортер получает возвратно-поступательное движение через рабочий цилиндр 5. Упор 11 приводит в действие магазин 12 печатных плат, который при каждом холостом ходе штанги выдает по одной печатной плате на направляющие автоматической линии, а при рабочем ходе досылает выданную из магазина плату на фиксаторы и флажки подачи. Магазин получает платы при помощи кассеты, которую в процессе работы либо заменяют другой, либо подпитывают.
В конце рабочего хода штанги фиксаторы 13 перехватывают печатные платы с флажков 10 конусными штырями 14, осуществляя точную фиксацию плат на рабочих позициях под автоукладчиками во время установки и закрепления радиодеталей.
Система кранов А и Б позволяет легко производить наладку линии. Кроме включения автоматического цикла воздухораспределения посредством этих кранов выполняются ручные переключения механизмов линии. В частности, при помощи четырехпозиционного крана А можно перемещать ручным переключением штанговый транспортер вне цикла (кран комбинации /— V и II—VI или II—V и I—У/); осуществлять ручным переключением вне цикла рабочий и холостой ходы автоукладчиков 8 (краны А2, комбинации II—VI и V—VI или II—У и IV—VI). При помощи трехпозиционного крана Б возможно: при комбинациях III-—IV крана 52 ручным переключением крана Б± утапливать и выдвигать конусные штыри 14 фиксаторов вне цикла (комбинации I—III или III—/У); осуществлять ручным переключением вне цикла рабочий и холостой ходы цилиндров 9 подгибочных устройств (краны Б2, комбинации II—111 или II—IV).
сл

В приборостроении примером применения централизованных систем управления циклом являются автоматические линии обработки корпуса наручных часов, внедренные на ряде заводов. Управление осуществляется от распределительного вала, проходящего сбоку параллельно геометрической оси линии; привод от кулачков ко всем исполнительным механизмам осуществляется механически, с помощью рычажных и реечных передач и др. В централизованных системах управления циклом автоматических линий подсистемы управления работой отдельных агрегатов могут быть упрощены до предела (устройства контроля наличия хода) или вообще отсутствовать, что упрощает систему в целом.
Однако системы централизованного управления имеют существенный недостаток: подача команд с центрального командоаппарата осуществляется вне зависимости от действия и положения исполнительных механизмов, без учета полного выполнения предыдущего элемента цикла, в связи с чем возникает необходимость иметь дополнительные блокировочные и предохранительные устройства.
Централизованные системы управления, как правило, совершают холостые ходы по группе I, т. е. рабочие и холостые ходы могут изменяться только пропорционально. Часто это является недостатком, так как большая длительность отдельных элементов цикла заставляет искусственно увеличивать и другие рабочие и холостые ходы. Поэтому централизованные системы управления в современных автоматических линиях нашли ограниченное применение для работ с коротким циклом.
Децентрализованные системы управления, называемые иногда путевыми, осуществляют управление при помощи упоров-датчиков (чаще всего путевых переключателей и конечных выключателей), включаемых движущимися исполнительными рабочими органами автоматической линии или самой деталью. Эти системы основаны, на управлении упорами. Число устанавли-вемых упоров должно быть равно числу фиксированных положений механизма (детали). Все исполнительные органы автоматической линии связаны между собой так, что каждое последующее движение может быть произведено только после окончания предыдущего. Например, перемещение обрабатываемых деталей на автоматической линии транспортером возможно только тогда, когда все заготовки уже разжаты и расфиксированы, а все силовые головки находятся в исходном положении.
Таким образом, при децентрализованных системах управления управляющие функции несут по очереди сами агрегаты—объекты управления, передавая друг другу замкнутую «эстафету управления» посредством входных и выходных сигналов (рис. XVIII-7, б). Здесь основную роль играют автономные и полностью независимые подсистемы управления отдельными агрегатами, связанные друг с другом в соответствии с заданной последовательностью срабатывания лишь адресом выдаваемых команд о начале или окончании своей работы. Преимуществом этой системы управления является отсутствие сложной блокировки, так как команды подаются только после окончания предыдущего элемента цикла. Недостатком системы является то, что многочисленные датчики, работающие в рабочей зоне, нередко выходят из строя из-за попадания стружки, пыли, масла, зачастую подают неправильные команды вследствие закорачивания или обрыва электрических цепей; элементы промежуточных цепей и цепи в целом не являются достаточно надежными в работе.
Во время выполнения автоматического цикла при децентрализованных системах управления в линии могут возникать одинаковые ситуации, при которых в одних случаях должна быть подана команда на очередное движение, а в других такой команды быть не должно. Например, силовая головка по каким-либо причинам не пошла вперед и осталась в исходном положении. Для предотвращения очередного элемента цикла работы линии в системе управления наряду с датчиками положения следует иметь элементы «памяти»,
запоминающие предыдущее состояние линии и в связи с этим выдающие или запрещающие подачу очередной команды.
На рис. XVI11-10 в качестве примера приведена электросхема «запоминания» работы силовых головок линии. В конце обработки деталей конечные выключатели 1КВ—3KJ3 (количество их соответствует числу силовых голо» вок) нажимаются упорами силовых головок и включают промежуточные реле 1РП, 2РП и т. д. При возвращении силовых головок в исходное положение промежуточные реле остаются на самопитании. Только после того, как необходимость в «запоминании» конца обработки отпадает (это происходит один раз в начале следующего элемента цикла работы автоматической линии), самопитание всех промежуточных реле прекращается конечным выключателем 5КВТ. Из последовательно включенных контактов реле 1РП, 2РП и т. д. и промежуточного реле РП, подающего команду на исполнение следующего элемента цикла, составляется новая электрическая цепь (рис. XVIII-11). Для предупреждения начала следующего элемента цикла работы линии, если какая-либо головка не работала, исходное положение силовых головок и других узлов линии также контролируется электрической цепью, состоящей из последовательно включенных замыкающих контактов конечных выключателей. При отходе в исходное положение каждая силовая головка замыкает свой конечный выключатель.
На рис. XVIII-12 показана электросхема, которая объединяет цепь, контролирующую конец обработки детали. Питание реле РП (оно подает команду очередному агрегату) будет осуществлено, если все головки вернулись в исходное положение —замыкающие контакты конечных выключателей 1КВ—4КВ замкнуты — и все головки совершили обработку детали (замыкающие контакты реле 1РП—4РП замкнуты). Совмещение двух и более электрических цепей в одну производится с целью сокращения промежуточных реле в схеме. Кнопка управления КУ, нажимаемая оператором при начальном пуске линии, в данной схеме применяется для шунтирования участка цепи конца обработки детали. Особое внимание при децентрализованном управлении следует обращать на своевременную отмену созданных команд. Каждая команда, подаваемая на очередной агрегат, должна быть отменена после начала или окончания ее выполнения. Если команда выдается на различные, не связанные друг с другом процессы или движения, то отмена команды должна происходить только после начала или окончания каждого из движений. При этом движения, заканчивающиеся раньше других, не должны повторно принимать неотмененную еще команду.
2РП
ЗРП Ь-РП
Рис. XV111-11. Электросхема «суммирования» работы силовых головок
1РП 2РП ЗРП РРП
Рис. XV 111-12. Электросхема, контролирующая силовые головки в их исходном положении и в конце обработки:
1КВ —4КВ — датчики исходного положения головок; РП — промежуточное реле; 1РП — 4РП — контакты промежуточного реле, КУ кнопка управления
Одним из способов предотвращения повторного выполнения является импульсный метод подачи команд. На рис. XV111-13 приведена схема блока команд управления линией. Каждая команда после того, как срабатывает предыдущий агрегат, подается в течение непродолжительного времени, определяемого временем разрядки конденсатора на соответствующее промежуточное реле. Так, например, команда на ход транспортера произойдет после того, как отключатся и вновь включатся реле контроля отжима РО и расфиксации РР\ команда на фиксацию — после того,
Рис. XV 111-13. Электросхема Импульсной подачи команд
как отключится и включится реле кон-
троля положения транспортера РТ, команда на расфиксацию — после
того, как отключится и включится реле исходного положения станков, и т. д. При отключенных реле происходит зарядка конденсаторов, при включенных — их разрядка на соответствующее реле. Недостатком такой схемы является подача команды непосредственно от данного процесса вне зависимости от общего состояния линии.
Децентрализованные системы управления являются классическим примером систем группы II по принципу совершения холостых ходов. Так как настройка и выполнение всех элементов рабочего цикла линии взаимно независимы (они связаны лишь входными и выходными сигналами), любая интенсификация режимов обработки или иное изменение длительности рабочих ходов не оказывает влияния на остальные рабочие и холостые ходы, что является преимуществом.
Смешанные системы управления (см. рис. XVI11-7, в) несут в себе
характерные черты и централизованных, и децентрализованных систем управления. Управление последовательностью работы агрегатов осуществляется посредством командоаппаратов, как в централизованных системах, но каждый новый элемент цикла может начаться только после сигнала о срабатывании предыдущего аграгата, как в децентрализованных системах. Это достигается тем, что выходные сигналы от схем управления отдельными агрегатами об отработке заданных перемещений поступают обратно в командоаппарат (на рис. XVIII-7, в показано штриховыми линиями). Только после этого командоаппарат подает команду схеме управления очередным агрегатом.
Смешанные системы управления являются комбинацией первых двух систем. Например, центральный командоаппарат управляет всем циклом автоматической линии и наряду с этим осуществляется контроль выполнения очередных команд при помощи путевых датчиков агрегата для нового элемента цикла. Вал командоаппарата при нормальной работе линии вращается непрерывно или дискретно, при невыполнении очередной команды командоаппарат отключается. Несмотря на то, что смешанные системы обладают некоторыми недостатками первых двух систем, они имеют большие перспективы применения как более гибкие и универсальные.
В качестве примера практического применения системы смешанного управления рассмотрим функциональную схему управления участком автоматической линии обработки картера коробки перемены передач автомобиля ЗИЛ-130 (рис. XVI-1), т. е. реализации циклограммы, аналогичной представленной на рис. XVIII-2.
Командоаппарат I выполняет функцию централизованного управления всеми целевыми механизмами линии (рис. XVIII-14). Примем за нулевое положение пуск силовых головок (/V—VI). Отработка полного цикла обработки детали на линии выполняется системой управления в следующей последовательности; командоаппарат выдает электрические команды 1 одно-
Рис. XV111-14. Функциональная схема управления участком автоматической линии 1Л8 5
Рис. XV 111-15. Схема выдачи и приема команд командоаппаратом
временно на все силовые самодействующие головки, каждая из которых посредством собственной автономной подсистемы (см. рис. XVIII-2) отрабатывает заданный для нее цикл (быстрый подвод — рабочая подача — быстрый отвод) и подает сигнал 2 об окончании работы. После того, как все головки выполнили работу, отошли в исходное положение и передали об этом сигналы 2 в командоаппарат, последний дает очередную команду 3 на механизмы разжима и расфиксации деталей III и после получения сигнала 4 о выполнении этой команды подает команду 5 в транспортное устройство II для перемещения деталей. По окончании транспортирования в командоаппарат поступает сигнал 6 и выдается команда 7 на фиксацию и зажим деталей, об окончании фиксации и зажима в командоаппарат подается сигнал 8 и выдаются вновь команды 1 на силовые головки секции. Цикл повторяется.
На рис. XVIII-15 представлена принципиальная схема подачи команд на силовые головки и приема информации командоаппаратом. Кулачок 1 командоаппарата замыкает конечный выключатель 2, который включает в цепь электромагниты пуска силовых головок 3—5. Силовые головки отрабатывают свой цикл и возвращаются в исходное положение, что фиксируется замыканием путевых выключателей 6-^8. После того, как все головки вернутся в исходное положение, замкнется электрическая цепь, в которую входят путевые выключатели 6—8 и электромагнит 9 включения привода поворота командоаппарата. Вал с кулачками командоаппарата поворачивается, и кулачки осуществляют коммутацию, подавая очередную серию команд на соответствующие механизмы линии.
Таким образом, основным механизмом смешанной системы управления автоматическими линиями является командоаппарат, выдающий в заданной последовательности команды элементам привода, контролирующий их выполнение и отменяющий предыдущие команды перед подачей последующих. Командоаппарат может быть выполнен в виде специального электромеханического устройства с электрическим, гидравлическим или пневматическим приводом. В качестве командоаппарата может быть использован шаговый искатель; наконец, командоаппарат может быть выполнен на промежуточных реле с механической или магнитной памятью.
Особенность централизованного метода состоит еще и в том, что при этом управлении четко выделяются командные позиции в циклограмме линии; обеспечивается жесткая последовательность движений; команды выдаются непосредственно исполнительным механизмам; исключается выдача разноречивых команд; контролируется исполнение выданных команд и после получения сигнала об исполнении происходит их отмена, т. е. осуществляется обратная связь. На рис. XVIII-16, а показана гидрокинематическая схема командоаппарата конструкции МСКБ АЛ и АС, который состоит из следующих узлов: двух кулачковых валов 2 с установленными на них кулачками 15 и исполнительных контактных элементов — контакторов 14 (по возможному числу управляемых агрегатов), каждый из которых имеет 556
неподвижные контакты 10, замыкающиеся при нажатии кулачка на контактный рычаг 12. Во включенном состоянии контактный рычаг с установленным на нем контактным мостиком 11 удерживается рычагом-защелкой 13 и при нажатии кулачка на ролик последнего возвращается в исходное положение, размыкая цепь. Кулачковые валы связаны между собой зубчатой передачей с отношением 1 : 1 и поворачиваются одновременно на одинаковый угол. На оси одного из валов находится храповое колесо 3, приводимое в прерывистое движение храповиком 4, установленным на выходной оси 8 гидропривода. Гидропривод поворота валов командоаппарата работает следующим образом: масло, подаваемое в золотник 7, воздействует попеременно на торцы плунжера 9 в зависимости от того, включен или отключен электромагнит 6, управляющий золотником. В результате плунжер 9 совершает прерывистое возвратно-поступательное движение, преобразуемое реечной передачей в возвратно-вращательное движение оси 5, на которой установлен храповик 4 храпового механизма, вращающего кулачковые валы 2.
Командоаппарат имеет два конечных выключателя, контролирующих положение плунжера 9 и управляющих включением и отключением электромагнита 6. С одним из валов 2 коммутирующего устройства связан через коническую зубчатую пару ползунковый переключатель 1 (имеющий число положений, равное числу позиций командоаппарата), который служит для переключения питания электромагнита с одной электрической цепи на последующие. С кулачковым валом связан также счетный механизм 16, снабженный конечным выключателем. Этот механизм служит для подачи команд на смазку пр испособлений.
Недостатком смешанного, как и централизованного управления, является наличие дополнительного управляющего устройства — электромеханического или схемного, которое может накладывать свои отказы на отказы электросхемы. Это особенно существенно при исполнении командоаппарата
в виде электромеханического устройства, который сам является сложным аппаратом. Отказы командоаппарата, особенно проскакивание через позицию, могут привести к серьезным авариям автоматической линии. Другим недостатком является меньшее быстродействие по сравнению со схемами, построенными по системе децентрализованного управления (см. рис. XVIII-7, б), так как время работы командоаппарата увеличивает цикл обработки детали.
§ 4.	СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
И ВЗАИМНОЙ БЛОКИРОВКИ
НЕЗАВИСИМО РАБОТАЮЩИХ АГРЕГАТОВ
Рассмотренные в предыдущем параграфе системы управления рабочим циклом линий характерны для автоматических линий с жесткой межагрегатной связью, где взаимосвязь работы отдельных агрегатов обычно однозначна, последовательность или параллельность, работы во времени строго регламентирована.
Однако даже в линиях, разделенных на участки-секции из жестко сблокированных станков, отдельные участки и накопители конструктивно независимы, взаимосвязь их работы достаточно многообразна. Так, в простейшем двухучастковой линии с одним промежуточным накопителем (см. рис. XVIII-1) возможны следующие функциональные состояния.
1.	При промежуточном уровне запаса деталей в накопителе (О < £ < Ешах) оба участка работоспособны, линия выдает продукцию, количество деталей в накопителе остается неизменным (Е = const). Накопитель транзитного типа (см. рис. XIX-26, а) работает на проход, накопитель тупикового типа (см. рис. XIX-26, б) вообще отключен.
2.	При промежуточном уровне запаса в накопителе первый участок линии неработоспособен, количество деталей в накопителе уменьшается. Если отказ будет устранен раньше, чем количество деталей в накопителе станет равным нулю, выпуск продукции на линии не прервется.
3.	При промежуточном уровне запаса деталей в накопителе второй участок неработоспособен, линия не выдает продукцию, количество деталей в накопителе увеличивается. Если отказ будет устранен раньше, чем накопитель будет заполнен целиком, второй участок будет продолжать работать бесперебойно.
4.	При отсутствии запаса в накопителе оба участка линии работоспособны, линия выдает продукцию, уровень запаса остается нулевым.
5.	При отсутствии запаса в накопителе первый участок линии неработоспособен, линия не выдает продукцию, несмотря на исправность второго участка.
6.	При полном заполнении накопителя оба участка линии работоспособны, линия выдает продукцию, уровень запаса остается максимальным.
7.	При полном заполнении накопителя второй участок линии не работает, линия не выдает продукции, уровень запаса остается максимальным.
Очевидно, система управления автоматической линии должна обеспечивать не только управление по жесткой программе рабочим циклом отдельных агрегатов и целых участков, но и содержать специальные схемы, осуществляющие взаимную блокировку работы обоих участков и накопителя, т. е. автоматическое изменение режима работы всей системы в соответствии с ее состоянием. Наиболее сложными являются схемы взаимной блокировки в автоматических линиях с гибкой межагрегатной связью, где наличие межоперационных заделов дает возможность каждому встроенному в линию агрегату работать независимо.
Задача управления и взаимосвязи оборудования линии с гибкой связью сводится к созданию такой системы, при которой задержки одной машины, участка или части транспортера не вызывали бы немедленно прекращения 558
работы последующих или предыдущих смежных машин или участков. Блоки" рующие схемы должны отключать смежные агрегаты только при полном использовании заделов между ними (или переполнении накопителей). Этому
основному условию подчинены схемы электрического привода и управления.
Различная компоновка оборудования приводит к разнообразным взаимосвязям станков и транспортных систем. Чтобы сделать управление отдельными объектами технологического и транспортного назначения доста-точно гибким, необходимо выполнить следующие условия.
1. Взаимосвязь и блокировка смежных агрегатов осуществляется при помощи контроля наличия обрабатываемых деталей. При этом каждый станок работает только в том случае, если имеется деталь в подводящем канале и нет ее на позиции выгрузки.
2. На участках с последовательным расположением оборудования на
стыке транспортеров станка или участка не допускается механическое столкновение смежных транспортеров при их несогласованной работе.
3. Каждый станок, транспортер или магазин должен управляться и работать автоматически и самостоятельно при наличии связей, указанных в пер-
вых двух условиях.
4. Транспортеры и лотки максимально используются в качестве накопителя обрабатываемых деталей.
На рис. XVIII-17 показана мнемоническая схема участка линии с гибкой связью, состоящего из трех параллельно работающих станков, подъемника, транспортера-распределителя и системы отвода. Цепной подъемник 1
непрерывно подает заготовки в транспортер-распределитель 2, в котором всегда имеется задел, позволяющий работать станкам (№ 1, № 2 и № 3) даже при наличии отказов подъемника. Транспортер-распределитель имеет замкнутую цепь с толкателями, ведущими кольца с верхней ветви на нижнюю, где они распределяются по приемным лоткам станков (см. рис. XIX-I0). В лоток кольцо попадает только в том случае, если в нем имеется свободное место для очередной детали. Если лотки, соединяющие транспортер-распределитель со станком (№ 1, № 2 или № 3), по каким-либо сооб
ражениям полностью заполнять невозможно, то датчик 1КД, контролирую-
щий наличие деталей на входе в станок, чает электромагнит 1Э, который обеспечивает поступление к станку очередной детали. Если полное заполнение подводящих лотков допустимо, электромагнит 1Э с отсекателем не устанавливается.
Датчик 11\Д остается во всех случаях, так как он выполняет еще одну функцию: поддерживает автоматическую работу станка при наличии колец в подводящем лотке. Освобождение 1ДД вызывает задержку автоматической работы станка, но не выключает ее. При этом цикл станка завершается до заранее намеченного исходного положения. Появление очередной детали в лотке вызывает продолжение автоматической работы станка от 1КД, Производительность-транспортер а выбирается несколько большей, чем производительность станков, поэтому перерывов в автоматической работе станков обычно не бывает. При недостатке обр абатываемых деталей пер иодически простаивает последний (в данном случае № 3) станок.
при освобождении от колец вклю-
ПВБ
Рис. XV111-17. Мнемоническая схема участка линии с гибкой связью:
1 — подъемник: 2 — транспортер-распределитель; 3 — подводные лотки; 4 —отводные лотки: 5 — отводящий транспортер; 1ФР — 1-е фотореле; 2ФР — 2-е фотореле; ФД — фотодиодный датчик; 1Э — ЗЭ — электромагниты отсекателей; 1КД, 2КД — контактные датчики; А — ручной отсекатель; 1ПВ, 2ПВ — путевые выключатели: 2ПБ — предохранительный выключатель: ПВБ, ВП — выключатели перегрузочных муфт
Электрическая связь станков с отводящими транспортерами 5 также осуществляется через контроль наличия деталей в отводящих лотках 4. Задача датчика 2КД сводится к контролю максимального наполнения отводящего лотка. Если к началу нового цикла станка датчик информирует о полном заполнении лотка, то либо не последует начало нового цикла, либо выключится автоматическая работа соответствующего станка. Сигнал о переполнении отводящего лотка можно получить разными способами; от одного датчика и реле времени или от одного датчика и контрольного контакта из схемы защищаемого станка, от двух датчиков, от фотодатчика.
Подводные лотки 3, играющие роль магазинов на загрузке, все время поддерживаются в заполненном состоянии. Следовательно, при случайных задержках подачи колец или при кратковременной остановке питающего транспортера на 10—20 мин станки продолжают работать, пока не израсходуются все детали в приемных лотках. Аналогичную роль выполняют отводящие лотки 4. Они не заполнены кольцами, поэтому при переполнении отводящего транспортера 5 кольцами или при его кратковременной остановке (20—30 мин) станки также могут продолжать автоматическую работу благодаря резервной емкости отводящих лотков. Контроль наполнения отводящих лотков устанавливается с учетом использования их в качестве накопителей.
На рис. XVIII-18 показана принципиальная электросхема подъемника (см. рис. XIX-13). В качестве привода подъемника применен асинхронный электродвигатель с редуктором, имеющим перегрузочную муфту ПВБ. При срабатывании муфты контакты выключателя ПВБ замыкаются и включают реле времени 1РВ на 0,5—1 с. При этом электродвигатель включается в обратную сторону. Если муфта срабатывает от заедания детали в канале приема или выдачи, то при реверсе цепи она, как правило, освобождается и принимает правильное положение. После указанного времени электродвигатель подъемника от реле времени 1РВ автоматически включается на ход вперед. Автоматический кратковременный реверс устраняет случайные задержки работы подъемника, облегчая тем самым его обслуживание.
На лотках подъемника предусмотрены три фотодатчика. Фотодатчик 1ФР (см. также рис. XVI11-17) проверяет наличие деталей на входе в подъемник, а фотодатчик 2ФР — наполнение отводящего лотка от подъемника
W РАР
Реле автоматической работы
~1ФР 2РВ 2ФР0КН № JP8
13 Г9 21J1L 4
Главный привод
ОРВ (ууС
выдержка времени на реверс (0,5 с)
( 10 мкФ)
2Фр\
Наличие детали (выдержка 25с) (150+150мкФ)
Освобождение лотка ( выдержка 20с)
2ФРП 2фр
Переполнение лотка (выдержка Юс) (зо мкФ)
Светофор
Рис. XV1H-18. Электро-схема управления подъемником
Реле автоматической работы
Транспортер вперед
Транспортер
И назад
Время реверса
0.5с
Завертка отключения
Светосрор
Рис. XVIII-19. Схема управления транспортером-распределителем:
МХУ, 2КУ — кнопки управления; РАР, 1РП — промежуточные реле; 1РТ — тепловое реле; 1РВ, 2РВ — реле времени; IE, 2Е — конденсаторы к 1РВ и 2РВ; ВС — селеновый выпрямитель; ПВБ — выключатель перегрузочной муфты; ЛС — лампа-светофор; 1КВ, 1 КН — магнитные пускатели; 2ФРП — контакты фотодатчика подъемника
к транспортеру. Поступающая информация от фотодатчиков 1ФР и 2ФР и определяет управление подъемником. По принципиальной схеме подъемника нетрудно проследить, что он работает при наличии деталей на входе в подъемник и свободном отводящем лотке. При переполнении отводящего лотка или отсутствии деталей на входе подъемник останавливается (от размыкания контактов 2ФРП).
Вся электроаппаратура и органы управления сосредоточены в шкафу, укрепленном на подъемнике. Таким образом, подъемник представляет собой полностью автономный, автоматически действующий транспортный агрегат. После включения кнопкой 2КУ реле автоматической работы РАР подъемник работает только по информации, поступающей от фотодатчиков 1ФР и 2ФР. Работа по информации в отличие от непрерывной работы значительно экономит электроэнергию и резко снижает износ подъемника. Для счета деталей в подъемнике предусмотрен быстродействующий, безинерционный фотодиодный датчик.
Датчик вместе с полупроводниковым усилителем может работать на два импульсных электромеханических счетчика. Один из них устанавливается обычно на подъемнике, а другой — у диспетчера. Датчик-счетчик реагирует на время затемнения луча в 0,01—0,02 с. Быстродействие счета ограничивается только временем срабатывания счетчика. Чтобы подъемник не включался от каждой новой поступающей детали, датчик 1ФР работает в сочетании с выдержкой времени от 2РВ. В качестве реле времени используются высокоомное промежуточное реле с малой мощностью управления и конденсатор емкостью 30—150 мкФ. Если обмотку реле и конденсатор включить параллельно, то при разрыве управляющего контакта, например ПВБ, реле будет удерживаться вследствие напряжения конденсатора. Время задержки зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления.
Электрическая схема управления транспортером-распределителем (рис. XVIII-19) также предусматривает его самостоятельную автоматическую работу при взаимной блокировке его смежными агрегатами (подъемником и приемными лотками станков).
Редуктор электродвигателя цепи транспортера имеет перегрузочную -муфту с выключателем ПВБ. Срабатывание муфты и, следовательно, ПВБ приводит к реверсу транспортера на 50—100 мм (0,5—1 с) и повторному
включению вперед, что позволяет упростить механизмы приема и выдачи деталей, так как возможное заклинивание деталей устраняется при реверсе транспортера без вмешательства наладчика (автоматическое устранение отказа). Переполнение транспортера контролируется фотодатчиком 2ФР подъемника. Контакты 2ФРП включают реле 1РП (при затемнении фото-датчика 2ФР), что останавливает работу транспортера на 1 мин. После выдержки времени контакты 2РВ снова включают транспортер вперед. Автоматическая работа транспортера сигнализирует светофором; на время реверса сигнальная лампа ЛС загорается ярко, привлекая внимание наладчика. Электроаппаратура и кнопки управления располагаются в отдельном шкафу. Аналогичным образом построена и система управления и блокировки отводящего транспортера (см. рис. XVIII-17). В электроприводе его также предусмотрена перегрузочная муфта с контактами ВП, срабатывание которой приводит к отключению электродвигателя. Для контроля правильной выгрузки деталей установлена отжимная планка, связанная с путевым выключателем 2ПВ. При задержке деталей на выходе из транспортера выключатель 2ПВ отжимается и также отключает электродвигатель. Работает отводящий транспортер следующим образом. Во время работы станков ручные отсекатели А не пропускают обработанные детали в отводящий транспортер. После замера и определения годности последней обработанной детали отсекатель А освобождает их. Столб деталей проходит по лотку ниже и задерживается отсекателем 2Э.
Установленный на транспортерной ленте кулачок, кратковременно действуя на выключатель 1ПВ, включает отсекатель ЗЭ (задерживая детали) и выключает отсекатель 2Э, который выпускает детали, находящиеся между отсекателями ЗЭ и 2Э. в отводящий транспортер. Подобная порционная выдача деталей на отводящий транспортер необходима, чтобы избежать скопления деталей в стыках лотков и транспортере. Упор, действующий на выключатель 1ПВ, удаляет отставшие детали с верхней ветви транспортера.
Рассмотренные принципы построения систем управления и блокировки независимо работающих агрегатов в линиях с гибкой связью реализованы в комплексных автоматических линиях автоматических цехов по производству подшипников конструкции МСКБ и АЛ и СС, в том числе в цехе массовых подшипников на 1ГПЗ. Структурная схема одной из линий цеха (по технологическим участкам) приведена на рис. XVIП-20. Каждый участок линии имеет комплексную систему управления и блокировки, аналогичную рассмотренной выше (см. рис. XVIII-17—19). Как правило, участок составляет группа станков, выполняющих последовательные операции, или одну операцию группой параллельно работающих станков. Конструктивным признаком участка является наличие транспортера-распределителя. Иногда участок определяется количеством оборудования, заключенного между двумя автоматическими магазинами-накопителями. Участок имеет пульт управления.
Токарный участок (рис. XVIII-20, а) наиболее сложен и состоит из двух групп параллельно работающих станков черновой и чистовой обработки, а также пресса клеймения, объединенных распределительными и отводными транспортерами. Термический участок (рис. XVIII-20, б) характерен последовательным размещением оборудования с непрерывной работой транспортеров ленточного типа. В термические участки цеха входит около 40 единиц оборудования, которые обслуживает один человек. Поэтому электрооборудованием участка предусмотрена звуковая сигнализация, действующая при остановке одного агрегата из общей автоматической работы. Все внутренние блокировки неисправностей в отдельных агрегатах и печах, без которых невозможна их дальнейшая работа, приводят к отключению собственного транспортера, который включает общий звонок и свою сигнальную лампочку.
Участок плоского шлифования (рис. XVIII-20, в) состоит из двух станков, двух подъемников, двух магазинов и демагнитизатора. Все оборудование 562
работает последовательно. Блокировочная связь между станками осуществляется датчиками, которые контролируют наличие деталей в лотках, отходящих от подъемников. Производительность второго станка устанавливается несколько выше, чем первого, поэтому первый станок отключается только при выключении автоматической работы второго станка. На данном участке подводящие лотки также используются как накопители, действующие при кратковременных задержках работы станков или магазинов.
. На участке бесцентрового наружного шлифования (рис. XVIII-20, а) имеется два рода связи: связь по контролю деталей в лотках и связь транспортных средств обоих станков. Связь транспортеров сводится к возможности только совместной их работы. Выключение одного транспортера немедленно приводит к выключению автоматической работы обоих станков. Это объясняется тем, что кольца во время обработки проходят через станки непрерывным потоком. Выключение вспомогательных устройств участка, магазина, контрольного автомата, подъемника и укладчика не вызывает выключения автоматической работы станков. Детали при задержке в последующей части участка автоматически отводятся из потока в сторону (сбрасываются в ящик). Связь и управление на участке внутреннего шлифования (рис. XVIII-20, д) аналогичны связи и управлению на токарных участках.
Участок завершающих операций (рис. XVIII-20, а), где установлены моечные машины, контрольные автоматы, сборочная, антикоррозионная и упаковочная машины, характеризуется последовательной компоновкой машин. Оборудование завершающего участка комплектуется из машин циклического действия, цикл которых состоит из обработки детали и транспортирования ее с позиции на позицию. Связь между станками осуществляется также через обрабатываемые детали, для этого в месте стыка двух транспортеров, куда деталь поступает от предыдущей машины и откуда она подается на' последующую машину, устанавливается датчик, контролирующий наличие детали на данной позиции. Если к началу нового цикла предыдущей машины деталь с указанной позиции .не была удалена, то машина будет «ждать» ее удаления. Для последующей машины наличие детади служит сигналом к продолжению автоматического цикла. Следовательно, в данном случае конец транспортирования детали предыдущей машиной вызывает начало транспортирования детали последующей машиной. Подобная перекладка детали обычно происходит без встречи механизмов транспортера. Однако конструктивно обойтись без встречи транспортных средств
Рис. XVIII-2 0. Структурная схема одной из линий автоматического цеха массовых подшипников:
1 — бункер; 2 — подъемник; 3 — транспортеры-распределители; 4 — черновые станки; 5 — отводящие транспортеры;
6 — чистовбш станки; 7 — пресс клейме*-ния; 8 — магазины; 9 — укладчики; 10 — печи нагрева под закалку; 11 — закалочные ванны; 12 — моечные машины; 13 —
холодильные машины; 14 — печи отпуска; 15 — станки; 16 — демагнизатор; 17 — подъемник; 18 — механизм загрузки; 19 — контрольные автоматы; 20— столы контролера; 21 — склиз; 22 — сборочная машина; 23 — антикоррозионное устройство; 24 — упаковочная машина

иногда невозможно, в этих случаях создаются межстаночные расстояния в виде лотков, склизов и тому подобных устройств ’ со свободным перемещением детали под действием собственного веса. Связанные таким образом станки могут работать независимо друг от друга до момента переполнения лотка или, наоборот, до его полной разгрузки.
Магазины, которые находятся между участками, имеют самостоятельное управление с электроаппаратурой и кнопками, установленными на магазине. Схемой электрического управления кроме блокировок внутри магазина предусмотрены требуемые блокировки и связи с электрооборудованием предыдущего и последующего участков. Эти связи осуществляются через контроль наличия колец в подводящем и отводящем лотках. Например, при наполнении отводящего лотка выдача колец из магазина прекращается. При сраба-. тывании контроля наполнения подводящего лотка, которые может быть вы-* звано неисправностью механизма приема в магазин или остановом его, посылается соответствующий сигнал на транспортные средства предыдущего участка.
§ 5. СХЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ И ОТЫСКАНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ЦЕПЯХ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Рассмотренные выше примеры системы управления автоматическими линиями показывают, что электрические схемы представляют собой совокупность большого количества электрических аппаратов и элементов.
Повышение надежности систем электрического управления автоматическими линиями наряду с другими мерами осуществляется путем включения в систему управления специальных механизмов, обеспечивающих нахождение неисправностей в электрических цепях. В сложных цепях управления в случае возникновения каких-либо неисправностей значительное время приходится тратить не на устранение этих неисправностей, а на их поиск. В большинстве случаев для этих целей используются или сигнальные лампы, контролирующие состояние участков электрических цепей, или специальные переключатели (искатели повреждений, шаговые искатели и т. п.), устанавливаемые на пультах управления, которые подсоединяются к контролируемым точкам схемы.
Большое распространение во всевозможных электрических схемах получила световая сигнализация. В простейшем случае при необходимости получения сигнала о включении электрических аппаратов их контакты включаются последовательно с сигнальными лампами. Существенный недостаток такой схемы: в случае перегорания лампы цепь, в которую она включена, не может быть проверена, а следовательно, может быть выдан ложный сигнал. Этот недостаток отсутствует в схеме, где сигнальная лампа включается последовательно с сопротивлением, а контакты аппарата, работа которого проверяется, шунтируют это сопротивление.
На рис. XVIII-21 приведены распространенные схемы сигнализации задержек. По варианту, представленному на рис. XVII1-21, а, контакты всех аппаратов, включенные в контролируемую цепь, имеют контакты и в цепях сигнальных лампочек (1Л—5Л). Все лампы, горящие в полный накал, указывают на причины задержки включения автоматической работы. Если лампы горят в полнакала, то, следовательно, все условия, контролируемые контактами 1ПВ, 2ПВ, 1РП, 2РП, ЗРП, для включения реле автоматической работы РАР выполнены. Эта схема, отличающаяся простотой, имеет и существенные недостатки; требуются дополнительные контакты для цепей сигнальных ламп, увеличивается число промежуточных реле и др.
В схеме, представленной на рис. XVIII-21, б, сигнальными лампами 1Л—5Л проверяются непосредственно контакты, включенные в цепь реле автоматической работы РАР, Сигнализация включается только 564
после отключения автоматической работы, т. е. когда требуется поиск причины задержки автоматической работы. Лампы включаются пр омежу точ н ым реле PC от размыкающих контактов реле РАР. Недостатком этой схемы является то, что она не выявляет одновременно несколько причин неисправностей, так как причину может указать лишь первая лампа из числа негорящих. Только после устранения одной неисправности можно определить следующую и т. д.
Из схем автоматического управления нетрудно установить, что для подачи команды на выполнение очередного элемента цикла работы линии необ
ходимо ВЫПОЛНИТЬ МНОГО уСЛО-	Рис. XVIII-21. Схема сигнализации задержек
вий, выраженных в виде замк-
нутых контактов электроаппаратов. Например, для включения транспортера секции автоматической линии 1Л85, имеющей 5 позиций и 9 силовых головок (см. рис. XVI-1), требуется контроль исходных положений девяти головок, 5-ти механизмов фиксации и зажима, что в общей сложности составит более 40 контактов в цепи включения хода транспортера вперед. Если контроль элементов выполнить в сигнальных лампочках, то их количество будет весьма значительным, особенно для линий с большим числом позиций. Кроме
того, при наличии многочисленных сигнальных ламп на пульте управления создается неприятное мигание во время работы линии. В этих случаях применяют специальные искатели повреждений в электрических цепях управления.
На рис. XVI11-22, а приведена схема поиска неисправностей с одной сигнальной лампой ЛС и искателем повреждений ИП. Пусть при нормальной работе контролируемого участка схемы контакты всех реле (1РП—ЗРП) разомкнуты, следовательно, лампа ЛС включена последовательно с сопротивлением С и горит в полнакала. При наличии неисправности (контакты одного из реле РП замкнуты) сопротивление С будет зашунтировано цепью ИП, лампа ЛС будет включена на полное напряжение, что и даст возможность определить неисправное реле РП,
Рис. XVIII-23. Схема поиска неисправностей с использованием шагового искателя
с
"Мррп	°V/7
б)
Рис. XV Ш-22. Схемы устройств для поиска неисправностей в цепях управ-
ления:
а — с искателем повреждений в виде переключателя; б — с включением искателя повреждений в цепь исполнительного реле
В схеме, представленной на рис. XVIП-22, б, от всех точек последовательной цепочки электрических аппаратов сделаны выводы на соответствую-щие- контакты искателя повреждений ИП, к общей точке которого присоединена сигнальная лампа ПС. Таким образом, если промежуточное реле РП не включится, соединением общего подвижного контакта ИП с его контактами, связанными с контролируемой цепью, можно определить место разрыва электрической цепи и поврежденный аппарат. При поиске неисправностей в сложных электрических цепях, скомпонованных из большого количества аппаратов, используют схемы с шаговыми искателями. Функция шагового искателя в цепях контроля заключается в том, что при вращении ротора с ползунками по контактному полю после каждого последовательного включения катушки электромагнитного привода с его ИЗ контактом образуются новые цепи для самопитания.
Проверяемая цепь реле РП (рис. XVIII-23) состоит из контактов 1КВ. 2КВ, 1РП, 2РП. После проверки каждого контакта через отводы 1ШИ—4ШИ, являющиеся контактами шагового искателя ШИ, подается команда на контактные щетки. Нажатием кнопки П шаговый искатель ШИ включится и после первого же срабатывания переключится через контактную щетку с контактного поля ОШИ на 1ШИ и т. д., пока контактная щетка не встанет на нарушенный или незамкнутый контакт. Одновременно другая контактная щетка вращающегося ротора ШИ также остановится на одном из контактов контактного поля и включит соответствующую сигнальную лампу 1Л—4Л. Сигнальные лампы размещаются на специальной панели, на которой нанесен контур автоматической линии. Это дает возможность найти место расположения неисправного аппарата на линии.
В автоматических линиях, где количество проверяемых контактов не превышает 50, целесообразно схему сигнализации разместить на самом шаговом искателе, как это показано на рис. XVIII-24, а. Диск 4 с вырезанными на отбортованной поверхности прямоугольными отверстиями жестко крепится к ротору шагового искателя. На эти отверстия наклеивается прозрачная лента, на которую нанесены номера проверяемых контактов (рис. XVIII-24, б). Помещенная внутри лампа загорается одновременно с вращением сигнального диска. В глазок 3 на панели управления виден тот номер контакта, на котором остановился шаговый искатель.
В некоторых автоматических линиях предусматриваются панели поиска неисправностей, которые устанавливаются на дверцах шкафов управления. На панели из изоляционного материала наносится реальная схема управления линией. Все точки соединений контактов снабжаются на панели специальными контактными пистонами, которые соединяются с соответствующими точками реальной монтажной схемы. Контролируют схему, поочередно прикасаясь к контрольным контактам специальным щупом, соединенным через контрольную лампу с одной из основных линий питания цепи управления.
1 — панель главного пульта управления; 2 — переходная втулка; 3 — глазок; 4 — диск
Глава XIX
ЦЕЛЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
В автоматических линиях наряду со станочными целевыми механизмами рабочих и холостых ходов имеются межстаночные механизмы холостых ходов, выполняющие функции транспортировки, ориентации, накопления задела, контроля детали, уборки стружки и др., отсутствующие в поточных линиях.
. Расчленяя разнообразные исполнительные механизмы по их целевому назначению, можно найти общие принципы их расчета и конструирования, с дальнейшей их унификацией и стандартизацией, облегчить и ускорить проектирование линии в целом. Правильный выбор типа целевых механизмов, рациональное их конструирование положительно влияют на работоспособность, производительность, надежность и долговечность линии.
Целевые механизмы линий различного технологического назначения отличаются друг от друга по выполняемым функциям, конструкции, размерам, типу применяемого привода и т. д. Однако механизмы холостых ходов имеют в конструкции много общего, что обусловлено общностью их назначения — переместить деталь из одной позиции в другую, зажать ее и т. д.
Наиболее типовыми целевыми механизмами автоматических линий являются механизмы межстаночной транспортировки, механизмы изменения ориентации обрабатываемых деталей, механизмы зажима и фиксации (если они не являются целевыми механизмами соответствующих станков), механизмы межоперационных заделов-накопителей, механизмы транспортировки стружки. Наиболее сложными и конструктивно разнообразными являются транспортные механизмы, вид и состав которых определяются в первую очередь характером обрабатываемых деталей и видом межагрегатной связи (жесткой или гибкой, см. гл. XVI). Поэтому рассмотрение комплекса транспортных механизмов производится отдельно для линий с жесткой и гибкой межагрегатной связью. Остальные типы механизмов рассматриваются для обоих типов линий.
§ 1. ТРАНСПОРТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ЛИНИЙ С ЖЕСТКОЙ СВЯЗЬЮ
Транспортные механизмы линий с жесткой связью, как правило, применяются в линиях со сложным технологическим процессом. Таковы, например, транспортные системы автоматических линий по обработке ступенчатых валов, тяжелых корпусных деталей, в том числе деталей, требующих для своего перемещения приспособлений-спутников. В таких линиях единая транспортная система проходит через все рабочие зоны. Детали вместе с транспортером проходят через всю зону обработки. На всех рабочих позициях деталь во время обработки фиксируется и зажимается по базовым поверхностям. Во многих линиях транспортные устройства расположены
Рис, X1X-I. Схемы шаговых транспортеров
вне рабочих зон станков, здесь необходимо встраивать дополнительные устройства для перемещения деталей в рабочую зону и обратно.
Система межстаночного транспорта с жесткими транспортными связями между станками линии включает в себя ряд типовых целевых механизмов и устройств, характерных для этой системы.
Основную группу механизмов транспорта с жесткой связью составляют шаговые транспортеры, осуществляющие шаговое перемещение каждой детали на следующую позицию.
На рис. XIX-1 приведены схемы наиболее распространенных типов шаговых транспортеров. Наибольшее применение получили транспортеры с подпружинными собачками (рис7 XIX-1, а). Штанга 1 перемещает детали 2 с помощью возвратно-поступательного движения от гидро- или пневмоцилиндра, реже— кулисного механизма. При движении штанги назад собачки поворачиваются вокруг оси и проходят под деталями, которые в это время обрабатываются. Схема управления приводом транспортера обеспечивает уменьшение скорости в конце хода при помощи тормозного золотника. Управление электрогидравлическое при помощи золотников и дросселя.
Основным преимуществом шагового штангового транспортера с собачками является то, что штанга совершает простое прямолинейное возвратно-поступательное движение, кроме того, конструкция пневмо- или гидропривода транспортера несложная. Основной недостатком шаговых транспортеров с собачками — сложность обеспечения точного перемещения обрабатываемых деталей на рабочие позиции станков.
В последнее время большее предпочтение отдают транспортерам с флажками и круглыми штангами. Шаговые штанговые транспортеры с флажками (рис. XIX-1, б) обеспечивают более точное перемещение и базирование обрабатываемых деталей 2 на рабочих позициях линии. Точность положения деталей на рабочих позициях определяется в основном допуском зазора между флажками 3 и деталью. Транспортеры с флажками вследствие более высокой точности перемещения допускают и большую скорость перемещения. Штанги транспортеров с флажками совершают прямолинейное возвратно-поступательное движение и колебательное движение вокруг своей оси. Обрабатываемые детали перемещаются только при движении штанги вперед. Поворот штанги с флажками вокруг оси для освобождения детали производится от дополнительного привода. Штанга флажковых транспортеров имеет обычно цилиндрическую форму и опирается на несколько пар роликов.
Грейферные шаговые транспортеры с флажками (рис. Х1Х-1,в) перемещают обрабатываемую деталь 2 флажками 3. Конструкция грейферных транспортеров получается сложной, потому что штанга 1 транспортера совершает два возвратно-поступательных движения в горизонтальном и вертикальном направлениях. Транспортеры подобного вида применяют обычно в тех случаях, когда захват обрабатываемых деталей может быть произведен лишь с одной стороны, т. е. когда обрабатываемые детали установлены 568
на рабочих позициях таким образом, что сначала их необходимо поднять, а затем переместить на следующие операции для дальнейшей обработки.
Все шаговые транспортеры, описанные выше, имеют пневматический, электрический и гидравлический приводы. Наиболее просты пневматический и гидравлический приводы; реже применяются кривошипно-шатунные и кулисные механизмы.
К шаговым транспортерам относятся и толкающие шаговые транспортеры (рис. XIX-1, г), которые очень просты по конструкции. На этих транспортерах обрабатываемые детали 2 перемещаются штоком 4 гидро- или пневмоцилиндра 5, который давит на деталь, находящуюся в соприкосновении со штоком 4. При движении штока вперед все обрабатываемые детали, находящиеся на транспортере, перемещаются одновременно вдоль линии благодаря взаимному давлению деталей или транспортных устройств. Транспортер такого типа применен, например, на нижней ветви транспортной системы автоматической линии для механической обработки поршней.
Недостатком толкающих транспортеров является то, что фиксация всех обрабатываемых деталей на рабочих позициях не может производиться одновременно, так как величина линейного перемещения отдельных деталей различна. Это приводит к увеличению времени обработки.
Для сквозного транспорта в автоматических линиях широко применяются цепные транспортеры (рис. XIX-1, д), осуществляющие непрерывное транспортирование деталей 2 в процессе их обработки. Например, цепные транспортеры установлены на линиях для шлифования поршневых пальцев, на линиях из агрегатных станков (для возврата спутников) и др. Цепь 6 получает здесь возвратно-поступательное движение, детали перемещаются при помощи собачек.
Из-за невозможности обеспечения точности базирования деталей цепные транспортеры, как правило, не применяются в качестве шаговых, .хотя и близки к ним.
Описанные схемы шаговых транспортеров можно применить для различных конкретных конструкций с различными приводами. На рис. XIX-2 приведены примеры конструкций шаговых транспортеров.
Важнейшей характеристикой совершенства тех или иных конструкций шаговых транспортер:в является их эксплуатационная надежность, которую можно оценить по диаграммам надежности, включающим оба показателя: интенсивность неполадок и трудоемкость их устранения (см. гл. II).
Рассмотрим построение диаграммы надежности работы шагового транспортера автоматической линии «Блок-2» по данным наблюдений, проведенных в течение 54 смен. Анализ протоколов хронометража показывает, что за время наблюдений отмечено 19 случаев простоя автоматической линии, так или иначе связанных с работой транспортера продолжительностью 0,2—5,78 мин. Последовательность простоев с указанием их продолжительности следующая: 1,0 — 1,05 — 0,25 — 0,5 — 0,33 — 0,35 — 0,75 — 5,0 — 3,33 — 5,78 — 0,2 — 0,2 — 0,45 — 0,5 — 0,2 — 1,86 — 0,95 — 0,3 — 1,33 — 0,45. По этим данным, применяя метод интервалов, строим диаграмму распределения времени единичного простоя. Как видно, в интервале 0 — 1 мин 12 случаев простоя; в интервале 1 — 2 мин — 4 случая и т. д. (рис. XIX-3).
Затем проводим расчет среднего времени единичного простоя автоматической линии по вине транспортера по формуле (Ш-53):
д __ 12-0,54-4.1,5 + 0-2,54-1.3,5 + 0-4,5 + 2-5,5 ___ 1 .
vcp	jg	К МИН.
Однако такая диаграмма еще не отражает надежности транспортера в работе, так как не показывает, за какой период происходят неполадки.
Чтобы оценить надежность транспортера, необходимо отнести суммарное количество отказов за некоторый промежуток времени (период наблю
дений) к общему количеству рабочих циклов за этот период и одному механизму. Согласно протоколам, за период наблюдения линия совершила 13 000 рабочих циклов. Таким образом, чтобы перевести абсолютное количество случаев в вероятность неполадок, необходимо разделить их количество на 13 000, т. е. «сменить шкалу» на диаграмме распределения (см. рис. XVI-3, а). Диаграмма (рис. XIX-3, а) показывает, что из 13 000 случаев имеется 12 случаев отказов транспортера, устранение которых занимает менее 1 мин. Следовательно, вероятность отказа транспортера длительностью 0—1 мин составляет
^=9,2.10-= 9,2.10-%.
Соответственно, вероятность того, что в работе транспортера возникнут отказы длительностью 1—2 мин, составляет 3,М0“2% (рис. XIX-3, б). В итоге суммарная вероятность появления отказа транспортера любой продолжительности Рн = 14,6-10“2 %. Но, как отмечалось выше (см. гл. III), суммарная вероятность возникновения неполадок в работе механизмов есть не что иное, как интенсивность отказов — один из двух важнейших параметров, характеризующих надежность:
<о = Р(н) == 14,6 • 10“2%,
Таким образом, диаграмма содержит оба показателя надежности работы механизма: интенсивность отказов со — Р(н) и трудоемкость устранения неполадок 0ср и, следовательно, полностью характеризует эксплуатационную надежность механизма. Анализ диаграмм надежности однотипных механиз-
а — нормализованный транспортер с собачками; 1 — домкраты регулирования положения по высоте; 2 — цилиндр гидропривода перемещения транспортера; 3 — роликовая опора штанги; 4 — собачка; 5 — штанга; 6 — опорные планки для обрабатываемых деталей; 7 — направляющие планки; 8 -— направляющие каретки привода транспортера; б — флажковый транспортер; 1 — направляющие; 2 — приспособление-спутник; 3 — поршень; 4 — флажки; 5 — щтанга транспортера; в — грейферный транспортер
12
9
6
3
О
р‘10~27о
Рис. XIX-3. Характеристики сравнительной надежности работы шаговых
транспортеров:
а — диаграмма распределения длительности отказов; б — диаграмма вероятности отказа работы транспортера; в— диаграммы сравнительной надежности работы шаговых транспортеров; 1 — линия «Блок-2» (Р ~ 14,6- 10“2%); 2 — линии головки блока (Р= 14,3 • 10“2%);
3 — линии картера сцепления (Р = = 31,8- 10““%); 4 — линии картера коробки перемен передач (/> = = 11,7- 10“2%)
®Ср~ 7,4
мов позволяет сравнить совершенство их конструкции и системы эксплуатации (рис. XIX-3, в).
Для некоторых тяжелых деталей применяются рейнерные шаговые транспортеры, которые компонуются над линией и представляют собой сложные устройства с продольным и вертикальным перемещением. Рейнерные шаговые транспортеры перемещают детали при помощи захватов, закрепленных на штанге, расположенной над станками. Рейнеры совершают возвратно-поступательное движение между станками линии. Захваты рей-неров опускаются и захватывают детали, поднимают их и опускаются после перемещения всего рейнера на один шаг, загружая рабочую позицию станка. Рейнеры упрощают компоновку линии, экономят производственную площадь, однако они сложны по устройству и потому недостаточно надежны в работе.
Одной из важнейших проблем повышения надежности автоматических линий является выбор принципиальных схем типовых механизмов с постоянным их совершенствованием. Унификация силовых головок, транспортеров, механизмов фиксаций и зажима, поворотных столов, механизмов отвода стружки, командоаппаратов и других целевых механизмов ни в коей мере не означает неизменность раз и навсегда выбранных конструкций и принципиальных схем. В настоящее время существует немало конкурирующих вариантов решения типовых задач транспортировки деталей, их поворота, закрепления, удаления стружки и т. д. Например, силовые головки бывают с гидравлическим, пневмогидравлическим, механическим, электромеханическим и другим приводом подачи. Шаговые транспортеры бывают с подпружиненными собачками, флажковые, грейферные, рейнерные и т. д.
Перспективность тех или иных решений определяется прежде всего их долговечностью и надежностью .в работе.
Рассмотрим характеристики сравнительной надежности различных конструктивных вариантов типовых механизмов линий из агрегатных станков шаговых транспортеров, механизмов фиксации и зажима. Данные о сравнительной надежности шаговых транспортеров различных автоматических линий показаны на рис. XIX-3, в. Все шаговые транспортеры выполняют одинаковую функцию — перемещение деталей и спутников из позиции в позицию. Как показывают циклограммы автоматических линий (см. например, рис. Ш-22, XVIII-2), межстаночная транспортировка является одним из наиболее длительных холостых ходов, поэтому с точки зрения производительности линии мы должны увеличить скорость транспортера. Однако при этом ухудшается надежность и увеличивается частота отказов механизмов фиксации и самих транспортеров, между производительностью и надежностью возникает противоречие. Уменьшать нестабильность подачи деталей на рабочих позициях можно различными путями: применением механического привода с плавным изменением скорости кинематическим путем, применением гидравлического привода с торможением на конечном отрезке пути и, наконец, созданием транспортеров с жестким захватом деталей, исключающим их отскок в момент остановки транспортера и т. д. Все эти методы получили воплощение в различных конструкциях транспортеров.
В линиях отечественной конструкции наибольшее распространение получили транспортеры шагового типа с подпружиненными собачками, привод у них гидравлический, с подачей до жесткого упора. В начале и в конце пути производится торможение при помощи путевых дросселей для уменьшения динамических нагрузок и сокращения величины отскока деталей от собачек (рис. XIX-4). Конструкция транспортеров унифицирована, унифицированы также их приводные станции. Эксплуатационные исследования показали, что надежность их для различных линий находится примерно на одинаковом уровне (см. рис. XIX-3, &—/, 2, 4).
Схема привода транспортера линии картера сцепления фирмы Renault (Франция) показана на рис. XIX-5. Привод механический, кулисного типа, по конструкции сильно отличается от приводов отечественных линий кулисного типа. Собачки транспортера сделаны регулируемыми, что позволило снизить требования к точности монтажа рабочих позиций. Но увеличение числа наладочных мест приводит к резкому увеличению потока отказов: коэффициент безотказности (Кн = 310) по сравнению с отечественными линиями в 2 раза ниже, а время одиночного простоя (0ср =2,5 мин) почтив 2 раза больше. Это объясняется рядом причин: регулировка вылета собачек (наиболее частая причина отказа) занимает 1,5—2 мин, а в отдельных случаях и больше; система привода транспортера довольно сложна (см. рис.' XIX-5), и ее отказ приводит к длительному простою (5—10 мин) за счет времени на отвинчивание болтов при съеме и креплении крышки привода. Надо заметить, что кроме низких показателей эксплуатационной надежности транспортеры такого типа обладают и низкими точностными показателями, которые влияют на работу других систем линии, в первую очередь механизмов фиксации, надежная работа которых в значительной степени зависит от стабильности конечного положения детали послетранспортировки. Штанга транс
Рис. XIX-4. Шаговый транспортер конструкции МСКБ АЛ и АС:
1 — детали; 2 — штанга транспортера;
3 — собачки; 4 — ползун; 5 — путевой дроссель; 6 — рейка; 7 — гидроцилиндр; 8 —• золотник
портера этого типа имеет свободное перемещение, не ограниченное жестким упором в конце хода, что ведет к большому разбросу конечных положений транспортера.
Указанные типы шаговых транспортеров нашли применение главным образом в автоматических линиях из однопозиционных агрегатных или гидрокопировальных станков, которые дают возможность вести межстаночную транспортировку «на проход». При компоновке линий с жесткой связью из более сложного технологического оборудования (многопозиционные агрегатные станки, специальные станки, роторные машины) транспортирующие механизмы существенно усложняются. Так, уже в первых автоматических линиях ЭНИМСа для обработки валов роторов электродвигателей было применено боковое транспортирование заготовок по желобу с поперечным заталкиванием их при помощи перегружателей.
Транспортные роторы применяются в роторных автоматических линиях для межпоточной передачи деталей, осуществляемой посредством специальных переталкивателей и перегружателей. Схема передачи заготовки в роторных автоматических линиях показана на рис. XIX-6. Деталь 1 передается непосредственным выдавливанием или переталкиванием ее из паза транспортного ротора 2 в рабочий 4. Для этого имеется переталкиватель 3 с принудительным приводом от кулачка 5, закрепленного на валу рабочего органа и имеющего специальный профиль, обеспечивающий перемещение рычага. Транспортный ротор может обеспечивать поворот в процессе транспортирования на различный угол, опускание или подъем заготовки на определенную высоту. Конструктивная схема транспортного ротора с клещевыми захватами приведена на рис. XIX-7.
Транспортные роторы, удаляя обработанную деталь из предыдущего технологического ротора линии, питают последующий технологический ротор. Кроме этой основной функции они могут изменять ориентацию объектов обработки, т. е. осуществлять поворот вокруг их оси на установленный угол, изменять уровень потока, т. е. величину подъема и опускания объектов обработки при обслуживании соседних роторных машин с различным шагом; делить или объединять поток деталей; удалять некондиционные детали по сигналам запоминающего устройства контрольно-управляющей системы; «подпитывать» поток деталей с целью поддержания его плотности на заданном уровне. Транспортный ротор может обеспечивать непрерывное и преры-
Рис. XIX-5. Конструктивная схема привода шагового транспортера линии картера сцепления: 1 — электродвигатель; 2— реечное колесо; 3 — рейка; 4—винт регулировки места хода; 5, 6 — чер вячная передача; 7 — регулировочный винт величины хода; 8 — предохранительная муфта
Рис. Х1Х-6. Схема транспортирования заготовок и их передача в роторных автоматических линиях
Рис. XIX-7. Конструкция транспортных роторов с захватными органами, обеспечивающими:
а — поворот вокруг собственной оси; б — передачу деталей в одной плоскости без поворота; в — изменение уровня приема и выдачи деталей между соседними технологическими роторами; 1 — муфта синхронизации с технологическим ротором; 2 — приводное зубчатое колесо вращения ротора; 3 — корпус; 4 — ьал ротора; 5 — ползун; 6 — барабанный кулачок; 7 — блок ползунов; 8 — рейка; 9 — клещевой Захват; 10 — блок клещевых захватов; 11 — диск с ограничительным выступом; 12 — корпус клещевого захвата; 13 —- направляющая колонна
вистое движение перемещаемой детали, сохраняя при этом заданный темп работы машины. В общем случае линейные и угловые шаги транспортного и технологического роторов могут быть не равны.
Существующие конструкции транспортных роторов позволяют пере-давать объекты обработки между соседними технологическими роторами по плоской кривой 2-го порядка, близкой к спирали Архимеда, логарифмической или гиперболической спирали. Особую группу составляют транспортные роторы, предназначенные для одновременной подачи собираемых элементов в технологический сборочный ротор. На валу транспортного ротора (см. рис. V-18) устанавливается несколько дисков (по числу одновременно подаваемых элементов), в которых клещевые захваты помещены с одинаковым шагом.
В общем случае транспортный ротор состоит из основного вала с установленными на нем дисками и захватными органами. Относительные перемещения исполнительных органов транспортного ротора осуществляются от неподвижных торцовых или пазовых кулачков барабанного типа, жестко укрепленных на станине. Транспортное вращение роторы получают через систему зубчатых передач, что обеспечивает синхронное вращение технологических и транспортных роторов. Детали внутри роторной линии могут передаваться в последующий ротор с сохранением их ориентации, полученной в предыдущем роторе; с переориентацией их положения для обеспечения рациональной обработки в последующем роторе; с потерей ориентации и ее восстановлением.
В роторных линиях применяют в основном два первых вида межоперационных передач. Третий вид используется для передачи предметов обработки между участками роторных линий, когда необходимо достигнуть высокого коэффициента использования отдельных роторных линий, создать запас обрабатываемых деталей между линиями, применить более простые средства, чем передача с сохранением ориентации.
Конструкции транспортно-передающих устройств и выполняемые ими функции определяются характером технологической операции, проводимой в роторе, формой передаваемых предметов, требованиями создания рациональной компоновки роторной линии. Структура транспортно-передающих устройств роторных линий в общем случае представляет собой комплекс механизмов, выполняющих основные и вспомогательные функции.
Приемно-передающие механизмы исполняются двух разновидностей: внецикловые (прижимы, съемники, охваты жесткие и подпружиненные, применяющиеся в простейших случаях) и цикловые (переталкиватели, аксиальнодвижущи еся штоки).
Механизмы прямого и обратного перемещения деталей работают в цикле технологических роторов, которые они обслуживают. Транспортные устройства, осуществляющие перемещение деталей от выхода предыдущего технологического ротора на вход последующего, различаются по соотношению транспортных скоростей соседних роторов.
Транспортные роторы включают механизмы захвата и удержания предметов обработки, изменения ориентации деталей, изменения уровня потока продукции, удаления из потока фиксированных предметов обработки, контроля формы и положения обрабатываемых элементов, изменения шагового расположения деталей, сопровождения предметов обработки на участке передачи, подпитки потока, деления и объединения потока.
Применение автоматических линий из многопозиционных агрегатных станков требует более сложных решений механизмов транспортировки, чем обычные шаговые транспортеры. Одним из возможных вариантов может быть создание транспортирующих систем, где межстаночная транспортировка деталей выполняется цепными транспортерами, а передача их в загрузочные позиции станков и возврат на общий транспортер — при помощи специальных автооператоров.
Конструктивная схема подобной транспортной системы приведена на рис. XIX-8. Она состоит из непрерывно движущегося цепного роликового замкнутого транспортера 1 и установленных у каждого станка 2 автооператоров 5, перегружающих заготовки с транспортера на станок и обратно. Транспортер имеет две замкнутые втулочно-роликовые цепи 4, соединенные между собой осями с роликами 5. Верхняя и нижняя ветви транспортера движутся по направляющим, укрепленным на металлоконструкции 6, Для ориентации заготовок предусмотрены неподвижные борта 7. Остановка и фиксация заготовок 8 у мест перегрузки при непрерывно движущемся
А-А увеличено
Рис. XIX-8. Вынесенная гибкая транспортная система с одноручьевым транспортером
транспортере осуществляются выдвижными упорами 9 анкерного типа, которые пропускают на место перегрузки по одной заготовке. Если форма заготовок не позволяет пропустить между ними упор, для упора могут быть использованы выступающие части заготовки, а также отверстия в ее боковых стенках.
Автооператор 3 имеет два захвата 10 (один для заготовки, другой для обработанной на данном станке детали). Захваты могут быть цанговые или кулачковые для отверстия, клещевые для наружного контура и др. Укреплены они на балке 11, соединенной в середине с осью 12. Последняя имеет привод поворота 13 и привод подъема (например, гидроцилиндр), установленный в неподвижной колонне 14. При опускании балки 11 заготовка захватывается с транспортера, а полуфабрикат—со станка. Затем происходят подъем, поворот и опускание балки с захватами. При этом новая заготовка попадает на станок, а полуфабрикат — на транспортер для подачи к станку следующей операции. Освободившееся на транспортере место после перехода полуфабриката на следующий операционный участок занимает следующая заготовка, пропущенная упорами 9. Если нельзя подать заготовку непосредственно в рабочую зону станка путем поворота стрелы автооператора с захватом, захваты укрепляют подвижно на поворотной стрелке. После поворота в сторону захват 10, укрепленный на подвижной части стрелы автооператора, подается в рабочую зону станка с помощью приводного устройства, например, пневмо- или гидроцилиндра.
При обслуживании станков с одной загрузочно-разгрузочной позицией, чтобы сократить время перегрузки станка (уменьшить путь поворота), автооператор выполняют с двумя поворачивающимися вокруг вертикальной оси захватами (один для заготовки, другой для полуфабриката), расположенными под углом 90° один относительно другого.
Существующие конструкции перегружателей разнообразны по своему исполнению. Рассмотрим работу перегружателя на линии обработки зубчатых колес. Автоматический перегружатель для зубчатых колес (рис.Х1Х-9) предназначается для передачи деталей с транспортера в рабочую зону автомата и после их обработки обратно на транспортер. Деталь 2 подается продольным транспортером 1 и подхватывается лапами перегружателя 3, который поднимаясь вверх, подводит деталь к рабочей зоне автомата. Затем столик опускается, устанавливая деталь на поддерживающие штыри (на рисунке не показаны), происходит зажим, и столик погружателя уходит из рабочей зоны. После окончания обработки деталь разжимается. Стол перегружателя входит в рабочую зону, снимает деталь и уносит ее на продольный транспортер. Далее цикл повторяется. Управление циклом работы перегружателя осуществляется двумя отдельными механизмами — гидравлическими цилиндрами. Возвратно-поступательное перемещение осуществляется от гидроцилиндра 8 через реечную пару 7, вал и зубчатое колесо И, приводящее в движение рейку 10, укрепленную на столике перегружателя 3. Подъем и опускание столика перегружателя производится гидроцилиндром 4 через рычаг5, тягу 6, рычаг 14, зубчатый сектор 13 и толкатель 12, выполненный в виде рейки, на конце которой укреплен ролик, соприкасающийся со столиком перегружателя 3, шарнирно закрепленного на оси 9.
Фрезерный станок с программным управлением и цифровой индикацией размеров обрабатываемых изделий
Универсальный зубофрезерный мелкомодульный полуавтомат с вертикальным столом
Автоматическая линия из агрегатных станков конструкции Московского специального конструкторского бюро автоматических линий и агрегатных станков
Продольно-фрезерный одностоечный станок с цифровым программным управлением и автоматической сменой инструмента
Токарный станок с программным управлением и цифровой индикацией размеров обрабатываемых изделий
Автоматическая линия для обработки подшипниковых колец
Автоматическая линия для обработки корпусных деталей
Применение вынесенных гибких транспортных устройств позволяет создавать непосредственно на транспортере небольшие межоперационные заделы и тем самым частично компенсировать внецикловые простои отдельных встроенных станков, компоновать в единую автоматическую систему как однопозиционные, так и многопозиционные станки.
Московский СКВ АЛ и АС и Минский СКВ АЛ разработали автоматические линии, собранные из отдельных многопозиционных агрегатных станков для обработки мелких и средних деталей. Такие линии по сравнению с линиями того же назначения, построенными на базе однопозиционных станков, обладают большей производительностью в результате совмещения вспомогательного и машинного времени, занимают меньшую плошадь, так как для выполнения одного и того же количества технологических операций требуется меньшее количество сложных станков.
§ 2. ТРАНСПОРТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ЛИНИЙ С ГИБКОЙ СВЯЗЬЮ
Автоматические линии с гибкой системой транспорта служат обычно для обработки мелких и средних деталей типа тел вращения. Системы с гибкой связью выгодно отличаются от систем с жесткой связью. В этой системе каждый станок или каждый участок имеет свою транспортную систему, работающую вполне самостоятельно и часто во время простоев станка. Это означает, что время на транспортировку совмещается с основным временем частично или полностью; отказ одного станка или его уборка не вызывает остановки всей линии. Как правило, линии с гибкой связью имеют ветвящиеся потоки, т. е. неодинаковое число станков на различных операция?;.
Планировка линии с гибкой межагрегатной связью, предназначенной для обработки колец подшипников, показана на рис. XIX-10, мнемоническую схему см. рис. XVIII-17. Заготовки колец загружаются в автоматический бункер /, откуда подъемником 2 поднимаются в ориентированном уже положении к расположенной вверху транспортной системе. По лоткам 6 и отводящему транспортеру 3 заготовки 8 подаются в транспортер-распределитель 4. Транспортер-распределитель распределяет заготовки по нескольким параллельно работающим автоматам 7 (на первой операции по трем автоматам). Прошедшие первую стадию обработки заготовки вновь поднимаются подъемником 2 в верхнюю транспортную систему и через отводящие транспортеры 3 поступают на транспортер-распределитель 4 второй операции, который обслуживает два автомата 7, и т. д. В конце участка обработанные кольца попадают в автоматический магазин 5. Транспортеры этого типа требуют дополнительных перегружающих механизмов для подачи деталей к шпинделям станков и возврата их на транспортер.
В автоматических линиях с гибкой межагрегатной связью различают механизмы межстаночного транспортирования, которые осуществляют пере-
Рис. XIX-10. Схема транспортной системы участка токарной колец автоматического цеха
обработки внутренних
19 А. Г. Шаумян
577
3
дачу деталей от одного станка к другому, и механизмы внутристаночного транспортирования, которые осуществляют загрузку-выгрузку деталей в станке. Механизмы внутристаночного транспортирования более подробно рассмотрены в гл. XIII.
Как показывают классификации основных механизмов автоматических линий и типовая планировка линии, основными функциональными элементами систем межстаночного транспортирования в линиях с гибкой связью являются:
а)	транспортеры-распределители, распределяющие общий поток заготовок по параллельно работающим станкам;
б)	подводящие транспортеры, соединяющие транспортеры-распределители с отдельными станками;
в)	отводные транспортеры, собирающие потоки готовых деталей после обработки на параллельно работающих станках и отводящие их из зоны линии;
г)	подъемники, которые необходимы в случае транспортировки деталей под действием сил тяжести;
д)	ритмопитатели, которые выдают заготовки на транспортирующую систему с необходимым ритмом, зависящим от количества параллельно работающих станков и длительности их рабочего цикла.
Для деталей простейшей геометрической формы (кольца подшипников, одновенцовые зубчатые колеса, различные втулки и т. д.) наиболее удобной формой транспортировки является качение под действием силы тяжести. Такая передача деталей производится в лотках. Формы лотков — самые разнообразные в зависимости от формы транспортируемой детали; желоба и трубы — самых различных сечений.
На рис. XIX-11 показан гибкий переналаживаемый лоток. Особенностью данных лотков является возможность подгонять их (в том числе и радиус спиральной части) по месту в зависимости от встроенного в линию оборудования, что значительно упрощает монтаж линий. Гибкий лоток изготовляется из нагартованной пружинной листовой стали 65Г в виде полос, поставляемых в бунтах. Ширина полос определяется размерами деталей.
В полосах заранее выштампованы прорези. Лоток состоит из боковых стенок 4 и 5, опорных полос 11, промежуточных втулок 10, шпилек 9, гаек 7 и коробчатых шайб 8. Боковые стенки 4 и 5 образуются из двух основных полос, к которым прикреплены вертикальные планки 6 (через определенный шаг). Высота канала лотка определяется максимальным диаметром деталей. Ширина канала лотка может быть изменена путем смены промежуточных втулок. При необходимости на гибких лотках могут устанавливаться на кронштейнах 1 контактные датчики 2, контролирующие при помощи языков 3 степень заполнения лотков деталями.
Для транспортирования узких зубчатых колес можно использовать специальные лотки с расположением колес крест-накрест, что исключает их сцепление (рис. XIX-12, а). Оригинальное решение для широких зубчатых колес приведено на рис. XIX-12, б, такая конструкция лотка обеспечивает перемещение зубчатых колес без совместного контакта.
Лотки могут использоваться также для изменения ориентации деталей при их передаче от станка к станку. Некоторые типовые примеры изменения ориентации заготовок в лотках показаны в литературе [3,33]. Сечениелот-ков определяется формой подаваемых заготовок; существуют специально разработанные методы расчета предельно допустимого зазора в лотках, обеспечивающие проходимость деталей без заклинивания и потери ориентации. В литературе [3] даны рекомендации по выбору угла наклона лотков в случае, если детали перемещаются в лотках под действием собственно веса. Необходимым элементом таких транспортных систем являются подъемники.
Элеваторный подъемник (рис. XIX-13, а) представляет собой колонну 7, внутри которой смонтированы вертикальный лоток 6 и две пары звездочек 5 (натяжная и приводная). На колонне смонтированы механизм приема 7 и лоток выдачи 3. Подъемным элементом являются две цепи, соединенные между собой поперечными валами с вращающимися втулками. Во время работы подъемника кольца 4 из автоматического бункера или станка попадают по наклонному лотку в механизм приема 7. В механизме приема кольца задерживаются отсекателями 8. Отсекающие заслонки приводятся в движение ’посредством рычага 9 от поперечных валов цепи и пропускают по одному кольцу в каждую из ячеек цепи. Выдача кольца из подъемника в верхний транспортер осуществляется через лоток выдачи 5, который поворачивает кольцо на любой заданный угол в зависимости от положения отводящего транспортера 2, в который перегружаются кольца.
Рис. XIX-12. Методы транспортирования зубчатых колес в лотках
Рис. XIX-14. Транспортер-распределитель
Другим распространенным типом подъемника является толкающий (рис. XIX-13, б), где подъем деталей осуществляется при их взаимном соприкосновении благодаря возвратно-поступательным движениям толкателя 1. В конце хода верхняя заготовка сбрасывается в отводной лоток. При ходе толкателя вниз столб заготовок задерживается отсекателем в прежнем положении, а в образующийся между нижней заготовкой и отсекателем в исходном положении промежуток вкатывается очередная заготовка 2 из подающего лотка.
Заготовки, поднятые подъемником, поступают обычно на транспортер-распределитель, обслуживающий группу параллельно работающих автоматов. На рис. XIX-14 показан транспортер-распределитель конструкции МСКБ АЛ и СС. Он состоит из механизма приема, корпуса, по концам которого смонтированы приводная и натяжная звездочки, привода несущей цепи и лотков выдачи. Заготовки во время работы поступают в лоток механизма приема 4 и посредством отсекающих собачек 5 по 1 шт. выдаются на перекладины несущей цепи 6. Отсекающие собачки 5 приводятся в действие от кулачков, вращающихся от бесконечной цепи 6. В случае переполнения транспортера заготовками последние проходят второй круг, наезжая при этом на кулачок 7. Кулачок 2 препятствует выдаче заготовки 3 в ячейку, занятую заготовкой /, несмотря на то, что отсекающие собачки в это время освободили ее.
Компенсация зажима заготовки, попавшей под переднюю защелку при отсутствии другой поковки на задней защелке (заготовка 3 на схеме), производится компенсирующим пружинным устройством 8, встроенным в головку рычага. Заготовки выдаются в лоток выдачи. Рычаги 9 и 10 с пружиной 11 контролируют наличие заготовок в лотке и управляют загрузкой станка.
Конструкция транспортера-распределителя в известных пределах допускает переналадку на другое кольцо.
Для перемещения массивных деталей применяют приводные рольганговые транспортеры. Транспортеры предназначаются для перемещения крупных деталей (например, колец железнодорожных подшипников диаметром 200—280 мм). Приводной рольганговый транспортер (рис. XIX-15, а) состоит из магистральных II и боковых I транспортеров. Магистральный транспортер передает детали в процессе их обработки с одной операции на другую, а боковые транспортеры — от магистрального транспортера к автоматам и обратно. Детали перемещаются в транспортерах с помощью привод-580
ных валов 11, расположенных в одной плоскости через шаг, равный 80 мм. Такой ряд валков называется рольгангом. Оси валков смонтированы в стойках 15 (на шарикоподшипниках). Магистральный транспортер состоит из унифицированных секций: приводной 27, распределительных 18, промежуточных 20—21 и концевой 16. Боковой транспортер собирается из двух концевых секций 8. Назначение приводной промежуточной и концевой секции определяется их названием. Разветвительная секция 18 предназначается для передачи движущейся на рольганге детали с бокового транспортера на магистральный и обратно. Это происходит благодаря укороченным валкам 6, находящимся в местах стыка рольгангов. При вращении валков, расположенных перпендикулярно друг другу, в местах стыка возникает дополнительная сила, которая изменяет направление движения деталей под углом 90°. Перемещение деталей в транспортерах (на рольгангах) производится в два этажа (рис. XIX-15, б). Рольганги первого этажа служат для отвода обработанных деталей на следующие операции, рольганги второго этажа — для подвода деталей к автоматам. Необходимый подъем деталей с нижнего этажа на верхний осуществляется в процессе работы автоматических загружателей, служащих для загрузки и выгрузки деталей после обработки на токарных или шлифовальных автоматах, встроенных в линии.
Каждая секция транспортера представляет собой каркас, сваренный из уголков и полос, в вертикальных стенках которого закреплены верхние и нижние валки 11. Чтобы предотвратить сползание деталей с рольгангов, в транспортере предусмотрены перила 10, удерживаемые на винтах 12 и закрепляемые в стойках 14 гайками 13. В зависимости от размера деталей перила могут сдвигаться или раздвигаться в пределах 100 мм. Ролики приводятся во вращение от втулочно-роликовой цепи 19 через звездочки 17, насаженные на один из концов осей, на которых напрессованы валки И. Чтобы обеспечить вращение всем валкам верхнего и нижнего рольганга, цепь 19 приходится изгибать в различных направлениях, для чего в транспортере имеются звездочки 25, 24, 22 и др. Требуемое натяжение цепи 19 производится вследствие перемещения натяжной звездочки 24 при вращении винта 23. Движение цепи 19 сообщается от электродвигателя 3 через редуктор 1, звездочку 2, цепь 26 и звездочку 25. Необходимое натяжение цепи 26 производится поворотом плиты 4 (от винта), на которой смонтированы электро-
Рис. XIX» 15, Приводной рольганговый транспортер
Рис, XIX-16. Схема последовательного изменения базирования головки блока при обработке ее на автоматической линии 1Л83:
/ —V — номера участков линии; 1—30 — номера станков
Рис. XIX-17. Поворотные устройства:
а — для поворота в вертикальной плоскости; б — для поворота в горизонтальной плоскости; в для поворота детали под углом; г — нормализованный поворотный стол
двигатель 3 и редуктор 1. В боковом транспортере вращение сообщается роликам с помощью замкнутой цепи 7, приводимой в движение от конической пары зубчатых колес 5, связанных через ось одного валка 11 с цепью 19. Необходимое натяжение цепи 7 осуществляется от перемещения звездочки 9.
§ 3. МЕХАНИЗМЫ ИЗМЕНЕНИЯ ОРИЕНТАЦИИ
В процессе обработки деталей на автоматической линии часто бывает необходимо менять ее положение. На рис. XIX-16 показаны различные положения головки блока ЗИЛ-130 при ее обработке на автоматической линии 1Л83. Для обеспечения этих различных положений и служат механизмы изменения ориентации, расположенные между технологическими участками линий. В качестве механизмов ориентации в линиях с жесткой связью для деталей, неподвижных при обработке, применяют поворотные столы, накрывающие ключи, кантователи и т. д.
Рассмотрим типовые механизмы поворотных устройств (рис. XIX-17). Для поворота деталей в горизонтальной плоскости применяются либо поворотные столы, либо поворотные накрывающие ключи-колокола. Поворотные столы применяются в тех случаях, когда участки линии до и после поворота имеют независимые транспортеры рабочей трассы. Такие столы выполняются как типовые, пригодные для разнообразных автоматических линий.
На рис. XIX-17, г представлен нормализованный поворотный стол с гидроприводом для поворота. Деталь устанавливается на опорных планках 2 в направляющих 1. Поворотная платформа 3 через колесо 8 и рейку 9 пово-
Рис. XIX- 1S. Поворотный накрывающий ключ
рачивается от гидроцилиндра 4. Высота стола регулируется при помощи домкрата 5 на арочной станине 6. Поворот стола управляется кулачком 10 и конечным выключателем 11. Конвейер 7 служит для удаления стружки.
Поворотные накрывающие ключи-колокола используются в линиях, где участки до и после поворота имеют один общий транспортер. Подобное устройство в виде накрывающего ключа-колокола, примененное в автоматической линии по обработке корпусов вентилей для поворота на 90° приспособлений — спутников, показано на рис. XIX-18. Приспособление-спут
ник 1 с деталью из положения I поворачивается в положение II при помощи ключа-колокола 2, действующего от гидроцилиндра поворота 3 и гидроцилиндра подъема 4. Ключ-колокол управляется кулачками и имеет следующий цикл работы. К моменту ввода приспособления-спутника 1 колокол поднят и ориентирован арочным проемом вдоль транспортера. Когда спутник с деталью поступает на стол поворотного агрегата, колокол опускается и поворачивается. Затем колокол поднимается и поворачивается в исходное положение. Деталь со спутником переталкивается на следующую позицию, и цикл повторяется. Для поворота деталей в вертикальной плоскости применяются поворотные барабаны различных конструкций.
Поворотный барабан (рис. XIX-19) представляет собой кольцо 7, приводимое во вращение реечным механизмом, преобразующим поступательное движение штока-рейки 2 цилиндра через блок-колесо 3 и зубчатый сектор 4 во вращательное движение кольца. В кольце помещается поворачиваемая деталь. Торможение барабана перед остановкой на упоре в крайних положениях осуществляется при помощи встроенных в крышки цилиндра торцовых демпферов 5.
§ 4. МЕХАНИЗМЫ ФИКСАЦИИ И ЗАЖИМА
Принцип работы и конструкция механизмов фиксации и зажима зависят от формы и размеров обрабатываемой детали. Детали типа валов и дисков фиксируются и зажимаются в цангах, кулачках, на оправках и т. д. Корпусные детали, т. е. детали, неподвижные во время обработки, если их форма такова, что деталь может быть на каждой позиции зафиксирована и зажата, перемещаются транспортером свободно на направляющих и закрепляются в местах обработки стационарными приспособлениями.
Детали сложной формы, часто не имеющие обработанной базовой поверхности, которые трудно автоматически фиксировать и закреплять на позициях обработки, устанавливаются в начале обработки в спутники, на которых и закрепляются и проходят на них всю зону обработки от загрузки до выгрузки. Спутники имеют плоскости скольжения и опорные базы для закрепления в позициях обработки. Они перемещаются вдоль линии и на каждой позиции фиксируются и закрепляются. При обработке больших деталей с выступающими частями считается целесообразным связывать кондукторные плиты со спутниками.
На рис. XIX-20 показаны типовые схемы механизмов закрепления деталей, обрабатываемых на спутниках. Заготовка подается в приспособление шаговым транспортером, а зажимается специальным устройством, работающим на механической, гидравлической или пневматической основе, что обеспечивает достаточную силу зажима во избежание больших дефор-584
Рис. XIX-20. Типовые схемы фик сации и зажима деталей на автоматических линиях:
й — с поджимом спутника вниз; — с поджимом спутника вверх;
/ — обрабатываемая деталь; 2 — фиксатор; 3 — корпус приспособления; 4 — направляющие; 5 — силовой цилиндр; КВ ь КВ 2 — конечные выключатели
маций в обрабатываемых деталях. Привод установочных фиксирующих и зажимных элементов конструктивно выполняется общим или раздельным с учетом того, что последовательные перемещения установочных, фиксирующих и зажимных элементов происходят плавно, предотвращая возможные смещения и деформации заготовки.
Необходимым условием надежной работы является наличие контроля правильной фиксации и достаточной силы зажима, осуществляемого автоматически. Постоянство силы зажима в течение всего периода обработки достигается путем применения активного зажима, при котором усилие гидро-или пневмопривода поддерживается постоянным.
По схеме, показанной на рис. XIX-20, а, деталь прижимается к направляющим 4, по которым она скользит. С течением времени эти поверхности стираются, и деталь с приспособлением-спутником «опускается», что приводит к длительному простою, так как неисправность можно устранить либо поднятием опорных поверхностей, либо опусканием агрегатных головок.
На рис. XIX-20, б представлена схема, не имеющая этого недостатка. Деталь установлена на приспособлении-спутнике, который движется по направляющим 4, а прижимается во время обработки к верхним опорным плоскостям. В этом случае сила зажима не передается через всю деталь, которая при зажиме не деформируется. Кроме того, открыт свободный доступ к детали.
Таким образом, узлы зажима и фиксации деталей в автоматических линиях включают широкий круг различных механизмов от обычного цангового зажима до сложных приспособлений-спутников.
В большинстве автоматических линий из агрегатных станков фиксация детали или спутника с закрепленной на нем обрабатываемой деталью производится введением двух фиксаторов в базовые отверстия детали или спутника. Однако привод механизмов зажима, фиксации и управления может происходить по-разному, что и определяет многовариантность решения одной и той же задачи, различные конструкции механизмов фиксации и зажима.
На рис. XIX-21 показана типовая конструктивная схема приспособления с механизмами фиксации и зажима. Фиксация и зажим обрабатываемых деталей производятся от единого цилиндра /, шток 2 которого шарнирно соединен с рейкой 3. Рейка находится в зацеплении с валом-колесом 5, на котором закреплен кулачок 4. При повороте вала кулачок поворачивает рычаг- 7, и тем самым деталь зажимается зажимными штифтами самоустанавли-вающейся колодки 6. Привод перемещения фиксаторов производится от того же вала 5 через рычажную систему Р, 10, 11 и ось 8, которая перемещает фиксатор 12. При ходе штока 2 вниз сначала происходит фиксация, затем зажим,-что достигается установкой кулачка 4 на валу 5. Существуют конструкции, в которых фиксация и зажим производятся от отдельных цилиндров.
Рис. XIX-21. Механизм фиксации и зажима автоматической линии
Схема механизмов фиксации и зажима линии картера сцепления показана на рис. XIX-22. Как и по предыдущей схеме, фиксация производится введением фиксаторов в базовые отверстия. Зажим осуществляется прижимом спутников к верхним направляющим салазкам. Сжатый воздух из
сети через компенсирующие резервуары и масляную очистку поступает
в пневмосистему линии и распределяется по агрегатам, каждый из которых
имеет свой привод механизмов фиксации и зажима на двух рабочих пози-
циях. По команде об окончании транспортером хода вперед замыкается цепь питания управляющего золотника, что позволяет сжатому воздуху пройти левую полость золотника 4 и переместить его вправо. Скорость этого перемещения регулируется дросселем, установленным в правой полости золотника. Сжатый воздух через золотник проходит в цилиндр фиксатора — фиксаторы вводятся в базовые отверстия спутников и в конце хода нажимают на конечные выключатели 7 и <9, которые сигнализируют о выполнении
Рис. XIX-22. Схема механизмов фиксации и зажима линии картера сцепления:
1 — демпфер; 2 — масляный фильтр с отстойником; 3 — поршень; 4 — управляющий золотник фиксации; 5 — вспомогательный золотник; 6 — пневмоцилиндр фиксации; 7, 8 — конечные выключатели; 9 — спутник; 10 — обрабатываемая деталь; 11 — фиксатор; 12 — реле давления; 13 — .пневмогидравлический преобразователь; 14 — вспомогательный золотник; 15 — управляющий золотник зажима
команды «фиксация» на данной рабочей позиции. Как только поступают сигналы от всех конечных выключателей, следует команда на зажим, включается цепь питания электромагнита управляющего золотника 15. и сжатый воздух из сети поступает в правую полость золотника 15, открывая доступ воздуху в цилиндр пневмогидравлического преобразователя. Из-за разницы в площадях давление в цилиндрах поднимается до значительной величины [манометры, включенные в гидросистему, проградуированы до 600 кгс/см2 (6 кН/см2)], и масло по трубопроводу поступает в цилиндры зажима, штоки которых, как домкраты, поджимают спутник с закрепленной деталью к верхним направляющим планкам. Выполнение зажима контролируют реле давления, которые нажимают на конечные выключатели. Разжим и вывод фиксаторов происходит одновременно. Ход фиксаторов — около 30 мм, зажимных штоков — 2 мм.
Общим недостатком механизмов фиксации и зажима, показанных на рис. XIX-21—22, является большое количество элементов привода и управления, подверженных отказам (приводные гидро- и пневмоцилиндры, золотники, конечные выключатели, соленоиды и т. д.). Одно из конструктивных направлений повышения надежности заключается в максимальном упрощении конструкций и прежде всего — в сокращении числа звеньев малой надежности.
Проведенные исследования работы автоматических линий из агрегатных станков показали, что операция фиксации и зажима принадлежат к тем элементам рабочего цикла, при выполнении которых наиболее часто возникают отказы.
Различия в конструкции, технологии изготовления и сборки в условиях эксплуатации обусловили и различный уровень надежности в работе описанных выше конструкций механизмов фиксации и зажима, о чем свидетельствует диаграмма их сравнительной надежности (рис. XIX-23). Подавляющее большинство отказов всех механизмов выражается в том, что деталь не зафиксировалась в рабочей позиции — фиксаторы не вошли в отверстия. Это происходит при несоосности, которая может явиться следствием нестабильности хода транспортера, перекоса детали, неточной обработки базовых отверстий, а также попадания стружки, падения давления в приводных цилиндрах фиксации и т. д.
Надежность фиксации зависит от условий совпадения осей базовых отверстий детали и фиксирующих штырей в конце хода после остановки транспортера. Покажем, что это условие не может быть выполнено с абсолютной [надежностью. Предположим, что в конце хода транспортер, который движется со скоростью v0, встречает жесткий упор и останавливается. Во
Рис. XIX-23. Диаграммы сравнительной надежности механизмов фиксации и зажима:
а линия «Блок-2»; б — линия головки блока; в — линия картера сцепления; г — линия картера коробки скоростей; д — линия поворотного кулака
время движения, когда собачка толкала деталь, соблюдалось известное соотношение сил:
Р — F - та,	(XIX-1)
где Р — движущая сила (реакция между собачкой и деталью);
F — сила трения между деталью и направляющей;
т — масса транспортирующей детали или спутника;
а — ускорение детали.
Во время перемещения транспортера с равномерной скоростью Р = F, та— О и деталь движется под действием собачки равномерно. Однако в момент остановки транспортера движущая сила исчезает (Р = 0), следовательно,
— F = та\ mg\k = — та\ а = gp,.
где ц — коэффициент трения;
g — ускорение свободного падения.
Здесь деталь, имеющая первоначальную скорость и0, тормозится под действием силы трения с ускорением gp. Однако при любом значении vQ^> 0 мы будем иметь отскок детали от собачки, дополнительное ее проскальзы-d9x вание после остановки транспортера на величину х, при этом = а. Величина х может быть определена двукратным интегрированием уравнения (XIX-1). Выполнив все преобразования и определив постоянные из условия: при t — 0 (момент остановки транспортера) — и0; х — 0, получим
х =	(XIX-2)
Если бы величины ц0 и р, определяющие величину отскока от собачки, были строго постоянными в процессе работы линии, отскок был бы стабильным, и не составляло бы никакого труда отрегулировать механизм так, чтобы в конечном положении детали оси базовых отверстий совмещались с осями фиксаторов. Однако как скорость, так и коэффициент трения колеблются в некотором диапазоне. Колебание скорости транспортера обусловлено различной температурой и вязкостью масла в процессе работы, переменными усилиями сопротивления и т. п. Коэффициент трения детали о направляющие также зависит от множества случайных факторов, например попадания стружки или масла. В результате положение осей базовых отверстий будет случайной величиной, распределенной по нормальному закону в некотором диапазоне:
1	/ ^0
Дд. __ 1 I max vmln
2	g \ Iх min	Иглах
Например, при значениях с0 = 8 ч- 10 м/мин и коэффициента трения р = 0,1 ~ 0,25 разность положения осей Ах, согласно формуле (XIX-3), составляет почти 10 мм. К этому нужно добавить нестабильность положения транспортера из-за деформаций жесткого упора, погрешности расстояния между базовыми отверстиями и ведущей плоскостью детали, которая кон-тактируется с собачками и т. д. В результате этого возможный разброс положений осей отверстий относительно осей фиксаторов еще более увеличивается (рис.Х1Х-24).
Таким образом, в самом характере работы шагового транспортера заложены причины периодических отказов механизмов фиксации. Для сокращения количество отказов механизма фиксации необходимо уменьшать скорость транспортера v0. Таким образом, с точки зрения производитель-588
(XIX-3)
Рис. Х1Х-24. Схема к расчету отскока заготовок от собачки транспортера:
1 — шаговый транспортер с собачками; 2 — фиксатор; 3 — заготовка
мости автоматической линии (сокращения холостых ходов), необходимо увеличивать скорость транспортера, а с точки зрения надежности — уменьшать ее. Это противоречие решается тем, что скорость делается переменной с замедлением в конце хода, что достигается применением либо механического кулисного привода (см. рис. XIX-5), либо гидравлического с путевым дросселем (см. рис. XIX-4). Кроме того, конец фиксатора выполняется коническим, базовые отверстия также имеют фаски. В результате фиксация выполняется, если даже оси базовых отверстий не совмещаются точно с осями фиксаторов (чего в общем случае никогда и не бывает), а располагаются в некоторой зоне А. При ходе фиксаторов вверх деталь сдвигается с помощью конусов в соосное положение, после чего фиксаторы входят в базовые отверстия. Если средний уровень настройки положения базовых отверстий совпадает с осью фиксатора, то при А Г> Ах фиксация выполняется надежно (рис. XIX-24 — положение /). Однако последнее условие практически невыполнимо из-за ошибок расположения осей рабочих позиций, неравномерности шага собачек, поэтому существует вероятность того, что положение оси базового отверстия окажется вне зоны А (положение II), и тогда произойдет отказ. Деталь не будет зафиксирована в рабочей позиции, так как фиксатор не может войти в отверстие, конечный выключатель не будет нажат, и цикл линии задержится. Причиной отказов механизмов фиксации в данном случае является неблагоприятное сочетание случайных значений таких параметров, как скорость транспортера, коэффициент трения, точность обработки базовых отверстий и боковых поверхностей и т. д. К этому необходимо добавить несрабатывание конечных выключателей, когда сигнал о выполнении фиксации не подается даже при нормальном срабатывании. Таким образом, конструкция транспортера оказывает существенное влияние на надежность механизмов фиксации и зажима.
Анализируя надежность механизмов фиксации и зажима (см. рис. XIX-23) можно заметить явно недостаточную надежность этих механизмов на линиях головки блока и картера сцепления (см. рис. XIX-23, б, в). На линии головки блока надежность уменьшается из-за засорения стружкой штанги транспортера и собачек, в результате чего собачки при обратном ходе транспортера утапливаются и заклиниваются.
Причины ненадежной работы механизмов фиксации и зажима на линии картера сцепления более сложны и многообра[зны. Транспортер линии не имеет жесткого упора и, следовательно, не может обеспечить высокой стабильности подачи спутников с заготовками на рабочие позиции (разброс до 3 мм). Индивидуальная регулировка собачек здесь не может решать проблемы. Отрицательное влияние на надежность оказывает и постоянное загрязнение пылью и мелкой стружкой фиксирующих штырей, которые являются штоками цилиндров. Это приводит, с одной стороны, к возрастанию сил фиксации, с другой — к быстрому износу уплотнений, утечкам воздуха из цилиндров и падению рабочих сил. Наладчику нередко приходится из-за этого останавливать линию, разбирать и прочищать цилиндры.
Рис. XIX-2 5. Схема механизмов фиксации и зажима линии поворотного кулака:
/ — спутник с обрабатываемыми деталями; 2 — каналы подвода жидкости; 3 — гидроцилиндр зажима спутника; 4 — фиксатор: 5 — штанга привода фиксаторов с рейкой; 6 — штанга флажкового шагового транспортера с возвратно-поступательным движением и поворотом; 7 — опорные катки спутника;
8 —- зажимной «грибок»; 9 — гидроцилиндр привода штанги фиксаторов
Кроме отмеченных выше вторичных отказов существует целый ряд отказов, вызванных внутренними причинами. К их числу относятся отказы из-за контактной аппаратуры. Правильность выполнения перемещений контролируется на каждом агрегате четырьмя конечными выключателями, доступ к которым затруднен, так как для предохранения от пыли и грязи они прикрыты сверху щитками. Так как большинство отказов устраняются нажатием рукой на конечные выключатели, то шитки, как правило, снимаются. В результате через 3 года среднее время единичного простоя сократилось почти вдвое, а частота отказов почти не уменьшилась, хотя за несколько лет наладчики достаточно хорошо изучили линию.
Частые простои из-за неполадок механизмов фиксации и зажима линии головки блока заставили заводских работников искать пути сокращения потерь путем уменьшения продолжительности каждого простоя. На линии была смонтирована простейшая система сигнализации — электрическое табло, на котором при фиксации на каждой позиции зажигалась соответствующая лампочка. Это позволило резко сократить потери на отыскание причины и места неполадок, в результате средняя продолжительность единичного простоя на линии почти равна той, которая достигнута на самой освоенной линии — линии блока (см. рис. XIX-23). Более 75% всех простоев стали кратковременными — до 1 мин, и только в тех случаях, когда приходится очищать собачки от заклинивания стружки, простои затягиваются надолго — до 12 мин. Иная картина наблюдается на линии картера коробки перемены передач. Надежность механизмов фиксации и зажима достаточно высока, однако время простоев слишком велико — в 4 раза больше, чем на линии блока. Это объясняется прежде всего отсутствием на линии надежной системы сигнализации. Если не сработает механизм фиксации на какой-либо позиции, наладчик не всегда сразу определяет наличие неполадки и задержки цикла, так как шпиндели продолжают вращаться и нет никаких внешних признаков отказа механизма.
Наиболее высокий уровень надежности механизмов фиксации и зажима достигнут на линии поворотного кулака, где предусмотрен целый ряд конструктивных мер повышения надежности (см. рис. XIX-25). Флажковый шаговый транспортер обеспечивает подачу спутников на рабочие позиции 590
с точностью до ОД мм, что практически исключает несоосность между фиксаторами и базовыми отверстиями спутников. На линии|имеется единая штанга, которая приводит в действие все фиксаторы от единого гидроцилиндра, тем самым сводятся к минимуму собственные простои механизмов из-за гидро-и электроаппаратуры. В результате частота отказов механизмов фиксации и зажима на линии поворотного кулачка в 12 раз ниже, чем на линии картера сцепления, и в 5 раз ниже, чем на линии «Блок-2».
§ 5. НАКОПИТЕЛИ ЗАДЕЛОВ
В автоматических линиях со сложным технологическим процессом, требующим большого количества оборудования, режущих и измерительных инструментов, применяются транспортные системы с накопителями. Это необходимо для сокращения простоев линии даже в случае выхода из строя отдельных станков или участков. Работающие станки или участки продолжают работу благодаря накопленным запасам от предыдущего станка и пополняют запасы в накопителе последующего станка (см. гл. XVII).
Применение накопителей улучшает показатели всей линии, уменьшая простои и повышая производительность линии. Эффективность накопителей в повышении производительности автоматических линий зависит от их структурной схемы, емкости и надежности в работе.
Рассмотрим наиболее простой и наглядный вариант—автоматическую линию из трех последовательных участков (или станков) с накопителями на границе между ними (рис. XIX-26).
Через накопитель транзитного типа проходит весь поток обрабатываемых деталей, т. е. он находится в работе даже тогда, когда оба участка исправны. Если накопитель, как всякая автоматически действующая машина, откажет, то это приведен к простою станков обоих участков. Накопитель тупикового типа А2 работает только при выходе из строя одного из участков. В этом случае неполадки в работе накопителя не приводят к простою участков. Если вышел из строя накопитель транзитного типа А п то работа участков линии нарушается, и на время его ремонта требуется обычно ручная транспортировка деталей с I на II участок. При выходе из строя накопителя тупикового типа оба участка начинают работать как единая линия, соединенная жесткой связью. Поэтому с точки зрения надежности выгоден накопитель тупикового типа. С другой стороны, при остановке любого участка, соединенного с накопителем транзитного типа например участка II, участок III сразу же будет получать заготовки из накопителя Бг. В случае же применения накопителя тупикового типа Б2 пройдет некоторое время (оно выбирается большим, чем время случайных задержек), прежде чем накопитель 5 2 «выдаст» де-
ряс. XIX-26. Структурные схемы компоновки накопителей в автоматической линии:
а — накопители транзитного типа; б — накопители тупикового типа
таль участку III. Таким образом, с точки зрения быстроты срабатывания преимущество на стороне накопителя транзитного типа.
Накопители транзитного типа применяются в основном для деталей типа подшипниковых колец, фланцев и других мелких деталей. Накопители тупикового типа применяются в автоматических линиях для обработки деталей сложной формы и в автоматических линиях из агрегатных станков. По конструктивному исполнению различают транспортеры-накопители, магазины-накопители и бункера-накопители.
Транспортеры-накопители применяются преимущественно в автоматических линиях с жесткой межагрегатной связью и принудительной транспортировкой деталей (линии из агрегатных станков для корпусных деталей, линии ступенчатых валов и др.) Они работают во взаимодействии с шаговыми транспортерами, поворотными столами и конструктивно идентичны с шаговыми транспортерами. В качестве примера на рис. XIX-27 показана схема конвейера-накопителя для корпусных деталей, который состоит из двух продольных штанговых транспортеров 1 и 11 с убирающимися собачками и четырех поперечных транспортеров 3, 4, 5, 6. В продольные транспортеры 1 и 11 встроены поворотные столы 2 и 10, поворачивающие обрабатываемые детали на 90°. Детали перемещаются по направляющим планкам 7 с помощью штанги 8, на которой через шаг установлены собачки 9. Накопитель работает в такой последовательности. При нормальной работе автоматической линии блоки с транспортера 1 передаются транспортером 3 на транспортер И и далее к автоматам последующего участка. При остановке последующего участка автоматически выключаются транспортеры 3 и 11, включаются транспортеры 4, 5, 6, которые имеют общий привод, а следовательно, работают синхронно. При заполнении транспортера 1 детали подаются в магазин транспортерами 4, 5 и 6. Для выполнения одного хода транспортеров 4, 5 и 6 транспортер 1 совершает три хода. При заполнении деталями транспортеров магазин выключается, и вместе с ним прекращается работа участка автоматической линии.
При остановке предыдущего участка линии последующий может работать, используя запас блоков в магазине. В этом случае выключатся транспортеры 1 и 3, а транспортеры 4, 5, 6 и 11 работают. С помощью транспор-
Рис. XIX-28. Магазин-накопитель автоматического цеха по производству подшипников
теров 4, 5 и 6 блоки выдаются на транспортер 11. За один ход транспортеров 4, 5 и 6 транспортер 11 совершает три хода. Когда блоки из магазина израсходованы, работа последующего участка автоматически прекращается.
Особенностью конструкции транспортеров 4, 5, 6 является возможность перемещения блоков в обе стороны. Для этого подвижные штанги транспортера снабжены двумя рядами шаговых упоров, причем расположение одного ряда диаметрально противоположно другому ряду (второй ряд собачек на рисунке не виден). При одном положении штанг блоки перемещаются в направлении к транспортеру 11, а при повороте на 180° — в сторону транспортера 1. Необходимость обратного движения блоков в магазин возникает при переключении работы линии на магазин, имеющий некоторый запас блоков, находящихся в конце магазина. В этом случае нужно прежде всего переместить их назад к транспортеру /, а затем уже пустить в работу предыдущий и последующий участки линии.
В автоматических линиях для ступенчатых валов получили применение цепные, гребенчатые и другие накопители магазинного типа, как правило, малой емкости (до 8—12 шт.)
В комплексных автоматических линиях подшипниковой промышленности, где большое количество параллельно работающего оборудования (см. рис. 1-16, XVIII-17' и др.) обеспечивает высокий уровень производительности, необходимы магазины-накопители большой емкости, конструирование которых связано со значительными трудностями. Одним из первых конструктивных решений явились многорядные магазины-накопители конструкции МСКБ АЛ и СС, установленные в автоматическом цехе№ 1 1ГПЗ. Конструктивная схема магазина-накопителя на границе между токарным и термическим участком приведена на рис. XIX-28. Магазин предназначен для хранения промежуточных заделов не только на случай неполадок
в работе, но и для компенсации разносменности работы токарного и термического участков.
Магазин может работать по любому из следующих циклов: только принимать кольца (накапливать); только выдавать кольца (расходовать); принимать и выдавать кольца одновременно. Наличие автоматического магазина обеспечивает независимую работу участка от смежных участков. Магазин представляет собой наклонный цепной конвейер /, на цепи которого укреплены лотки 2. На разгрузочной стороне лотков имеются отсекатели 3 в виде двух подпружиненных защелок, сидящих на общей оси. Все лотки имеют поперечные прорези, в которые входят ролики 4, последовательно смещенные по движению лотков, для того, чтобы кольца заполняли лотки, перекатываясь от ролика к ролику без удара. При входе колец в магазин устанавливается механизм приема 5, при выходе — механизм выдачи 6. Прием колец и их выдача производятся под действием веса колец.
Загрузочная часть лотка механизма приема 5 срезана и сделана в виде тупика, входящего в вырез магазина, вследствие чего в каждый лоток попадает только одно кольцо, в результате чего достигается равномерность заполнения всех лотков. В механизме приема имеется устройство 7 для контроля переполнения лотков магазина, состоящее из двух рычагов, сидящих на одном валу. Один рычаг входит в лоток магазина, а другой — в приемный лоток. Если какой-нибудь из лотков магазина окажется п олностью загруженным, то рычаг отклоняется, поворачивая второй рычаг, который задерживает поступление колец в лотки магазина. На случай застревания колец между приемным лотком и лоткам магазина часть стенки приемного лотка подпружинена.
Если застрявшее кольцо останется в начале лотка, то для этого случая по другую сторону механизма приема имеется предохранитель в виде подпружиненного рычага 8. Кольцо, попадая под этот рычаг, отклонит его и, воздействуя на конечный выключатель, выключит магазин. Кольца выдаются механизмом 6. Этот механизм установлен против отсекателей лотков магазина и приводится в действие от общего привода. Он состоит из кулачкового диска и подпружиненной скалки, совершающей возвратно-поступательное движение. Встречая на пути отсекатели, скалка поворачивает их, и кольца по одному выкатываются в лоток выдачи. Если лоток выдачи заполнен, нож скалки упирается в кольцо и выдача колец не происходит.
Опыт применения указанных накопителей показал, что их высокая конструктивная сложность, большое количество сочленений и подвижных трущихся соединений приводит к снижению надежности в работе, что усугубляется необходимостью постоянного перемещения большого количества колец. Поэтому конструкторские поиски привели к созданию магазинов-накопителей с иными конструктивными схемами. Так, в автоматических цехах № 2 и 3 1ГПЗ установлены многоярусные магазины-накопители с плоскими спиральными лотками (рис. XIX-29). Заготовки на каждом ярусе перемещаются в спиральных плоских лотках под действием вращающихся щеток. Качение колец производится от центра к периферии магазина, после чего кольцо скатывается в промежуточный лоток, который передает его к центру следующего яруса и т. д., пока наконец, кольцо не выходит с самого нижнего яруса. Таким образом, магазин является транзитным — все кольца проходят полный путь по всем ярусам с принудительным перемещением.
Аналогично работает и секционный магазин, применяющийся в автоматических линиях на 8ГПЗ. Магазин (рис. XIX-30) работает также в трех режимах, используется и как транзитный, и как тупиковый. Каждая секция магазина собрана из горизонтальных лотков, выполненных из бортов толщиной листа 2 мм и полос 4x20 мм; последние установлены на ребро каждого лотка. Между полосой и бортами предусмотрены просветы опре-594
Рис. Х1Х-29. Магазин-накопитель со спиральными лотками
Рис. XIX-3 0. Магазин-накопитель качающегося типа
деленной величины с тем, чтобы магазин не загрязнялся. Лотки секций сообщаются между собой.
Во время работы секционный магазин качается относительно оси на угол а = 8 -н 10° при помощи гидроцилиндра 4, подвешенного к станине на оси 5. Заготовки через гибкий лоток 1 и загрузочный механизм 2 проходят в верхнее окно и при наклоне магазина влево на угол ос перекатываются в окно лотка, расположенное ниже. При наклоне магазина вправо заготовки перекатываются через окно в следующий лоток и т. д. В самом нижнем окне заготовки по одной выдаются разгрузочным механизмам 3 одновременно из каждой секции.
Деление потока заготовок по отсекам магазина производится способом поштучного шагового смещения заготовок на величину шага t отсеков и способом комбинированного шагового смещения заготовок, т. е. смещения каждой первой заготовкой всего столба и дополнительного смещения каждой последующей заготовки и столба заготовок от каждой предыдущей на величину необходимого между ними зазора.
Для накопления крупногабаритных тел качения типа колец железнодорожных подшипников, зубчатых колес и др. применяются многосекционные накопители с периодическим поворотом (рис. XIX-31, а). Магазин имеет поворотный стол 5, на котором смонтированы на валах 15 шесть вращающихся трехкассетных барабанов 4, в каждую из которых (I, II, III) укладываются вертикально детали, как показано на рис. XIX-31, б. Во время работы магазина его стол и барабаны периодически поворачиваются, причем число зубьев колес поворотного стола и барабанов подобрано так, что при повороте стола на х/б оборота каждый барабан поворачивается на 1/3 часть оборота вокруг своей оси. Вращение стола осуществляется от привода, располагаемого в нише магазина 2 (под поворотным столом), закрытой крышкой 1 От электродвигателя 29 через пары зубчатых колес 30 и 31 вращение при помощи червяка 28 передается червячному колесу 27. На валу червячного колеса жестко укреплено водило 24 с роликом 25 мальтийской передачи. Мальтийский крест 22 посажен на опорную втулку 16, несущую поворотный стол 3 на шарикоподшипнике 20. Таким образом, при вращении водила 24 его ролик 25 входит в одну из шести радиальных прорезей мальтийского креста 22 и поворачивает колесо на V6 часть. При повороте опорной втулки 16
(на j76 часть оборота) происходит круговой поворот барабанов, во время которого их зубчатые колеса 18 обкатываются относительно неподвижного зубчатого колеса 17. Благодаря этому кассета в каждом барабане поворачивается на 1/3 оборота.
Детали выгружаются и загружаются в магазин с верхнего рольгангового транспортера 11 в одной позиции. Указанная позиция оборудована платформой 8 для удержания деталей, движущихся в вертикальной плоскости по направляющей 10 при помощи винта 9 от электродвигателя 6 через редуктор 7. Кассета барабана загружается деталями [при периодическом опускании платформы сверху вниз, а выгружается при ее движении снизу вверх. Загрузка и выгрузка деталей с транспортера 11 в приемную позицию барабана магазина осуществляется при помощи специального устройства, состоящего из каретки 12 на штоке 13 пневматического цилиндра 14. Магазин работает в трех режимах: на прием, на выдачу и на свободный пропуск колец по транспортеру, минуя магазин. При работе на прием каретка 12 забирает деталь с транспортера 11 и перемещает его в кассету барабана. После опускания платформы на один шаг каретка возвращается в исходное положение. При работе на выдачу каретка движется к кассете и вилка каретки становится над деталью. Платформа 8 с деталями делает шаг вверх, направляя выгружаемую деталь в вилку каретки. В этом положении каретка движется к транспортеру, передвигая деталь с кассеты на вилки транспортера. При проходе детали на прямую, минуя магазин, каретка остается неподвижной. Кассета будет полностью загружена деталями, когда платформа опустится в нижнее крайнее положение. В это время весь магазин поворачивается на 1/б оборота и на позицию загрузки подходит первая кассета следующего барабана.
Когда первые кассеты шести барабанов будут заполнены, стол магазина совершает второй оборот, барабаны при этом поворачиваются на следующую ^/3 оборота, и на позицию загрузки подходят вторые кассеты. В этом случае сначала заполняется вторая кассета первого барабана, затем вторая кассета второго барабана и т. д. На третьем повороте магазина на позицию загрузки последовательно подходят третьи кассеты всех барабанов. Полное
12 13 К 15
заполнение деталями всех 18 кассет произойдет за три полных оборота поворотного стола магазина. При работе магазина на выдачу детали разгружаются в обратном порядке. Передаются детали к транспортеру подъемником (снизу вверх).
Для накопления мелких деталей широко применяются автоматические бункерныеауст-ройства, которые являются не только механизмами питания, но и накопителями. Конструкция и принцип работы бункеров более подробно освещены в гл. XIII.
В последние годы в качестве промежуточных накопителей все шире применяются вибрационные накопители, представляющие собой те же вибрационные бункера для подачи заготовок на автоматах. Вибрационные накопители весьма универсальны и гибки в работе по сравнению с секторными, дисковыми бункерами, -не требуют дорогих управляющих и блокирующих устройств, что делает их применение весьма выгодным. На рис. XIX-32 приведен общий вид вибрационного накопителя автоматической линии. Детали с первого участка
Рис. XIX-32. Вибрационный накопитель
линии попадают в накопитель, поднимаются вверх по вибрирующему спиральному лотку, откуда по наклонному лотку поступают на второй участок. Если второй участок останавливается, то детали задерживаются до тех пор, пока освободится место в лотке. Детали с первого участка на-
капливаются внизу, заполняя накопитель.
§ 6. МЕХАНИЗМЫ УДАЛЕНИЯ ОТХОДОВ
Механизмы удаления стружки из рабочей зоны станков. Согласно данным ЭНИМСа, при обработке деталей из проката количество стружки составляет в среднем 15% веса заготовок, при обработке поковок—около 20% ; чугунных отливок — 25% ; отливок из цветных металлов — до 60% . В результате количество стружки, образующейся при обработке на станке за каждую смену, составляет несколько килограмм. Поэтому для нормальной работы станков стружка должна своевременно отводиться автоматически из зоны обработки.
Наиболее просто решается задача транспортировки сыпучей стружки, которая образуется при обработке деталей из хрупких материалов (чугуна, бронзы, алюминия). Для ее транспортировки широко применяются ленточные, скребковые, скребково-штанговые, цепные, шнековые и другие транспортеры.
При обработке стальных деталей образуется вьюнковая и сливная стружка. Сливная стружка особенно неудобна для транспортирования. Она занимает большой объем при малой плотности. Чем крупнее вьюнковая стружка, тем труднее она удаляется со станка. Высокая сцепляемость вьюнков между собой, способность проникать в щели, обволакиваться вокруг выступающих частей "механизмов, инструмента и т. д. заставляет применять транспортирующие устройства, способные создавать большие тяговые силы с принудительным захватом стружки. Такими свойствами обладают, например, одно- и двухвинтовые шнековые транспортеры.
Ленточные транспортеры при удалении стружки от отдельных станков нашли ограниченное применение из-за конструктивной
сложности (специальный привод, натяжная станция) и низкой долговечности ленты. Они применяются только для подачи элементной стружки при обработке деталей из хрупких материалов.
Шнековые транспортеры бывают одновинтовые и двухвинтовые. Преимуществом шнековых транспортеров является их универсальность — они могут работать при горизонтальном, наклонном и вертикальном расположении. Все конструкции нормализованы. При работе с охлаждением шнековые транспортеры выполняются герметичными. Они хорошо работают при небольших оборотах винта (шнека) и при условии, когда один конец его соединен с приводом при помощи плавающей муфты, а второй— свободный (плавающий). С соблюдением этих условий транспортеры на любой стружке работают достаточно хорошо, но требуют тщательного ухода. Корыто для транспортеров обычно изготовляют из чугуна, а винт—из толстостенной стальной трубы, на которую насаживают и приваривают спиральные заготовки, образующие винтовую спираль.
Шнековыми транспортерами оснащаются, в первую очередь, многошпиндельные прутковые автоматы, при работе которых выделяется значительное количество сливной и вьюнковой стружки.
Недостатком шнековых транспортеров является быстрый износ витков спирали винта и корыта, попадание в шнек крупных посторонних предметов (например, обрабатываемых деталей), что вызывает его поломку. Срок службы при непрерывной работе транспортера составляет не более одного года, так как трущиеся поверхности корыта и винта быстро изнашиваются.
Вибрационные транспортеры. В последние годы в машиностроении для загрузки станков нашли применение вибрационные загрузочные устройства (см. гл. XIII), которые используются и для удаления стружки. В качестве привода прямолинейных вибрационных транспортеров для уборки стружки применяют электромагнитные или механические вибраторы. Недостатками вибрационных транспортеров являются: невозможность полностью локализовать передачу вибраций от транспортера на оборудование и фундамент, возникновение большого шума при работе, особенно при больших амплитудах колебания вибрационных лотков. При помощи вибрационных транспортеров хорошо удаляется со станков сыпучая стружка, хуже — сливная, так как силы трения и сцепления массы стружки с неподвижными частями станков оказываются зачастую выше тяговой силы на лотке вибрационного транспортера.
На рис. XIX-33 показан вибротранспортер для удаления стружки из токарного гидрокопировального полуавтомата 1722. В баке 1 в специальных обоймах 2 уложены резиновые подушки 3, между которыми располагают лапки, приваренные к лотку 4, Сила зажима лапок, расположенных между резиновыми подушками, регулируется болтами 5. В передней стенке лотка имеются отверстия для спуска эмульсии в корыто. Мелкая стружка оседает в отстойнике 6, а жидкость стекает в бак, откуда насосом снова подается к инструменту. По мере накопления мелкой стружки отстойник вынимают для очистки. Вибратор 7 установлен на валу, закрепленном в двух кронштейнах <?. Вращение от вала электродвигателя 9 на вибратор передается через соединительную муфту 10 [17].
Пневматические транспортеры. При обработке деталей из чугуна, пластмасс и некоторых цветных металлов важной проблемой является удаление из зоны обработки не только самой стружки, но и образовавшейся пыли. Пыль, разлетаясь в разные стороны, осаждается на трущихся поверхностях направляющих, салазок, станин, различных механизмах, на измерительной и электрической аппаратуре и приводит к преждевременному износу станков. Кроме этого, большая запыленность воздуха ухудшает условия труда и техники безопасности. Устройства для удаления пыли и мелкой стружки из зоны обработки строятся почти исключительно на пневматической основе.
Д-Д
Рис. XIX-33. Вибротранспортер для отвода стружки
Принцип действия пневматического транспортера основан на создании в воздухопроводе воздушного потока. Величина тяги и транспортной скорости зависит от гранулометрического состава, геометрической формы стружки, плотности потока воздуха и других факторов. В отечественной практике применяется множество различных пневматических устройств, производительность которых достигает 300 т/ч, дальность транспортировки до 2 км, а высота — до 100 м.
На автоматических линиях 1Л93. 1Л95 и 1Л97 конструкции МСКБ АЛ и АС, работающих на ЗИЛе, применены пневматические устройства для непрерывного удаления стружки и пыли непосредственно от режущих инструментов из зоны ее образования.
Пневматическое устройство для непрерывного удаления стружки состоит из следующих основных частей: стружкоотсасывающего агрегата (рис. XIX-34) с автоматическим сбором стружки в шнековый транспортер; гибкого металлического рукава (воздухопровода) и специальных стружко-приемников, которые удаляют стружку непосредственно из зоны обработки.
Механизмы для удаления стружки от групп станков и из цехов. Задача удаления стружки от групп станков и из цехов имеет специфическую особенность, что для ее решения приходится создавать транспортеры длиной в несколько десятков метров, а это создает дополнительные трудности в отношении приводных механизмов. Масса транспортируемой стружки значительно
-Рис. XJX-34. Пылеотсасывающий агрегат СК503С:
1 корпус; 2 — циклон; 3 — рукавные фильтры; 4 — встряхи-вающе-натяжное устройство; 5 — вентилятор; 6 — электродвигатель; 7 — осадительный конус; 8 — запирающееТустрой-ство; 9 — дозатор; 10 — редуктор; 11 •— транспортер
больше, чем у отдельных станков, больше вероятность застревания, заклинивания транспортеров, что предъявляет к их надежности весьма высокие требования.
Рассмотрение конструкций автоматических линий показывает, что в зависимости от конкретных условий, определяемых их компоновкой и организацией труда на них, находят применение три следующие системы отвода и транспортирования стружки от автоматических линий в общецеховую транспортную систему стружки.
1.	Транспортирование стружки в контейнерах, когда стружки из отдельных станков через окна в станине высыпается в соответствующую емкость (ящик, тележку). Такая система менее совершенная, чем автоматизированная. Она
применяется главным образом на давно работающих автоматических линиях.
2.	Транспортирование стружки транспортерами, проходящими вне линии и имеющими отводящие конвейеры того или иного типа от отдельных станков. Подобная система транспортирования стружки применяется на линиях, где удается использовать ранее имевшиеся цеховые подземные транспортные устройства, и остается только предусмотреть отвод стружки из приемников станков и линий. По этой системе выполнены отвод и транспортирование стружки на линии ЭНИМСа для обработки валов электродвигателей. В качестве отводящих транспортеров применены шнеки.
3.	Транспортирование стружки транспортерами, встроенными непосредственно в линию или проходящими под ней в специальных туннелях. Использование такой системы транспортирования исключает необходимость иметь на каждом из рабочих агрегатов линии устройства, отводящие стружку на общий транспортер, так как последний расположен непосредственно под зонами обработки на самих этих агрегатах. Отсутствие необходимости в поперечных транспортерах на каждом, из агрегатов обусловило применение этой системы транспортирования стружки на многих новейших автоматических линиях, где транспортер стружки встроен непосредственно в линию или проходит под ней в канаве.
Выбор той или иной конструкции подобного встроенного транспортера, а также его расположения (сквозь стенки линии или в канаве под станками) зависит от конкретных условий работы линии и ее компоновки (наличие смазочно-охлаждающей жидкости, нижнего транспортера для возврата приспособлений-спутников, форма и размеры отводящейся стружки). В двух последних транспортных системах в качестве транспортных средств применяются транспортеры различных типов: ленточные, скребковые, шнековые, вибрационные, ершово-штанговые.
Ленточные транспортеры обладают высокой производительностью, позволяют транспортировать стружку на большие расстояния, отличаются плавностью и бесшумностью работы. Так, на ЗИЛе в ряде цехов применяются магистральные ленточные транспортеры, в которые несколькими линейными транспортерами стружка подается от агрегатных 600
станков и автоматических линий. Например, в цехе V-образных двигателей работает ленточный транспортер длиной 189 м, установленный в тоннеле под станками.
В целом, однако, в машиностроении ленточные транспортеры нашли ограниченное применение из-за конструктивной сложности, высокой первоначальной стоимости, малой долговечности ленты и необходимости устройства бетонированных тоннелей.
Скребковые транспортеры (рис. XIX-35) применяются для транспортирования мелкой металлической стружки. Эти транспортеры удаляют стружку за пределы автоматических линий и цехов на расстояние до 100 м. Скребковые транспортеры на таких заводах, как ЗИЛ, АЗЛК, используются в качестве линейных и магистральных. Производительность их зависит от ширины лотка и высоты скребков, скорости их движения и составляет до 3000 кг/ч, маталлоемкость 1 пог. м — около 40 кг.
Транспортеры надежны при транспортировании мелкой стружки, но при попадании в них посторонних предметов могут выходить из строя. Этот тип транспортера может перемещать стружку горизонтально и вертикально. При вертикальном подъеме стружки скребки выполняются в виде ковшей. Вертикальные скребковые транспортеры обычно имеют небольшую длину — до 5 м. Скребковые транспортеры могут выполняться цепными и штанговыми с шарнирными скребками.
Скребково-штанговые транспортеры применяются в основном для перемещения чугунной стружки (рис. XIX-35). Желоб 1 в этой конструкции выполняется сварным или из швеллера, который укладывается на полу цеха или в канаве и сверху закрывается плитами. В местах ссыпания стружки укладывают решетки для предохранения от попадания в желоб крупных деталей и отходов. В середине желоба и по всей его длине укладывается штанга 2 с шарнирными скребками 3, которые при движении в сторону выброса стружки занимают вертикальное положение, упираясь в упоры 4, закрепленные на штанге, и тем самым продвигают стружку на 500—700 мм вперед по желобу, а тогда штанга возвращается обратно, скребки отключаются на шарнирах и свободно скользят по стружке. В качестве привода используются специальные гидроприводы 5, приводимые в действие насосом. Для транспортеров небольшой длины (до 60 м)
Рис. X.IX-35. Штанговый скребковый транспортер с шарнирными скребками
Рис. XIX-36. Шнековый транспортер для отвода стружки от автоматических линий
используется электродвигатель с редуктором и кулисой, которая сообщает штанге возвратно-поступательное движение. Производительность таких транспортеров составляет около 2 т/ч.
Шнековые транспортеры. В последние годы в автоматических линиях все чаще применяются шнековые транспортеры, состоящие из винта с приводом и желоба, охватывающего винт. При вращении винта, расположенного по оси желоба, винт проталкивает по этому желобу стружку, которая насыпается через загрузочные патрубки. Шнековые транспортеры используются преимущественно для удаления сливной стружки и применяются в качестве линейных и магистральных транспортеров на длине транспортировки до 100 м.
Транспортер (рис. XIX-36) монтируется в бетонированной яме 1. К уголкам 2 болтами 3 крепятся чугунные корыта 4, в свою очередь скрепляемые болтами 5, образуя тем самым ложе для винтовой спирали 6. Секции винтов между собой соединены шпильками 7, образуя винт длиной до 40 м. Бортовые щитки 8 из листовой стали, прикрепленные к корыту и уголкам 9, предохраняют бетонированную канаву от попадания в нее стружки. Сверху шнековый транспортер закрыт секциями решеток 10, а в зоне образования стружки под станками предусмотрены люки. Для вращения винта применяются электродвигатели И и редуктор 12, понижающий частоту вращения до 8—10 об/мин. Вращение от редуктора 12 передается винту шнека через плавающую муфту 13. Изменение частоты вращения выходного вала редуктора в пределах 10—40 об/мин производится сменой зубчатых колес редуктора или заменой электродвигателя с другой частотой вращения. При транспортировании стружки от станков, работающих с охлаждением эмульсией или сульфофрезолом, корыта делаются герметичными и с небольшим уклоном для стока жидкости.
Вибрационные транспортеры. В последнее время для удаления стружки от автоматических линий находят применения также вибрационные транспортеры (см. рис. XIX-33), которые представляют 602
собой вибрирующий желоб на упругих опорах. В качестве приводов используются электромагнитные или механические вибраторы.
На рис. XIX-37 приведен вибрационный транспортер конструкции МСКБ АЛ и АС, установленный в автоматической линии 1Л95 обработки блока цилиндров двигателя ЗИЛ-130. Лоток 3 вибротранспортера изготовлен из листовой стали (Ст. 3) толщиной 2,5 мм. К верхней части лотка приварена планка 6 с болтом 7 для соединения тяги механического вибратора 2 с лотком. По всей длине с двух сторон нижней части лотка приварены уголки 8 для придания лотку жесткости с целью достижения плавного и равномерного перемещения стружки по всей длине лотка транспортера. Механический вибратор имеет два кронштейна 4 с запрессованными радиальными шариковыми подшипниками, в которых вращается эксцентриковый вал с эксцентрицитетом 0,5 мм. На эксцентриковый вал запрессован двухрядный сферический ширикоподшипник, наружное кольцо которого запрессовано в обойму тяги вибратора. Ложе тяги крепится болтом к поперечной планке 6 лотка через резиновые прокладки 9. Вал вибратора соединен с валом электродвигателя 1 муфтами 10, между которыми расположена звездочка, компенсирующая перекосы сопрягаемых валов. Механический вибратор и электродвигатель смонтированы на плите-подставке 11, которая болтами 12 жестко прикреплена к фундаменту. Лоток устанавливается своими концами на резиновые подушки 5, изготовленные из эластичной резины, которые установлены в гнезда планок. Планки жестко крепятся к фундаменту двумя болтами. Планки для регулирования уровня лотка имеют четыре установочных винта. Боковое смещение лотка ограничивается винтами 13 с резиновыми подушками 14. Вращением винтов смещают конец лотка в поперечном направлении с целью равномерного распределения стружки по всей ширине лотка при ее движении. Опыт применения вибрационных транспортеров показывает, что они могут во многих случаях заменять существующие конструкции скребковых, ленточных, шнековых и других транспортеров [17].
Рис. Х1Х“37, Вибротранслортер для удаления стружки автоматической линии 1Л95 (ЗИЛ)
Ершово-штанговые транспортеры. Как известно, наибольшую трудность для отвода и транспортирования представляет витая сливная стружка. В настоящее время разработаны конструкции специальных ершово-штанговых транспортеров, предназначенных для ее транспортирования. Транспортер представляет собой металлический желоб с приваренными шипами, внутри которого совершает возвратно-поступательное движение ершовая штанга. Совершая рабочий ход, штанга ершами увлекает находящуюся в желобе стружку и проталкивает ее вперед. При обратном движении штанга проскальзывает по стружке, удерживаемой шипами желоба.
Основным недостатком обычных ершово-штанговых транспортеров является возможная концентрация на дне желоба мелкой стружки, которая совершает вместе со штангой возвратно-поступательное движение, не продвигаясь вперед. Это приводит к забивке и заклиниванию направляющих.
Импульсные транспортеры для автоматических линий и цехов хорошо себя зарекомендовали для удаления стружки из станков. Они могут быть выполнены длиной до 100 м и шириной до 1 м. Для привода лотка длиной до 20 м устанавливается электродвигатель 1—2 кВт с редуктором, понижающим частоту вращения до 30—50 об/мин. Для транспортеров длиной до 100 м мощность электродвигателя должна составлять 6—8 кВт. При больших длинах транспортировки транспортер рекомендуется делать из секций длиной 15—20 м с индивидуальным приводом. При этом ход секции берется разным с таким расчетом, чтобы они работали с пересылкой с одного лотка на другой. При такой конструкции каждая секция работает самостоятельно с наименьшими силами на разрыв. В импульсных транспортерах для аввтоматических линий в качестве привода может быть использован гидроцилиндр, установленный в начале или в конце линии, который отводит лоток на 50—100 мм. Лоток возвращается в исходное положение при помощи пружин или самим приводом.
На рис. XIX-38 приведена конструктивная схема импульсного транспортера для автоматических линий и цехов. Привод транспортера электро-
Рис. Х1Х-38. Импульсный транспортер для удаления стружки от автоматических линий:
1 — лоток; 2 — скоба; 3 — ось ролика; 4 — ролики; 5 — швеллер; 6 — траншея транспортера; 7 — плиты; 8 — ерши; 9 — пружины; 10 — натяжные тросики; И — вилка; 12 — валики; 13 — тяги; 14 — шток; 15 — кронштейны; 16 — оси; 17 — ролик; 18 — вал редуктора; 19 — редуктор; 20 — элек-тродвигатель; 21 — дисковый кулачок
Рис. XIX-39. Схема транспортной системы отвода стальной стружки в автоматическом цехе № 1 1ГПЗ
механический и включает электродвигатель 20, редуктор 19 и дисковый кулачок 21, который отводит лоток вправо на 70—100 мм. При выходе кулачка из зацепления с роликом лоток 1 под действием пружин 9 возвращается в исходное положение и мгновенно останавливается натянутым тросиком 10, при этом стружка по инерции продвигается по лотку на 10—20 мм. Данный транспортер может быть использован для удаления различных видов стружки от групп станков и как магистральный.
Комбинированные транспортеры. В действующих автоматических линиях часто применяется также комбинация из нескольких типов транспортных средств для удаления стружки. Например, в автоматической линии для обработки корпусов вентилей работают шнековые и скребковые транспортеры одновременно.
На рис. XIX-39 показана структурная схема транспортной системы для отвода стальной витой стружки от автоматов токарного участка первого автоматического цеха на 1ГПЗ. Весь токарный участок состоит из 15 автоматов, каждый из которых снабжен одновинтовым шнековым транспортером, при помощи которого стружка выдается из станка в многовинтовую шнековую транспортную систему. Последняя состоит из продольной трассы: поперечной и наклонной. Продольная трасса имеет два транспортера, подающие стружку соответственно от шести и девяти станков навстречу друг другу, На поперечной трассе имеется один двухвинтовой транспортер. У каждого транспортера свой собственный привод. На наклонной трассе установлен четырехвинтовой транспортер, который приводится в движение также от собственного привода, вынесенного наверх во избежание затопления его эмульсией.
Продольная и поперечная трассы работают непрерывно, отводя от станков около 300 кг стружки в час, что по объему составляет около 3 м3. Наклонная трасса работает периодически по мере накопления в яме стружки. Примерно 2 раза в смену яма разгружается в автомашину. Для этого машина подается к наклонному четырехвинтовому транспортеру (как показано на рисунке), включается электродвигатель транспортера, и стружка начинает подаваться из ямы в кузов.
На рис. XIX-40 изображена планировка участка цеха обработки коленчатых валов с автоматической системой и транспортирования стружки с централизованной ее очисткой от смазочно-охлаждающей жидкости. Станочные транспортеры 1 (в данном случае вибрационного типа), проходящие под каждым станком, выгружают стружку на главный транспортер 2, который доставляет ее в отстойник 3. Очищенная с помощью специальной уста-
Рис. XIX-40. Планировка системы сбора и удаления стружки с централизованной ее очисткой
новки смазочно-охлаждающая жидкость возвращается насосным агрегатом 4 к станкам 6У а стружка непрерывно выгребается из отстойника скребковым транспортером и ссыпается в прицепные тележки 5 с опрокидывающимися кузовами.
Устройства очистки и переработки стружки. В большинстве случаев стружка из зоны обработки отводится вместе со смазочно-охлаждающей жидкостью, от которой она должна быть впоследствии отделена, ргружка удаляется из цеха и поступает на переработку, а смазочно-охлаждающая жидкость после дополнительной очистки и охлаждения снова подается к станкам. В ряде случаев, при неоднородной стружке, возникает необходимость в ее сортировке, отсеве посторонних частиц, в первую очередь, кусков металла, заготовок и т. д. Наконец, для повышения' транспортабельности и удобства переплавки вьюнковую стружку необходимо брикетировать.
В настоящее время на всех металлорежущих, в первую очередь на шлифовальных станках, применяется большое количество разнообразных устройств для очистки или фильтрации охлаждающей жидкости. Для многих станков применяют отстойные баки большого объема с отсеками, в которых тяжелые частицы оседают на дне, откуда удаляются вручную или при помощи скребковых транспортеров. За неделю работы шлифовального станка, особенно при черновом шлифовании, образуется до 10 кг абразивной пульпы и металлической стружки. Отстойные баки без дополнительных устройств не обеспечивают надежного удаления частиц заданного размера. Для надежного удаления частиц стружки и абразива используют сепараторы и фильтры различной конструкции. Для сыпучих материалов находят применения сита с вибраторами, которые более производительны (в 5—20 раз), малогабаритны и создают небольшой шум при работе.
В] качестве примера на рис. XIX-41 приведена конструктивная схема вибрационного сита для отсека крупных механических включений от стружки перед брикетированием. Конструкция вибрационного сита представляет собой металлический каркас 1 из угловой стали № 5, к которому подвешивается на пружинах рамка 2 с ситом размерами в плане 700x900 мм. Электродвигатель 3 мощностью 0,5—1,5 кВт крепится к каркасу вертикально. Вибрирующее устройство представляет собой специальную обойму 4, в которой укреплен шарикоподшипник № 208 с запрессованной внутри втулкой с отверстием, смещенным от центра на 1 мм. Втулка, в свою очередь, запрессована на вал электродвигателя, при вращении которого сито делает столько же колебаний, сколько имеет оборотов электродвигатель. При пружинящей тяге 5 шум, издаваемый вибрационным ситом, незначителен. Для уменьшения вибраций, передаваемых на пол, под углы каркаса подкладываются эластичные резиновые прокладки. Отсеянный крупный порошок или отходы высыпаются из сита в ящик, а порошок нужной фракции попадает в бункер 6, из которого, в свою очередь, он высыпается далее в бункер, подвешенный к полу нижнего этажа. Для удаления образующейся при работе 606
Рис. XiX-4 1. Вибрационное сито для отсева крупных металлических включений от стружки перед ее брикетированием
б)
Рис. Х1Х'42. Схемы установив дая холодного (а} и горячего (б) брикетирования стальной и чугунной сгружки
сита пыли служит труба (на рисунке не показана), по которой вентилятор гонит пыль в пылесборник, а само сито закрывается специальным металлическим кожухом.
Общий вид установки для брикетирования стружки показан на рис. Х1Х-42, а. Чугунная стружка магнитной шайбой 7, подвешенной к крюку 2 подъемного крана, подается в бункер 3. Вибрационное сито 4 отсеивает крупные частицы металла и сбрасывает их в бункер 5, а мелкая стружка ссыпается в бункер 3, из которого поступает в брикетировочный пресс 7. Готовые брикеты по склизу 8 скатываются в контейнер 9. Бри-котировочные прессы / (мод. Б-654) и 10 (мод. Б-653) изготовлены Одесским заводом прессов. Технология изготовления брикетов хорошо отработана, и брикеты из такой стружки при транспортировке не рассыпаются. Аналогичным способом проводится на ряде заводов брикетирование различной цветной стружки. Брикетирование стальной стружки производится по следующей схеме: сначала стружка дробится на стружкодробилках, очищается моющими жидкостями от масла и эмульсии на центрифугах, потом сушится и брикетируется брикетировочными прессами.
На рис. XIX-42, б показана схема установки горячего брикетирования стружки. Магнитная шайба 1 подает стружку в бункер 2, из которого она ссыпается на транспортер-дозатор 3. Наклонный транспортер 4 подает стружку в люк 5, по которому она ссыпается в барабан 6. Газы, сгоревшие в печи, сушат и нагревают стружку до температуры 800—900° С. Механизм дозатора 7 наполняет пресс-форму горячей стружкой, которая поступает на пневматический молот 8. Потом брикеты выбиваются из пресс-формы механизмом выбивки брикетов 9. Описанная схема брикетирования достаточно проста и является типовой. Дробление и брикетирование стружки чаще производится вне цеха в подсобных помещениях.
Рабочая зона специального станка для обработки щитов электродвигателей, работающего методом попутного точения
Специализированный агрегатный вертикальный сверлильно-резьбонарезной станок с цифровым программным управлением
Токарно-револьверный станок повышенной точности
Фрезерный станок с цикловым программным управлением
Глава XX
МЕХАНИЗМЫ И СИСТЕМЫ
КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ
Комплексная автоматизация производства возможна лишь на базе решения целого ряда конструкторских и организационных проблем дальнейшего сокращения затрат живого труда работников, непосредственно занятых в данном производстве. При этом и решаемые прежде задачи замещения механизмами и устройствами различных функций, выполняемых ранее человеком, должны решаться на стадии комплексной автоматизации на новом, более высоком уровне, как правило иными методами. Это можно иллюстрировать на примере автоматизации транспортировки деталей.
Как известно, задача внутристаночного транспортирования (перемещения обрабатываемых деталей в пределах рабочих зон станков) решается путем создания механизмов автоматической загрузки и выгрузки деталей, чаще всего—автооператоров (см. гл. XIII), которые выполняют функции человеческой руки. При автоматизации межстаночной транспортировки ввиду усложнения траектории перемещений и роста их величины, необходимости межоперационного накопления, обеспечения параллельно работающих станков и т. д. применение автооператоров, механических рук и других механизмов, типовых для внутристаночной транспортировки, практически исключается. Механизмы межстаночной транспортировки—шаговые транспортеры, транспортеры, транспортеры-распределители, подъемники и т. д. (см. гл.XIX), как правило, имеют совершенно иные принципиальные, компоновочные и конструктивные решения.
При переходе к комплексной автоматизации производственных процессов, где должны решаться уже задачи внутрицехового и межцехового транспортирования, складирования готовой продукции и т. д., оказываются непригодными практически все технические решения, применяемые в отдельных автоматических линиях. Для автоматизации транспортирования при комплексной автоматизации применяют, как правило, разнообразные конвейерные системы, в том числе с программным управлением, с автоматическим адресованием и т. д.
Аналогичную закономерность можно проследить и на примере систем управления. Системы управления отдельных станков обеспечивают, как правило, лишь выполнение жестко заданной программы (реже — с элементами саморегулирования). Системы управления автоматических линий не только реализуют заданную последовательность рабочего цикла агрегатов и участков, но и должны решать логические задачи обеспечения взаимодействия независимо работающих агрегатов. Такие функции уже не могут выполняться на механической основе, для их реализации создаются электрические и электронные схемы (см. гл. XVIII). На этапе комплексной автоматизации функции гибкого управления, оперативного контроля и диспетчеризации становятся уже преобладающими и их реализация возможна только путем применения автоматических систем управления производством на базе ЭЦВМ.
20 Г. А. Шаумян
609
В настоящей главе кратко рассмотрены тенденции развития и примеры реализации механизмов и систем, присущих этапу комплексной автоматизации производственных процессов в машиностроении: системы и механизмы внутрицехового и межцехового транспортирования, автоматического складирования и системы автоматизации управления производством.
§ 1, МЕХАНИЗМЫ И СИСТЕМЫ ВНУТРИЦЕХОВОГО И МЕЖЦЕХОВОГО ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
Механизация и автоматизации транспортных операций позволяют значительно снизить трудоемкость изготовления деталей и повысить производительность труда на всех звеньях производственного процесса. Широкое внедрение механизированного и автоматизирванного внутрицехового и межцехового транспорта позволяет не только снизить затраты труда на единицу выпускаемой продукции, но и значительно сократить заделы в цехах и повысить коэффициент использования производственных площадей в целом по предприятию.
С помощью внутрицехового транспорта к рабочим местам подаются заготовки, к сборочным стендам — готовые детали, производится погрузка и перевозка материалов и готовых изделий, передача грузов между отделениями, цеховыми складами и т. п. К внутрицеховому транспорту относятся всевозможные конвейеры, краны, тележки, склизы и другие средства транспорта.
Внутризаводские транспортные средства, особенно подвесные конвейеры самых разнообразных конструкций, широко используются не только в основных и вспомогательных цехах, но и на складах. На таких конвейерах предметы изготовления движутся из цеха в цех непрерывно или прерывисто вплоть до склада готовой продукции. Там, где необходимо, ветвь подвесного конвейера опускается, что дает возможность подвесить или снять с него готовую продукцию. Для межоперационной передачи деталей в обычных поточных линиях также широко используются подвесные конвейеры. На них детали в подвешенном состоянии движутся вдоль потока. Рабочий-оператор снимает деталь с конвейера и ставит ее на станок, а обработанную деталь вешает на освободившееся место.
В результате механизации и автоматизации транспортных операций можно создавать полностью автоматизированные линии и цехи. Однако для рационального использования транспортных средств необходимо прежде всего наладить четкую организацию работы транспорта и сократить количество транспортных средств путем уменьшения расстояния перебросок, а также их числа. Чтобы решить эти задачи, необходимо комплексно рассматривать проблему промышленного транспорта, т. е. решать вопрос транспортирования на предприятии в целом. Комплексный метод решения транспортных задач на производстве позволяет значительно повысить экономическую эффективность автоматизации производственных процессов.
Повышение уровня производства и увеличение выпуска продукции с единицы производственной площади предъявляют новые требования к системам внутрицехового транспорта. В цехе развитого машиностроительного завода управление транспортными средствами требует от рабочего большой внимательности, нервного напряжения и просто сообразительности. Все это делает актуальной задачу автоматизации цеховых транспортных средств. Примером средств автоматизации транспортирования заготовок или готовой продукции в механических цехах, для подвоза деталей к рабочим местам в механосборочных цехах и т. д. могут служить автоматизированные электрокары Prontov фирмы Pianelli Traversa (рис. ХХ-1). Электрокара имеет электронное оборудование, обеспечивающее ей следование по трассе без оператора. Трасса представляет собой изолированный элек-610
трический кабель, проложенный в полу на глубине 2 см. Этот кабель является проводником электрического тока определенной частоты. Магнитное поле, получаемое таким образом, служит направляющим для электрокары. Кроме этого, при движении электрокары выполняется программа остановок, пробегов, переход на другую линию.
Выполнение требуемой программы обеспечивается системой 16 селекторов, находящихся на тележке, и постоянных магнитов, установленных в полу в местах выполнения команд. В зависимости от взаимного расположения магнитов будет срабатывать тот или иной селектор, который затем включает соответствующее реле, например, реле торможения (при остановке), реле перевода или блока приема на другую частоту (при переводе на
Рис. XX-1. Электрокара Prontov фирмы Pianelli Traversa
другую линию). Таким образом, необходимы только две частоты, чтобы
обеспечить любое необходимое число переходов с одной линии на другую, и путь электрокары может быть очень сложен. Кроме этого, могут быть остановки и переводы на другую линию вручную. На рис. ХХ-2 показан пример трассы следования электрокары Prontov. На трассе следования имеются две стрелки и три остановочные станции. На первой станции все электрокары должны остановиться. На второй и третьей станциях остановка возможна только в том случае, если селектор находится на позиции «Включен». Третья остановка может быть пунктом автоматической разгрузки и загрузки. После окончания операции загрузки или разгрузки устройство конца хода, выполняющее роль селектора, разъединяет устройство блокирования, и
электрокара автоматически отправляется по трассе.
При наличии на маршруте нескольких электрокар предусматриваются так называемые зоны блокировки, исключающие случайные столкновения. Предусмотрены устройства, блокирующие электрокару, сходящую с направляющей колеи при отсутствии питания в цепи. При наличии препятствия на маршруте приводится в действие буфер, который сразу же блокирует электрокару. Кроме этого, электрокара может иметь полностью ручное управление, а в некоторых специальных случаях — управление по радио.
Таким образом, электрокара Prontov — пример широко универсального и автоматизированного средства транспорта, которое можно с успехом исполы
Стрелка селектор №3
Рис. ХХ-2. Схема трассы следования электрокары Prontov
зовать в различных цехах машиностроительного производства.
В транспортерах системы Towveyors фирмы Pianelli-Tra-versa (Италия) непрерывная кольцевая цепь вмонтирована в пол и управляется приводной головкой. Цепь несет толкающие троллеи, закрепленные с некоторым интервалом. Транспортируемые тележки имеют шкворень, который при опускании в щель, где проходит тяговая цепь, контактирует с оче-
редкой троллеей. После этого начинается передвижение тележки. Очевидно, что просто поднятием шкворня можно также остановить тележку в любом месте по ходу цепи.
В крупносерийном и массовом производстве изготовление деталей и сборочные работы подчинены ритму потока, каждая операция выполняется в строго определенные отрезки времени, поэтому движение деталей осуществляется непрерывно или через определенные промежутки времени. Эта связь хода производства с временем обусловливает широкое применение в условиях крупносерийного и массового производства специфических транспортных средств, работающих непрерывно или имеющих пульсирующее действие.
Во многих случаях цеховой транспорт массового производства является одним из звеньев технологической цепи поточной линии, и транспортные устройства располагаются около оборудования стационарно, обеспечивая непрерывную передачу деталей от одной операции к другой.
В зависимости от массы и размеров деталей, объема производства и характера технологического процесса применяются несколько типов специальных транспортных средств. К их числу относятся скаты, склизы, рольганги и различные конвейеры: подвесной, цепной, ленточный, тележечного типа, элеваторы и др. Широкое применение в различных отраслях промышленности получили подвесные цепные конвейеры тянущего и толкающего типа.
В системах Overhead и Tow-conveyor фирмы Pianelli-Traversa (Италия) используются троллеи с двумя колесами, которые катятся по нижнему крылу двутаврового рельса. Кольцевая цепь соединяет троллеи и одновременно является тяговым звеном системы. Транспортируемый груз в системе Overhead подвешивается к троллеям посредством прицепов, конструкция которых зависит от формы груза. В системе Tow conveyor транспортируемый груз передвигается на тележках по полу; тележки связаны с тяговой цепью через прицеп.
Особенно широкое применение в промышленности получают подвесные конвейеры толкающего типа. У толкающего конвейера, в отличие от обычного подвесного, тяговая цепь не имеет крепления к тележке с транспортируемым грузом. Тележка с грузом движется по отдельному (нижнему) ходовому пути при помощи кулака-толкателя, прикрепленного к тяговой цепи, движущейся по своему (верхнему) тяговому пути. Цепь с толкателями находится над грузовой тележкой, которая может свободно включаться и выключаться из сферы действия тяговой цепи (рис. ХХ-3).
Автоматизация управления конвейерами и создание систем автоматического адресования открыли исключительно широкие области для применения толкающих конвейеров. Трасса толкающего конвейера имеет приводные пути, по которым тележка движется кулаками тяговой цепи, и неприводные, по которым тележка передвигается вручную и катится самоходом по уклону. Переход грузовой тележки с приводного пути на неприводной осуществляется при помощи выходной стрелки, а с неприводного пути на приводной — при помощи входной стрелки. В современных конструкциях конвейеров управление переводными стрелками полностью автоматизировано и осуществляется самой грузовой тележкой.
Наличие двух раздельных путей (тягового и грузового), возможность свободного включения и отключения тележки с грузом от тяговой цепи и возможность перевода ее на другие пути — важнейшие свойства подвесных конвейеров, предопределяющие их широкое и универсальное применение. Основное и решающее достоинство подвесного и толкающего конвейеров состоит в том, что они позволяют объединить в одну полностью автоматизированную систему отдельные, подчас обособленные по ритму транспортные и технологические линии. Это достигается наличием двух раздельных путей — тягового и грузового.
Рис. ХХ=3. Подвеска грузовой тележки конвейера толкающего типа с системой штифтов для автоматического адресования грузов
Ш
Толкающий подвесной конвейер позволяет в единой транспортно-технологической системе осуществить следующие операции:
1)	автоматический перевод грузов с приводного пути на неприводной и обратно при помощи выходных и входных стрелок, что делает возможным выполнение по ритму технологических операций, разделение или комплектацию размерных грузов в необходимом технологическом порядке и организацию подвижных промежуточных складов;
2)	автоматическую передачу тележек с грузами с одного приводного пути на другой (они имеют разные скорости движения и разные расстояния между грузами);
3)	передачу груза на различные отметки по высоте при помощи компактных подъемных и спусковых секций грузового пути;
4)	автоматическое взвешивание грузов на конвейере;
5)	механизированный учет количества грузов, подаваемых конвейером.
Толкающий конвейер при сохранении преимущества автоматических линий можно применять не только для массового,, но и для серийного производства. Эти и ряд других достоинств толкающих конвейеров делают возможным широкое их распространение в различных отраслях промышленности и, в первую очередь, в машиностроении.
Распределение грузов по различным грузовым путям толкающего конвейера осуществляется при помощи переводных стрелок, имеющих привод от пневмоцилиндра или электромагнита. Стрелками управляют автоматически при помощи электромеханических или электронных устройств. Простейшим электромеханическим устройством для автоматического управления стрелками и, следовательно, для автоматического адресования грузов по различным путям является система набора штифтов, действующих на специальные конечные выключатели.
Подвеска грузовой тележки имеет горизонтальную или вертикальную траверсу с отверстиями, в которые в определенном порядке вставляются штифты, воздействующие на кулачки специальных конечных выключателей управления приводом стрелки. Комбинация положения штифтов на тележке и конечных выключателей у стрелки обеспечивает каждой тележке с грузом определенный адрес перемещения.
Более сложной, но и более универсальной является система адресования при помощи перфорированных карт. Картонная перфорированная карта имеет систему отверстий, располагаемых по специальному коду. Ком
бинация отверстий обусловливает грузу определенный маршрут перемещения по трассе конвейера. Перфорированная карта с заданным адресом (т. е. с набором отверстий) вставляется в рамку-кассету, укрепленную на грузовой тележке конвейера. Тележка при своем движении на конвейере проходит ряд читающих (распределительных) устройств, управляющих стрелками (или приспособлениями для разгрузки подвесок). Читающее устройство имеет систему щупалец (читающих пальцев) или фотоэлементов, читающих перфокарту. Если заданная система отверстий в перфокарте совпадает с системой расположения элементов читающего устройства, то это устройство дает команду для включения соответствующей стрелки пути, на который должна перейти данная тележка с грузом. При помощи перфокарт подобным же способом производится автоматическая разгрузка подвесок в заданных местах.
Наряду с большими - достоинствами толкающие подвесные конвейеры имеют недостатки, которые обязательно должны учитываться проектантами и потребителями. Толкающий конвейер имеет большую высоту, чем обычный подвесной конвейер для одного и того же груза. Увеличенная габаритная высота обусловливается наличием двух путей, проходящих один над другим, и штанги для автоматического адресования. При вертикальной штанге с адресующими штифтами высота конвейера получается большей, чем при горизонтальном расположении штифтов. Большая высота особенно ощущается при проектировании толкающих конвейеров в существующих зданиях, а также межцеховых галереях. Толкающий подвесной конвейер имеет большую массу конструкций на единицу длины транспортирования, чем обычный подвесной конвейер грузонесущего типа. Это также объясняется наличием двойных путей (увеличение массы возможно в 2—2,5 раза).
Толкающий подвесной конвейер с автоматическим адресованием является машиной повышенного класса точности и сложности, и успех его работы во многом зависит от надежности и безотказности систем блокировочных устройств. Как всякая машина автоматической системы, толкающий конвейер требует более высокой культуры производства и эксплуатации, чем обычный подвесной конвейер.
§ 2. МЕХАНИЗМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО СКЛАДИРОВАНИЯ
Современное автоматизированное машиностроительное предприятие должно иметь хорошо организованное складское хозяйство. Следует отметить, что на заводских и цеховых складах материалов, инструментов, приспособлений, полуфабрикатов не выполняются никакие другие операции, кроме операций перемещения деталей или материалов. Поэтому механизация работы складов сводится фактически к механизации и автоматизации транспортных операций.
На складах широко используются различные средства механизации и автоматизации транспортных операций (подвесные, ленточные, пластинчатые конвейеры и т. д.), а также специальные штабелевочные машины и краны. Штабелевочные машины и краны предназначены для укладки в штабеля массовых штучных грузов, а также для укладки штучных грузов на полки вертикальных стеллажей или для извлечения из стеллажей лежащих там в ячейках штучных грузов.
Особую группу составляют механизмы, предназначенные для укладки грузов в стеллажи или укладки один на другой грузов типа ящиков. Для этих целей используются штабелеукладчики или штабелеры различных конструкций с вильчатыми захватами. Эти штабелеры могут иметь ручной или электрический привод, а также могут быть выполнены в виде самоходных подъемников на тележке с электрическим, аккумуляторным или другим приводом.
На рис. ХХ-4 показана электрокара Prontov, предназначенная для работы на складах. Детали уложены в специальных стеллажах, и .в зависимости от заданной программы электрокара останавливается у требуемого стеллажа и платформа с оператором поднимается к ячейке, в которой находятся необходимые детали. Оператор после выполнения операции загрузки и выгрузки подает сигнал отправления электрокары.
Широкое применение получили краны-штабелеры. Основными узлами подобного крана (рис. ХХ-5) являются мост 1 с механизмами передвижения, тележка 2 и колонна 3, прикрепленная снизу к тележке. По колонне в вертикальной плоскости перемещается тележка укладчика 4 с вильчатым захватом. Используются краны-штабелеры с ручным и автоматическим управлением. При автоматическом упра
Рис. ХХ-4. Электрокара для работы на автоматизированных складах
влении на центральном пульте с помощью
специальных переключателей крану задается «адрес», т. е. номер той ячейки стеллажа, откуда должно быть выдано хранящееся там приспособление или детали. После нажима пусковой кнопки кран автоматически выполняет все перемещения, необходимые для доставки требуемого приспособления или деталей и укладки на место пустого поддона, после чего возвращается
в исходную позицию.
Обычно в автоматических производствах склады выполняются в виде крупногабаритных загрузочно-разгрузочных устройств с запасом изделий до 24 часовой потребности. В этих складах прием и выдача изделий производится при помощи автоматической транспортной системы.
Из зарубежной практики известно, что в некоторых случаях высокомеханизированные склады оказались нерентабельными вследствие чрез-
вычайно сложного управления и чрезмерного увеличения конвейеризации, В других случаях усовершенствованные методы управления конвейерами и использование их увеличивают эффективность работ в складском хозяйстве, особенно при выдаче продукции по нарядам. Поэтому для решения вопроса о рентабельности механизации и автоматизации необходимо в каждом отдельном случае тщательно анализировать общее состояние складского хозяйства. При этом нужно обратить внимание на следующие основные положения.
1.	Материалы, занимающие наибольший объем, должны быть расположены так, чтобы максимально уменьшить путь прохождения при выдаче их со склада.
2.	Единичные изделия при доставке должны быть сгруппированы для хранения на поддонах, складских конвейерах или других соответствующих устройствах.
3.	Поддоны должны быть высоко штабелированы; хранение на конвейерах экономно лишь при многоярусной установке.
4.	На полностью автоматизированном складе должны быть только два направления движения материалов: на склад и со склада.
5.	Количество типоразмеров упаковок должно быть минимальным.
Пример современного механизированного склада фирмы VVB Takraf приведен на рис. ХХ-6. Полки этого складского помещения (здание—стеллажи) расположены непосредственно до крыши и одновременно они являются несущими конструкциями для стен и крыши, и тем самым полностью используется как высота, так и ширина здания. Здание-стеллаж при большом объеме складирования и большой высоте является экономической формой складского помещения.
При создании склада предусматривается использование в каждом проходе между стеллажами отдельного погрузочно-разгрузочного агрегата. В особых случаях может быть установлен один агрегат на несколько проходов, но тогда требуется установка дополнительного устройства для перевода агрегата из одного прохода в другой. Для всех типов агрегатов проход между стеллажами выполняется лишь на несколько сантиметров шире, чем применяемые полки или транспортная тара.
При планировке склада необходимо учитывать количество, тип, размеры складируемых изделий и транспортной тары; площадь основания склада; предполагаемую перегрузку; увязывание с изготовлением, монтажом, отправкой; возможность дальнейшего расширения склада.
Введение современных механизмов на складах позволяет сократить на 50% площади складского помещения при той же емкости, до 40 % обслуживающего персонала, до 50% времени, связанного с погрузочно-разгрузочными операциями (рис. ХХ-7). Применение современных механизмов оказывает необходимую помощь при складировании заготовок на больших 616

предприятиях, а также на малых складах при обслуживании стеллажей для перегрузки продукции в ячейки и выгрузки из них.
Механизмы обслуживания стеллажей с ручным управлением позволяют производить сортировочные работы в каждом отделении стеллажа, благодаря возможности подъема кабины на требуемую высоту. Одновременным движением подъема и перевозки можно достичь требуемой ячейки стеллажа наикратчайшим путем. Созданы механизмы обслуживания стеллажей с целевым управлением для загрузки и разгрузки ячеек. Команда задается перфокартами и может подаваться с самого механизма с центрального пульта управления.
§ 3.	АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ
Особое значение в современных условиях имеет научная организация производства и управления. Она призвана сочетать людей и технику в едином производственном процессе. Задача состоит не только в повышении'тех-нического уровня производства, широкой и всесторонней автоматизации и механизации технологических процессов, но и техническом перевооружении управления, оснащении его совершенной вычислительной техникой.
Перевооружение планово-учетных работ и управления, применение современных быстродействующих электронных вычислительных машин, разработка и внедрение автоматизированных систем управления дает новым экономическим методам соответствующую им техническую базу, ускоряет проведение плановых расчетов, разработку проектов и производственных мероприятий, сокращает трудоемкость планово-учетных работ, придает новую форму экономическому управлению — позволяет осуществить оперативное экономическое регулирование.
Новейшая электронная вычислительная техника выступает помощником человека в планировании и управлении производством. Новые математические методы и новые решения в организации производства и экономике, создание автоматизированных систем управления — все эти работы тесно связаны с кибернетикой — наукой об управлении — и являются элементами прикладной кибернетики. Таким образом, кибернетическим управлением производства называют такое управление, которое:
а)	рассматривает призводство как некоторую «большую систему», каждый элемент которой берется не только сам по себе, но и как часть большей совокупности, в которую он входит;
б)	обеспечивает оптимальное (наилучшее с точки зрения выбранного критерия) решение многовариантных динамических задач производства;
в)	использует специфические методы, выдвинутые кибернетикой (обратную связь, саморегуляцию, моделирование и т. п.);
г)	широко применяет механизацию и • автоматизацию управленческих работ на основе использования электронной вычислительной и управляющей техники.
Наиболее полным выражением кибернетического управления (применительно к производству) является комплексная автоматизированная система управления предприятием. Под ней следует понимать систему управления, использующую научно обоснованные методы управления с применением автоматических устройств для получения, передачи и переработки информации с целью обеспечения наиболее эффективного функционирования производства.
При рассмотрении структуры автоматизированного управления производством можно отметить три важнейших этапа (рис. ХХ-8). Первый этап — сбор и подготовка информации о состоянии объекта, которым управляют. Второй этап — переработка полученной информации с целью получения необходимых решений. При этом учитываются такие факторы, как 618
наименьший по длительности цикл изготовления изделия, максимальное использование ресурсов, сокращение производственных потерь и др. Третий этап -— выдача и доведение до исполнителей управляющих предписаний, команд, или, иначе, командной информации на основе полученных решений.
Реализация команд производится людьми (трудовые действия) и машинами (машинные действия). Эти действия уже не относятся к управлению, это исполнение, трудовой процесс или автоматические действия, выполняемые машинами. Следовательно, с кибернетических позиций управление — это выдача командной информации на основании решений, полученных путем переработки поступившей информации.
При выборе и пректировании систем управления предприятием боль-
Рис. ХХ-8. Схема информационного процесса
шое значение имеют такие показатели, как тип производства, размер предприятия и его специализация. Тип производства, определяемый по выпуску конечной продукции, отражает степень устойчивости всех параметров производства: в массовом производстве — наибольшая устойчивость и стабильность, в мелкосерийном и единичном — наибольшая изменчивость и нестабильность. Разные требования предъявляются, следовательно, и к технической подготовке, планированию, учету, контролю и управлению. Большое влияние оказывает тип производства на организацию работы и управления участков (рабочих мест). Он определяет, в частности, способы сбора первичной информации (автоматических или ручной), методы построения календарного плана и контроля за ходом производства и т. п.
Размер предприятия — также весьма важный показатель. Увеличение размеров предприятия усложняет управление, но расширяет возможности применения технических средств управления, автоматизированной системы обработки информации и ЭВМ. На небольшом предприятии применение этих средств может оказаться неэкономично, на крупном — затраты на них окупятся за короткий срок.
Специализация предприятий имеет несколько форм: предметная спе-циализация^предполагает выпуск собранных изделий (выступает требование комплектности); подетальная—выпуск узлов и главным образом монолитных изделий (деталей, инструментов и т. п.); при технологической специализации осуществляются лишь отдельные операции обработки. Это, естественно, накладывает отпечаток на методы планирования и управления и может рассматриваться как существенный, но не основной
признак.
В мелкосерийном и единичном производстве процесс производства распадается в основном на четыре фазы: конструирование изделия, разработка технологии, планирование производства и изготовление. В серийном и массовом производстве число фаз резко возрастает и доходит до десяти: проектирование опытного образца, разработка его технологии, планирование его изготовления и, наконец, изготовление опытного образца, корректировка чертежей, составление рабочего проекта конструкции, разработка технологии серийной машины, планирование изготовления опытной машины, изготовление опытной серии и внесение необходимых изменений в технологию производства; последний этап — планирование массового производства, массовое производство.
В таких отраслях промышленности, как металлургическая, химическая, возможно главным образом технологическое управление и в меньшей степени организационное. В машиностроении преимущественно применяется организационное управление. Организационная система управления должна предусматривать всю технологию работы по управлению производством в условиях автоматизации процесса сбора, переработки, вывода информации и использования полученных данных для управления.
Создание совершенной системы организационного управления требует решения ряда задач. Наиболее важные из них: изучение и систематизация выполненных операций, выбор структур подсистем (проектирования, материальной подготовки, организационно-трудовой подготовки, обслуживания, реализация и собственно производства или основного производства) и экономически целесообразных областей их применения, обоснование и выбор структуры руководящих органов, опеределение их функций, прав и обязанностей.
Проектирование автоматизированных систем управления проводится по следующим этапам.
1.	Техническое задание. Дается краткая характеристика объекта и соображения по улучшению управления на предприятии. Приводятся данные о ритмичности производства, о простоях оборудования, потерях в производстве и т. д. Задание должно зафиксировать фактическое положение до внедрения АСУП и поставить конкретные задачи по улучшению состояния дел на предприятии. Задание разрабатывается заказчиком или с помощью организации-исполнителя.
2.	Проектное предложение (эскизный проект). Должны быть сформулированы предложения и дан перечень функций, подлежащих автоматизации и улучшению методов управления. Определяется характер АСУП (информационная система «справочная», «советующая» или управляющая), увязываются между собой такие важные стороны АСУП, как функциональные, организационно-экономические и математические способы решения задачи и возможные технические средства управления. Разрабатываются организационно-технические требования на средства вычислительной техники и производится выбор ЭВМ и других вычислительных машин. Разрабатываются технические задания на проектирование вычислительного центра, на общую структуру АСУП и другие проекты.
3.	Технический проект. Включает решение следующих задач:
а)	нахождение методов и алгоритмов решения сложных оптимальных задач;
б)	уточнение подсистемы информационных потоков и подробная разработка организации нормативного хозяйства, т. е. хранения нормативносправочной информации с оптимальной организацией ее массивов;
в)	разработка эскизного и технического проекта на средства управления с изготовлением макетов и экспонатов (лабораторных, экспериментальных).
На данном этапе окончательно определяются стоимость, сроки разработки и внедрения всех локальных подсистем. Приводится перечень мероприятий по подготовке объекта к внедрению АСУП.
4.	Рабочий проект. Включает создание всех рабочих программ разработки информации и инструкции, по которым должна вестись работа в АСУП, в них конкретизируются режимы работы, операции и процедуры, выполняемые как управленческим персоналом, так и комплексом устройства АСУП. Производится разработка машинных алгоритмов и программ для ЭВМ, их отладка и доработка в соответствии с результатами испытаний. Заканчивается проектирование вычислительного центра, осуществляются все строительные и монтажные работы и ввод вычислительного центра в эксплуатацию, разрабатываются рабочие проекты опытных образцов и производится их изготовление.
Цех сворки тракторов
Механо •-	Заготовитель ные
с дородные
цехи.
цехи
Рис. XX”9. Блок-схема автоматизированной системы управления
5.	Внедрение. Завершающий этап по созданию АСУП. Производится полная отладка и проверка всех технических средств, технологии ввода и обработки информации. Следует отметить, что вначале целесообразно провести опытное внедрение на одном из участков цеха.
В качестве примера рассмотрим опыт разработки и внедрения автоматизированной системы управления производством на Минском тракторном заводе. Автоматизированная система управления (рис. ХХ-9) и подсистем управления цехов основного производства: сборочных, с конвейерной сборкой изделия; механосборочных, с поточно-массовым характером производства; механических, с серийным характером производства; литейных; штамповочных.
В "составе подсистемы межцехового управления решаются следующие задачи: расчет подетальных планов производства; расчет планов материально-технического снабжения; планирование и управление технической подготовкой производства новых изделий; планирование и учет межцеховых поставок; оперативный учет и анализ выполнения плана запчастей; оперативный учет поступления готовой продукции на склад сбыта; расчет плана поставок экспортной продукции в номенклатуре и объеме по заказ-нарядам; расчет подетальных, нормативных затрат на изделие по цехам и заводу и другие.
В составе .подсистем цехового управления решаются задачи: оперативнокалендарное планирование, учет хода производства, оперативное регулирование, учет простоев оборудования, учет режущего инструмента, учет брака.
Автоматизированная система управления базируется на применении электронно-вычислительных машин типа «Минск-22» и устройств: автоматического регистратора производства — АРП, предназначенного для централизованного сбора и регистрации информации о количестве изготовленной продукции и времени простоев оборудования и обеспечивающего вывод информации диспетчеру и на перфоленту для последующей обработки ее на ЭВМ; устройства «Ввод», предназначенного для сбора данных в производственных подразделениях с выводом этих данных на перфоленту.
Одновременно с разработкой проектной и технической документации на заводе проводились работы по подготовке ^предприятия к функционированию в условиях АСУ; организован информационно-вычислительный центр завода; проводится работа по упорядочению планово-учетной, конструкторской, технологической и другой документации; проведены и проводится переподготовка управленческого персонала, работающего в условиях АСУ; созданы специальные подразделения по эксплуатации технических средств системы. Опробование и внедрение отдельных частей системы на заводе осуществлялось параллельно с ее разработкой.
В числе внедренных подсистемы управления кузнечного, механического и сборочного цехов, в составе которых автоматизирован сбор первичной информации с обработкой ее на ЭВМ.
Более подробно рассмотрим применение АСУ для цеха механических ковочных прессов кузнечного корпуса. Цех механических ковочных прессов (МКП) является в значительной мере типичным для машиностроительных предприятий. Он обеспечивает поковками обрабатывающие механические цехи с последующей передачей деталей на сборочные участки, линии и главный конвейер, а также с выпуском их как запасные части и для кооперации. Характер производства крупносерийный.
На рис. XX-10 представлена структурная схема АСУ цеха МКП. На рисунке справа и в середине показана подсистема сборки и предварительной обработки, преимущественно количественной информации. Ее образует комплекс устройств автоматического регистратора производства (АРП), в который входят пульты рабочего места (ПРМ), получающие сигналы от датчиков Д, и центральное устройство (ЦУ). Слева на рис. ХХ-10 показана подсистема «Ввод», предназначенная для сбора, главным образом, постоянной и частично переменной количественной информации. Вверху показана подсистема переработки информации, представленная ЭВМ «Минск-22» с устройством ввода перфоленты и выдачи информации и результатов расчетов на печать (АЦПУ). ЭВМ оснащена набором специальных программ
Рис. XX’10. Структурная схема АСУ цеха механических ковочных прессов
обработки информации, а также обслуживающими программами для контроля, компоновки и сортировки поступающей информации. Подсистемы сбора и «Ввод» размещены непосредственно в цехе, а подсистема переработки информации находится в вычислительном центре завода. Для обмена информацией в качестве специальных носителей используются перфоленты (из цеха на ВЦ) и выдаваемые ЭВМ табуляграммы (передаваемые на ВЦ в цех).
Действие АСУ можно проследить по рис. ХХ-11. Рабочий приходит в цех, опускает в устройство «Ввод» пластмассовый жетон с отперфориро-ванным табельным номером. Мастер с помощью наборной кассеты подбирает состав бригады. Он вставляет в кассету вкладыши с отперфорирован-ными табельными номерами рабочих; на самой кассете отперфорирован номер агрегата. Номер детали и номер операции могут быть набраны с помощью кассеты либо указаны на жетоне. Кассета (или жетон) вставляется в устройство «Ввод».
При нормальной работе оборудования от датчиков поступают импульсы счета, которые передаются на пульт рабочего места (ПРМ) и в центральное устройство (ЦУ) АРП. Накапливаемая здесь информация может быть в любой момент выведена на электрифицированную пишущую машинку для использования диспетчером цеха или участка, либо отперфорирована с помощью ленточного перфоратора, после чего перфолента передается на ВЦ завода. Если возникает опасность остановки оборудования по той или иной причине, рабочий нажимает одну из клавишей ПРМ, соответствующую номеру службы — виновника возможного простоя, и посылает сигнал, в результате которого на табло службы подсвечивается (мигает) номер простаивающего станка. Подача сигнала может быть прекращена работником службы только4 после его прихода на рабочее место.
Если простой уже возник, рабочий подает сигнал простоя, и на табло светится (уже без мигания) номер соответствующего станка. Во время простоя не поступают импульсы от автоматических датчиков на прессе (молоте). Если при этом рабочий не нажмет ни на одну из клавишей, на которых перечислены причины простоя, то виновником будет считаться рабочий, на его счет и будет отнесена вся стоимость простоя.
Заметив сигнал, работник службы (слесарь, энергетик, электромонтер и т. п.) приходит на рабочее место, включает клавишу начала обслуживания и устраняет неполадку. Об окончании простоя свидетельствует поступление импульсов счета деталей с датчика. Клавишу ПРМ возвращают в нейтральное положение, и сигналы на табло гаснут. Если же вспомогательная служба своевременно не ответила на сигнал, то начинает работать дополнительный контур управления; зажигаются сигналы цеховых табло у мастера и у диспетчера, которые включаются в ликвидацию неполадки. Вызов нужного работника может осуществить диспетчер с помощью поисковой системы с индивидуальным радиовызовом. Таким образом, подключение этого контура служит гарантией нормального функционирования системы управления.
При разработке АСУ для остальных цехов Минского тракторного завода — сборочного с конвейерной сборкой изделий, механо-сборочных с поточными линиями, механического с серийными участками (автоматный цех), заготовительных цехов (литейных, прессовых и т. д.) ставилась задача в наибольшей степени унифицировать применяемые технические средства. В основном предусматривается применять те же средства, что и рассмотренные выше для кузнечного цеха.
Большой интерес представляет метод планирования, разработанный на Новочеркасском электровозостроительном заводе (НЭВЗ). Наиболее подходящая область применения данного метода — серийное производство. Этот метод можно свести к трем основным положениям:
1)	разнообразная номенклатура выпускаемой продукции приводится к одному показателю—к условному изделию (комплекту) или к суткокомплекту;
624
а вручную
0—@
Вид драка
ни ЕН
Прием и сдача заготовок
Контроль ОТ К и сдача детали^
Рабочее место
Время Вводится автоматически
№ детали
Лдрес получателя Та б. № сдал Та б. № принял
Беспроводная поисковая связь со вспомогательной службой
к отечество - ручным клавишным набором
Рис. XX-11. Общая схема АСУ цеха механических ковочных прессов
Н° оборудования N ° детали
Табельный №
Табельный № Табельный Л/° Количество -ручным клавишным набором
Табельный учет
ЛК детали
Адрес отправителя Та б. № сдал Та б. № принял
Количество -ручным клавишным набором
Оператор цеха
анОвкиЫР^
передаем
Вызов наладчика с указанием номера оборудования
Вызов ремонтника с указанием номера
^оборудования
беспроводная поисковая связь со службой наладки
Сигнал начала и окончания простоев оборудования по причинам
Сигнал учета изготовления деталей.
наладка оборудования
Вспомогательные службы
Виновник
контролера
2)	путем снятия с оперативного учета нормативного задела, представляющего собой опережение данного подразделения относительно сборки, выраженное в днях обеспеченности, все производственные подразделения работают как бы непосредственно на сборку в едином темпе, по единому сквозному графику;
3)	контроль за выполнением единого сквозного графика и оперативное регулирование производится на основе картотеки (так называемой картотеки пропорциональности).
Организационной моделью децентрализованной системы планирования и управления является допущение, что весь завод, со всеми производственными цехами и участками, представляет собой конвейер по выпуску изделий одного типа. При этом производство идет относительно равномерно, с колебаниями заделов в заданном интервале значений. Задача состоит в том, чтобы не допускать снижения задела против установленного уровня.
Так как завод, как правило, выпускает ряд изделий, то необходимо все эти изделия привести к одному измерителю. Для этого вводят понятие «условного изделия», понимая под ним базовое изделие, имеющее наибольший объем выпуска. На него «навешивают» изготовление всех деталей и узлов, выпускаемых заводом и цехами. Во многих случаях вместо условного изделия удобнее применять понятие «суткокомплект». Оно обозначает количество данных деталей, которое должно быть выпущено в день для укомплектования сквозного графика выпуска.
Новочеркасский метод как система возник в первую очередь для непрерывного оперативного регулирования хода производства. При создании системы стремились избежать сложных расчетов подетального планирования (расчета программ, размеров партий, ритмов и т. п.). «Регулировочным узлом» в системе является обычная картотека (картотека пропорциональности), находящаяся на каждом участке у мастера. В ней по вертикали расположены все станки, а по горизонтали имеется столько ячеек, сколько дней в планируемом периоде (обычно 75, по числу дней в квартале). В верхней части картотеки размещается единый сквозной график. График состоит из двух строк. Первая — календарь дней, вторая — количество (нарастающим итогом) условных изделий, которое должно быть выпущено с начала периода на каждый день (первой строки). В зависимости от того, по какое число, или иначе говоря, по какой номер выпускаемого заводом изделия произведено укомплектование деталью, выпускаемой с данного станка, в соответствующую ячейку кладется учетная карта данной детали. В учетной карте имеются все нормативные данные, и в частности, сколько деталей входит в комплект на одно условное изделие. Кроме того, в карте ведется запись количества изготовленных деталей по каждой партии. Разложенные в картотеке карты на каждый момент времени показывают, по каким деталям производство обеспечивается на длительное время, а также на сколько дней отстает изготовление данной детали от единого сквозного графика.
Картотека пропорциональности дает наглядную, отсортированную информацию о ходе производственного процесса. По ней очень удобно определять очередность запуска деталей. Наличие картотеки позволяет при постоянно возникающих отклонениях от намеченного плана проведения работ оперативно менять задания без обращения к какому-либо дополнительному источнику информации. Таким образом, руководители производства имеют возможность непосредственно на рабочих местах регулировать ход производственного процесса.
На заводе организован вычислительный центр с двумя электронными машинами «Минск-22». Для решения вопроса о наиболее целесообразном методе сбора первичной информации и вводе ее в ЭВМ на заводе одновременно опробоваются три различных варианта.
На рис. XX-12 представлена общая схема АСУП с тремя вариантами ввода информаций в ЭВМ и с перечнем основных табуляграмм, выдаваемых ВЦ завода.
Вариант 1. Результаты приёмки каждой изготовленной партии деталей оформляются на отдельной перфокарте, с использованием ручного перфоратора упрощенной конструкции. В соответствии с результатами приемки контролер переносит на 45-кол онную перфокарту переменные признаки: вид оплаты, табельный номер рабочего, шифр детали, число годных деталей (необходимые сведения берутся с учетом карты, находящейся в картотеке). Предварительно на перфокарте пробиты постоянные признаки: число, месяц, цех, участок, смена. Карты передаются на ЭВМ, где производится расчет номера нового укомплектованного изделия. Последний вручную записывается в учетную карту.
Вариант 2. Механизация и частичная автоматизация процесса обработки участковых картотек и подготовка первичной информации к ее дальнейшей переработке на ЭВМ производится с использованием устройства «Луга-НЭВЗ». Оно представляет собой автономное локальное устройство, которое может применяться и тогда, когда на заводе отсутствует ЭВМ. Это устройство позволяет обрабатывать карточки и одновременно накапливать всю информацию на перфоленте. Вставленная в телетайп и переданная по абонементной сети или пересланная с нарочным в ВЦ кустового центра или другого предприятия, где имеется ЭВМ, такая перфолента с информацией может быть быстро обработана. Таким путем могут обслуживаться все небольшие и средние предприятия, не имеющие ЭВМ.
Вариант 3. Этот вариант автоматизации основан на передаче информации по линиям телефонной связи и включает телеграфный аппарат, телефонный аппарат со световой панелью и кодирующее устройство. Исходная информация с участка передается на ЭВМ посредством телеграфного аппарата с одновременным выпечатыванием контрольной ленточки. С помощью автоматизированной системы управления, разработанной на НЭВЗ, можно осуществлять расчет подетальных планов и величины условных суткоком-плектов; расчет загрузки оборудования; расчет потребности в рабочей силе; оперативный учет производства; оперативное ведение карточек на складах; учет поступления материалов в цеха; учет труда и заработной платы; технико-экономическое планирование.
На основе информации, вводимой в «Минск-22», ведется ежедневная обработка различных сведений и выдаются следующие документы (табуляграммы) по оперативному учету производства:
а)	сводка по участку о выработке каждого рабочего за сутки и с начала месяца в рублях и нормо-часах (для использования мастером);
б)	сводка по учету об обеспеченности (в условных единицах) по каждой детале-операции с указанием количества сданных деталей (для использования мастером);
в)	сводка старшему мастеру о начисленной заработной плате рабочим по профессиям и по участкам;
г)	сводка для начальника цеха о выпуске товарной продукции по участкам за день и с начала месяца с отклонениями от плана;
д)	сводка по цеху об обеспеченности сдачи деталей (в условных единицах);
е)	сводка начальнику цеха по заработной плате;
ж)	сводка по обеспеченности и количеству сданной продукции;
з)	сводка о состоянии комплектации (на 1-е число месяца).
В системе Новочеркасского завода функция регулирования тесно переплетается с оперативным планированием и даже доминирует над ним. Происходит непрерывное выравнивание и регулирование хода производства на основе данных карточек и табуляграмм. В итоге планирование на короткие отрезки времени (т. е. определение каждый раз работ, которые должны быть запущены в обработку в первую очередь) непосредственно смыкается 626
Отсчета по труду
Участковая картотека
Сводка _________
обеспеченности
Табуляграммы
Товарной продукци
^Директивный план Нормативы
Заработной платы J______по цеху
Обеспеченности по цеху
Табуляграммы
"J Участковая I картотека
Ручной перфоратор
УПИТ
Устройство ЛУГА-Н383 Оборудование
Рис. XX-12. Общая схема на Новочеркасском электровозостроительном заводе
Цеховая картотека
Отсчета о выполнении] __ норм выработки
Платежной 1------’
ведомости
Ведомость 1~ удержаний
Сводка мастеру о выработке
Сводка по зарплате
вариант

Вариант №2
Заводоуправление
Табуляграммы
Сводной ведомости по заработной плате________
Сводной ведомости удержаний t
Сводной ведомости Н начисления заработной 1 ________платы
Отчета о выплате
пособий
Производственный отдел
Табуля граммы
по цехам Задолжности материала
Участковая картотека
с регулированием, становится суммой непрерывно выполняемых действий на основе принятия каждодневных оперативных решений. Эта особенность системы и дала повод назвать ее системой непрерывного оперативного саморегулирования.
Внедрение электронно-вычислительной техники и комплекса технических средств, обеспечивающих автоматизацию отдельных операций, функций и в целом процесса управления, является прогрессивным на данном этапе коммунистического строительства. Автоматизация процесса управления требует определенных капитальных затрат на проектирование, создание и внедрение технических средств, а также текущих эксплуатационных расходов по обслуживанию системы управления. Поэтому при создании автоматизированной системы управления на конкретном предприятии следует выявить необходимость и целесообразность капитальных затрат для проведения данных работ.
Экономическая эффективность АСУП на базе ЭЦВМ обеспечивается за счет следующих факторов:
а)	высокая скорость выполнения операций по сбору, передаче, обработке и выводу информации, обуславливаемая высокой производительностью автоматических средств;
б)	применение более современных методов планирования, позволяющих оперативно решать задачи по выбору оптимального для данных условий варианта плана;
в)	непрерывный оперативный контроль за ходом выполнения плана на основе получения своевременной, полной и достоверной информации о состоянии производства, запасах сырья, материалов, готовой продукции и т. д.;
г)	повышение качества учета, планирование контроля и регулирование путем увеличения исходной информации. Комплексная централизация обработки исходной информации обеспечивает повышение качества выполнения всех функций управления;
д)	улучшение системы информации на предприятии путем более тесной увязки всех применяемых в учете и планировании показателей, устранения дублирования и преднамеренного искажения информации, введения единой системы расчетов и форм документации, сокращения продолжительности учетных периодов и сроков составления планов и отчетов.
Следует отметить, что основным условием получения эффективности автоматизации управления является решение определенного комплекса задач, всесторонне охватывающих различные стороны хозяйственной деятельности предприятия. Однако комплексный подход к проектированию АСУП вступает в противоречие с тем фактом, что процесс внедрения автоматизации управления непрерывно связан с процессом функционирования предприятия. Невозможно остановить производственный процесс ради внедрения новой системы управления. Поэтому в процессе внедрения неизбежны определенные этапы развития и переходный период от старой системы управления к новой, автоматизированной. Сущность этого перехода заключается в применении принципа развития от локального комплекса (план-минимум по автоматизации управления) к полному (план-максимум по автоматизации управления). При таком подходе внедрение АСУП представляется как поэтапный процесс, сочетающий в себе элементы локального подхода в вопросах внедрения первоочередных задач с идеологией комплексного охвата всех сторон административно-хозяйственной деятельности предприятия.
§	4. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ
Залогом успеха комплексной автоматизации производства является прежде всего создание автоматических систем управления технологическими процессами (АСУТП) на базе ЭЦВМ. Их широкое использование в цеховых 62S
условиях непосредственно для управления рабочими машинами и системами машин является также одной из тенденций развития комплексной автоматизации и средством революционного преобразования конструкций и компоновок рабочих машин. Если все традиционные системы управления (упорами, копирами, кулачками) решают лишь задачи управления работой машин по жестко заданной программе, то системы программного управления с использованием ЭЦВМ позволяют и автоматизировать процесс подготовки производства, что имеет решающее значение в условиях серийного и массового быстросменяющегося производства.
Постановка и решение задач комплексной автоматизации, прежде всего автоматизации управления (сбор и анализ оперативной информации о состоянии производства, наличие материалов и полуфабрикатов и т. д.), ни в коей мере не уменьшает значимости автоматизации технологических процессов, создания новых высокопроизводительных процессов обработки и конструкций автоматов и автоматических линий. Именно прогрессивность технологии и конструкций машин определяет технико-экономический потенциал любого производства. Совершенство системы управления этим производством определяет лишь степень реализации этих возможностей.
На рис. ХХ-13 показана схема комплексно-автоматизированного участка фирмы Monforts (ФРГ). Она включает в себя технологическую систему станков-автоматов Л, транспортно-загрузочную систему Б и комплекс
Рис. XX-13. Схема комплексно-автоматизированного участка:
А — технологическая система независимых станков-автоматов; Б — транспортно-загрузочная система; В — система управления; 1 — блок ввода исходных данных; 2 — блок анализа конструкций; 3 — блок калькуляции стоимости; 4 — блок составления маршрута обработки; 5 — блок программирования; 6 — блоки кодирования информации; 7 — блок сверки данных; 8 — электронная цифровая вычислительная машина; 9 — блок выдачи заданий; 10 — блок расчета процесса обработки; 11 — рабочий протокол; 12 — печатающий аппарат; блок управления станками с программным управлением; 13 — блок управления транспортно-загрузочными и зажимными механизмами; 14 — блок управления зажимными механизмами; 15 блок управления подачей заготовок
управляющих устройств, включающий в себя вычислительную машину В, На рис. XX-13 показана система из шести станков токарного и сверлильного типа. Каждый токарный автомат имеет две позиции, одна из которых является загрузочной, что позволяет совместить загрузку и закрепление, а также разжим и съем изделий с обработкой и тем самым сократить общую длительность рабочего цикла. Станки снабжены магазинами инструментов, автоматическая замена которых также осуществляется по программе, задаваемой системой управления участком. Кроме того, программируется бесступенчатое регулирование режимов обработки в результате применения бесступенчатого привода с электродвигателем постоянного тока. Применение унифицированных зажимных патронов позволяет обойтись без переналадки зажимных механизмов при переходе на обработку других изделий и тем самым автоматизировать даже единичное производство. Этими же возможностями обладает транспортно-загрузочная система, которая обеспечивает любой маршрут межстаночной транспортировки обрабатываемых изделий в соответствии с программой, задаваемой блоками управления.
Система программного управления В выполняет-функции не только непосредственного управления агрегатами, но и прежде всего подготовки программы обработки (автоматического программирования) по входным данным обрабатываемых изделий (размеры, технические требования, производственная программа, последовательность запуска и т. д.). При этом если на обработку поступают изделия, уже бывшие в обработке, данные поступают непосредственно в вычислительную машину. Для вновь поступающих изделий производится калькуляция и составление маршрута обработки.
Примером одной из первых в мировой практике программных систем для обработки деталей типа тел вращения служит комплекс Rota-F-125NC, созданный станкостроительным комбинатом им. 7 октября (ГДР). В эту систему входят семь станков: один токарный, три токарно-револьверных, два вертикально-фрезерных и один круглошлифовальный; все станки с цифровым программным управлением. Эти станки имеют круговое расположение под поворотным центральным магазином 1 (рис. ХХ-14), с которым их
Рис. ХХ-14. Компоновочная схема автоматизированного комплекса Rota-F-12 5NC:
/ автоматический магазин деталей (/ — IX — номера накопителей); 2 — вертикальные транспортеры для подачи деталей к станкам; 3 — пульт управления; 4 — автоматический захват
Рис. XX’ 15. Захват транспортера
Рис. XX-16. Кулачковый патрон первичного зажима заготовки
связывают вертикальные транспортеры 2 с подвижными «загрузчиками» (рис. ХХ-15).
Магазин заготовок имеет диаметр 5 м и состоит из девяти кольцеобразных накопителей, которые могут вращаться независимо друг от друга. Таким образом, каждому из семи станков, а также загрузочной и разгрузочной станциям соответствует одна секция магазина. Емкость магазина 9x60 = = 540 заготовок.
Данная система позволяет одновременно обрабатывать несколько серий однотипных деталей. Для обеспечения единой системы зажима на станках и транспортирования заготовки устанавливаются в двух-, трех-, четырех- или шестикулачковые прецизионные зажимные патроны (первичный зажим), имеющие единые наружные размеры, исключающие деформацию деталей; шестикулачковый патрон первичного зажима заготовки показан на рис. ХХ-16. Благодаря применению четырех различных патронов обеспечивается зажим наружных поверхностей диаметром 10—138 мм и внутренних диаметром 28—124 мм.
При повторном зажиме обрабатываемых деталей на станках обеспечивается точность установки по окружности порядка 20 мкм. Эта величина может быть уменьшена до 5 мкм благодаря юстированию с помощью установочного винта.
На станках с цифровым программным управлением обработка производится геометрически точными резцами с автоматической сменой инструментов.
Программная система Rota-F-125NC обеспечивает:
а)	свободный выбор типа станков и их количества в зависимости от состава серий обрабатываемых деталей;
б)	независимую друг от друга обработку нескольких серий деталей в одно и то же время;
в)	гарантированное счетно-вычислительными приборами программирование станков, входящих в систему;
г)	гарантированную счетно-вычислительными приборами оптимизацию технологической обработки детали за определенный отрезок времени.
За пределы системы выносятся такие ручные операции, как зажим заготовок в шестикулачковых патронах (первичный зажим), предварительная установка необходимых режущих инструментов и контрольных приборов в приспособления. Заготовки, закрепленные в первичном зажимном патроне, вручную устанавливаются на транспортер емкостью 30 заготовок, что соответствует средней величине серии, и перемещаются к загрузочной или разгрузочной станции, где заготовки с помощью вертикально движущейся со скоростью 30 м/мин зажимной цанги укладываются в соответствующую секцию магазина. Одновременно готовые детали вынимаются из центрального магазина и укладываются в транспортер. Таким образом осуществляется автоматический цикл движения определенного числа заготовок к центральному магазину и соответственно готовых деталей от него.
При поступлении сигнала о начале обработки в загруженную секцию магазина от одного из семи станков данная секция магазина получает быстрый поворот и детали перемещаются к соответствующему станку. Далее заготовка с помощью зажимной цанги загрузчика вынимается из центрального магазина и подается на обработку к станку. Заготовка, установленная в первичном патроне, центрируется и зажимается во вторичном зажимном устройстве на шпинделе станка. После обработки заготовки на станке готовая деталь с помощью зажимной цанги загрузчика возвращается в секцию центрального магазина.
Время замены заготовок на станке составляет 12 с, время выборки заготовок из средней секции магазина — 32 с. После обработки на других станках готовые детали поступают опять к загрузочно-разгрузочной станции и далее транспортером подаются к разжимной станции. После ультразвуковой очистки готовые детали освобождаются вручную из первичного зажимного устройства и транспортируются из автоматизированной системы станков. Эта система станков очень универсальна и позволяет производить различные виды работ: токарную обработку, нарезание наружных и внутренних резьб, сверление, развертывание и т. п., фрезерование концетрических и других форм, шлифование плоских и цилиндрических поверхностей в различных комбинациях.
Технологический процесс работы системы Rota-F-125 NC включает в себя следующие этапы:
1)	разделение прутка на заготовки вне системы и удобная для захвата укладка заготовок;
2)	механизированный зажим заготовок вне системы для сокращения простоя станков и повышения качества зажима (первичный зажим);
3)	механизированная транспортировка заготовок в первичном зажимном устройстве от зажимной станции до системы станков;
4)	автоматическая загрузка и разгрузка центрального магазина заготовок;
5)	выбор и предварительная установка необходимых для обработки на каждом станке инструмента и контрольных приборов;
6)	накопление заготовок, находящихся в первичном зажимном устройстве, и автоматическая транспортировка заготовок в предварительно установленное время к станку и автоматическая загрузка станка;
7)	автоматическая обработка заготовок с любой комбинацией последовательности станков в соответствии с технологическими требованиями наиболее полной загрузкой каждого станка;
8)	100%-ная автоматическая проверка деталей при обработке на шлифовальном станке и частичная проверка при обработке геометрически точными резцами на других станках;
9)	свободное перенесение промежуточных процессов, не осуществимых в системе, например, термическая обработка, на любое время.
Система станков Rota-F-125 NC обслуживается четырьмя рабочими за смену: двое рабочих для наладки станков системы и контроля за ними; 632
один рабочий на зажимной станции для зажима заготовок в первичном зажимном устройстве, для освобождения заготовок из зажимного устройства, для обслуживания загрузочных и разгрузочных станций центрального магазина заготовок; один рабочий занят подбором программ для станков, перфолент и чертежей, а также для подготовки инструмента и контрольных приборов.
Для осуществления возможно более полной загрузки системы, т. е. обеспечения наименьшего простоя системы во время обработки и переналадки с одной серии на другую, необходимо, чтобы:
1)	время переоснащения устройств для автоматического потока деталей при переналадке на обработку новой заготовки было минимальным;
2)	время автоматической замены готовой детали на заготовку в станках было минимальным, так как это время непосредственно переходит в штучное время;
3)	вся обрабатываемая серия деталей должна помещаться в магазине, т. е. мощность магазина должна быть достаточной; станки не должны мешать друг другу при обработке;
4)	время транспортировки готовых деталей от станка к магазину и заготовок от магазина к станку должно быть по возможности минимальным, при этом обязательно меньше, чем время обработки заготовки на станке.
Для управления работой системы станков Rota-F-125 NC было разработано счетно-решающее устройство MSC (Maschine-System-Control). Устройства управления и контроля задают момент загрузки отдельных станков, дают истинную оценку состояния обработки и производят корректирование текущего технологического процесса. Система MSC находится в постоянной связи с системами для загрузки станков, загрузочных и разгрузочных станций, магазина заготовок и отдельных станков системы; организует согласованную во времени работу этих устройств; направляет и контролирует автоматический поток заготовок; обеспечивает возможность соединения каждого станка системы с любой секцией магазина. Последовательность таких соединений и их число могут быть различны. В системе станков Rota-F-125NC возможно получить 72 варианта соединений.
В отличие от уже известных поточных линий система станков работает с несколькими рабочими циклами. Рабочих циклов столько, сколько станков в системе. Автоматические устройства управления позволяют выравнивать технологически обусловленные различия между циклами и сокращать время простоя до минимума.
Для контроля за состоянием обработки на каждом станке после изготовления детали в счетчик деталей поступает импульс. После обработки (п — 2) заготовок через распределитель сигналов на загрузочное устройство станка и привод магазина заготовок подается сигнал. Загрузочное устройство переходит на самоуправление обработкой последних двух заготовок, в то время как секция магазина заготовок возвращается в исходное положение (см. рис. ХХ-14). После окончания обработки последней заготовки серии еще сохраняющаяся сигнальная связь с магазином заготовок используется для того, чтобы послать счетчику сигнал об окончании обработки. Через 0,1 с эта связь прерывается. Станок и секция магазина готовы к процессу обработки с новыми условиями, выбор которых осуществляется посредством сигнала станка на центральный пульт управления.
Таким, образом, система MSC обеспечивает полное автоматическое управление работой всех станков и устройств, входящих в программную систему станков Rota-F-125NC.
Принципы, положенные в основу системы Rota-F-125NC, получили дальнейшее развитие в комплексно-автоматизированной системе Rota-FZ-200 (см. рис. 1-17 и ХХ-17). Система предназначена для обработки цилиндрических зубчатых колес со следующими параметрами: наружный диаметр
0$
Рис. XX-17. Технологическая система производства Rota-FZ-2 00:
1 — транспортно-подъемное устройство; 2 — устройство периодического перемещения с подъемным механизмом; 3 — магазин-накопитель; 4 — пульт управления подсистемой; 5 — вычислительный центр; 6 — промежуточный магазин-накопитель; 7 — встроенный станок; 8 — перегружатель; 9 — электрошкаф; 10 —- дополнительный пульт управления станком
60—200 мм; длина ступицы 12—100 мм; ширина зубьев 12—70 мм; модуль 1,5—4 мм; угол наклона зубьев 0—15°; диаметр отверстия 18—90 мм; размер партии — более 10 шт. В процессе изготовления может производиться термическая обработка зубчатых колес.
Автоматическая система позволяет выполнять следующие технологические операции: полная токарная обработка деталей; фрезерование, сверление и растачивание элементов контура деталей; шлифование отверстий, торцов и т. д.; протягивание внутренних профилей; фрезерование зубьев, фрезерование торцов зубьев; шевингование и шлифование зубьев; контроль; промывка и консервирование. Технологическая система спроектирована из связанных между собой подсистем, имеющих до 8 позиций.
Магазины-накопители 3 предназначены для складирования промежуточных накопителей 6 и выполнены продольными. Каждый магазин накопитель имеет два этажа и 12 мест. Нижний этаж находится на одинаковой высоте с местом для установки четырех промежуточных накопителей на устройстве периодического переключения. Таким образом, требуется минимальное количество позиций по высоте транспортно-подъемного устройства I, Магазины-накопители расположены с обеих сторон параллельно направлению транспортировки деталей.
Компоновка магазинов-накопителей позволяет применять их в качестве входных, промежуточных или конечных. В зависимости от назначения и требуемого количества мест они могут быть расширены в вертикальном и горизонтальном направлениях. Частично места в магазинах-накопителях доступны для разных средств транспортировки с двух противоположных сторон. Это дает возможность при разрыве технологического процесса, например в случае термической обработки, возникновения брака, при дополнительной обработке вне системы или для загрузки отдельных позиций, по желанию загружать и разгружать детали.
В промежуточный накопитель 6 устанавливаются на переналаживаемые устройства по 24 или 48 деталей. Он является тем транспортным средством, которое транспортирует детали по технологической системе соответственно заданной программе. Кроме того, они дают возможность сохранять партии деталей. Вне системы возможна транспортировка деталей на промежуточных накопителях для необходимой загрузки и разгрузки, для контроля, для отвода брака и пр. После установки на устройстве 2 периодического перемещения они обеспечивают с подъемным магазином постоянное положение относительно перегружателя.
Транспортно-подъемное устройство 1 предназначено для транспортировки промежуточных накопителей внутри подсистемы, загрузки изделий в станки и в магазины-накопители. Управляется устройство автоматически с пульта управления подсистемой Р, но возможно и управление от руки.
Устройство периодического перемещения с подъемным механизмом 2 транспортирует промежуточные накопители с места ожидания через место обработки к месту готовых деталей. С помощью подъемного механизма каждая деталь, находящаяся на одном из трех этажей промежуточного накопителя, устанавливается в определенное положение ^относительно перегружателя 8. Перегружатель 8 предназначен для транспортировки деталей от промежуточного магазина-накопителя к станку или к устройству загрузки деталей на данном станке.
Все станки 7, встроенные в автоматическую систему, оснащаются специальными устройствами и узлами (перегружателем, устройством для периодического переключения магазинов-накопителей с подъемным механизмом, промежуточным магазином-накопителем, дополнительным пультом управления) и образуют технологическую единицу.
Дополнительный пульт управления 10 соединяет систему управления отдельным станком с перегружателем и устройством перемещения промежуточных магазинов-накопителей к наименьшей информационной единице
в технологической системе и образует средство связи станка с системой переработки данных. С помощью многопозиционных переключателей можно выбрать следующие режимы работы: автоматическая работа, работа в системе, автоматическая обработка одного цикла.
Пульт управления подсистемой 4 служит для контроля и управления всеми функциями станков, транспортно-подъемного устройства и для контроля степени загрузки системы. С пульта управления подсистемой можно задавать такие же команды по управлению, как с помощью вычислительной машины 10. Таким образом, возможно управление системой в случае аварии вычислительной машины или при работе без вычислительной машины в зависимости от возможных вариантов автоматизации.
Так как все станки и устройства, входящие в технологическую систему Rota-FZ-200, выпускаются серийно, то они оснащены собственными системами управления, позволяющими эксплуатировать единичные станки. Их полная работоспособность сохраняется при наличии дополнительных пультов управления для обслуживания от руки и используется для настройки станков при работе в системе. Узлы системы управления соответствуют условиям связи с точки зрения объединения в комплексы узлов управления, повышения степени автоматизации и объединения в систему.
Все организационные последовательности системы управления и информации относятся к так называемым организационным единицам, которые могут быть в любом количестве связаны между собой и благодаря которым технологическая система может быть по необходимости расширена.
Подсистема основного исполнения состоит также из независимых узлов, компоновка которых производится в соответствии со степенью автоматизации. На рис. ХХ-18 приведена схема организационной единицы подсистемы. Работа системы производится без промежуточных запоминающих устройств, система управляется вычислительнй машиной, контролирующей и управляющей всеми станками и циклом транспортировки. При этом баланс загрузки станков производится на отдельной вычислительной машине на основе загрузки системы.
Для разработки данных — программ о распределении деталей, заводского отчисления, баланса загрузки станков — и для переработки данных, поступающих от системы, применяется вычислительная машина независимо от технологической системы. Непосредственное управление работой системы производится вычислительной машиной.
Внесистемная организация предусматривает подготовку и ввод в вычислительную машину технологических данных, включая классификатор
Рис. ХХ-18. Организационная единица подсистемы Rota-FZ-2 00:
1 — поступление деталей после предварительной обработки; 2 — место загрузки промежуточных магазинов-накопителей с ручным вводом; 3 — входной магазин-накопитель; 4. — место загрузки входного магазина-накопителя; 5 —- поступление деталей после промежуточной обработки в случае связи подсистем; 6 — дополнительный пульт управления; 7 — станок; 8 — место ожидания промежуточных магазинных накопителей; 9 — место магазинов-накопителей с деталями, поступающими на обработку; 10 — место магазинов-накопителей с готовыми деталями; 11 — транспортно-подъемное устройство; 12 — пульт управления подсистемой; 13 — встроенная вычислительная часть ЭВМ; 14 — промежуточный магазин-накопитель; 15 — место передачи; 16 — конечный магазин-накопитель; 17 — место разгрузки; 18 — поступление деталей к промежуточной обработке; 19 — место загрузки второй подсистемы;
20 — поступление деталей к .второй подсистеме
всего ассортимента деталей. Каждые 7—10 дней обрабатывается на внесистемной ЭВМ программа распределения деталей. По ней производится на основе плана работ выбор деталей, причем при этом получается грубая загрузка системы. Данные выдаются перфолентой и печатным текстом. После этого проверяется наличие необходимого материала и начинается предварительная обработка деталей в заданной последовательности.
Об окончании предварительной обработки деталей сообщается главному диспетчеру, который и производит собственный расчет распределения деталей по станкам. Из перфоленты программы распределения деталей берутся данные о тех деталях или партиях деталей, которые подготовлены для обработки на технологической системе, и таким образом составляется перфолента баланса работы технологической системы на один день. Баланс загрузки системы производится ежедневно на основе сообщений от вычислительной машины системы.
Аппаратура управления позволяет в случае отказа вычислительной машины управлять системой от руки с пульта управления подсистемой согласно бланку «Распределения деталей по станкам», выданному вычислительной машиной.
Рассмотрение комплексно-автоматизированных систем (см. рис. ХХ-13—15) показывает резкое расширение функций систем управления по сравнению с обычными автоматами и автоматическими линиями (см. гл. X и XVIII), что обеспечивает гибкость и мобильность систем, применимость их для автоматизации не только массового, но и серийного и даже единичного производства.
Применение вычислительной техники создает предпосылки для дальнейшего совершенствования систем комплексной автоматизации не только путем их расширения, но и автоматического выполнения таких задач, которые еще вчера казались незыблемой монополией умственного труда. На повестку дня ставится не только автоматический учет и анализ количества готовой продукции и ее качества, но и непосредственный анализ работоспособности машин в процессе их эксплуатации на базе нового научного направления — технической диагностики.
Накопленный опыт автоматизации производственных процессов неопровержимо свидетельствует о том, что внедрение новых технически сложных и совершенных автоматов и автоматических линий не будет высокоэффективным, если организация их обслуживания, система управления производством, квалификация рабочих, культура самого производства останутся на прежнем, низком уровне.
В еще большей степени справедлива и обратная закономерность —никакие самые современные «глобальные» автоматические системы управления производством в масштабе предприятия, отрасли и т. д. не будут эффективными, если производственные процессы изготовления, контроля, сборки изделий будут по-прежнему базироваться на старых, непрогрессивных технологических процессах и оборудовании. Отсюда важнейшим условием повышения эффективности общественного производства является комплексная автоматизация, охватывающая все звенья и стадии производственного процесса на базе прогрессивных технологических процессов и использования вычислительной техники.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Автоматизация и механизация производственных процессов в машиностроении». Под ред. Г. А. Шаумяна М., «Машиностроение», 1967, 388 с.
2.	Адаптивные системы управления металлорежущими станками. Под ред. А. Е. Кобринского М., «НИИМАШ», 1971, 208 с.
3.	Бобров В. П. Проектирование загрузочно-транспортных устройств к станкам и автоматическим линиям. М., «Машгиз», 1964, 291 с.
4.	Бойцов В. В. Механизация и автоматизация в мелкосерийном и серийном производствах. М., «Машиностроение», 1971, 416 с.
5.	Брон Л. С., Власов С. Н., Черпаков Б. И. и др. Конструкция и наладка автоматических линий из специальных станков. «Высшая школа», 1969, 255 с.
6.	Владзиевский А. П. Автоматические линии в машиностроении. М., «Машгиз», 1958, 340 с.
7.	Волчкевич Л. И. Надежность автоматических линий. М., «Машиностроение», 1969, 308 с.
8.	Вороничев Н. М., Генин В. Б., Тартаковский Ж. Э. Автоматические линии из агрегатных станков. М., «Машиностроение», 1971, 552 с.
9.	Герцбах И. Б., Кордонский X. Б. Модели отказов. М., «Советское радио», 1966, 166 с.
10.	Дальский А. М. Цанговые зажимные механизмы. М., «Машиностроение», 1966, 168 с.
11.	Дащенко А. И., Нахапетян Е. Г. Проектирование, расчет и исследование основных узлов автоматических линий из агрегатных станков. М., «Наука», 1964, 237 с.
12.	Дружинин Г. В. Надежность систем автоматики. М., «Энергия», 1967, 527 с.
13.	Думлер С. А. Управление производством и кибернетика. М., «Машиностроение», 1969, 418 с.
14.	Клусов И. А., Сафарянц А. Р. Роторные линии. М., «Машиностроение», 1969, 192 с.
15.	Кован В. М., Корсаков В. С., Косилова А. Г. и др. Основы технологии машиностроения. Под ред. В. С. Корсакова. М., «Машиностроение», 1965, 492 с.
16.	Кошкин Л. Н. Комплексная автоматизация производства на базе роторных линий. М., «Машиностроение», 1972, 352 с.
17.	Логин М. И. Транспортировка и переработка стружки. М., «Машиностроение», 1968, 96 с.
18.	Малов А. Н. Загрузочные устройства для металлорежущих станков. М.» «Машиностроение», 1972, 400 с.
19.	Методика определения экономической эффективности металлорежущих станков и автоматических линий. М., ЭНИМС, 1971 , 83 с.
20.	Митрофанов С. П. Рациональное использование металлорежущих станков. Л.—М., «Машиностроение», 1967, 344 с.
21.	Орликов М. Л. Проектирование механизмов станков-автоматов. М., «Машиностроение», 1968, 248 с.
22.	Перельман А. Е. Автоматизированная система оперативного планирования и управления. М., «Статистика», 1968, 136 с.
23.	Проников А. С. Износ и долговечность станков. М., Машгиз, 1957, 275 с.
24.	Проников А. С. Основы надежности и долговечности машин. М., Издательство стандартов, 1969, 157 с.
25.	Рабинович А. Н. Автоматизация механосборочного производства. Киев, «Высшая школа», 1969, 542 с.
26.	Резервы роста производительности труда в машиностроении. Под ред. В. И. Докукина. М., «Машиностроение», 1971, 264 с.
27.	Самоподнастраивающиеся станки. Под ред. Б. С. Балакшина. М., «Машиностроение», 1970, 416 с.
28.	Смилянский Г. Л., Бек В. А., Шлиозберг Ю. А. и др. Справочник проектировщика систем автоматизации управления производством. М., «Машиностроение», 1971, 424 с.
29.	Соколовский А. П. Научные основы технологии машиностроения. М., «Машгиз», 1955, 515 с.
30.	Типовая методика определения экономической эффективности капиталовложений. М, «Экономика», 1969, 15 с.
31.	Шаумян Г. А. Основы теории проектирования станков-автоматов и автоматических линий. М., Машгиз, 1949, 261 с.
32.	Шаумян Г. А. Автоматы. М., Машгиз, 1955, 528 с.
33.	Шаумян Г. А. Автоматы и автоматические линии., М., Машгиз, 1961, 552 с.
34.	Шаумян Г. А., Кузнецов М. М., Волчкевич Л. И. Автоматизация производственных процессов. М., «Высшая школа», 1967, 471 с.
35.	Эри шер Ю. Б. Надежность и структура автоматических станочных систем. М., «Машгиз», 1962, 151 с.
36.	Якушев А. И., Тищенко О. Ф., Чекмарев А. А. и др. Взаимозаменяемость в машиностроении и приборостроении. М,, Издательство стандартов, 1970, 551 с.
37.	Informatique methodes et techniques numeriques, par. M., Delanette, Paris, 1967.
38.	James J. Childs. Principles of numerical control. Second edition, Industrial Press Inc., New York, 1969, 294 p.
39.	Nils O. Olesten. Numerical Control, Wiley—Interscience. New York, London, Sydney, Toronto, 1970, 646 p.
40.	Numerical Control user’s hand book, Editor: W. H. P. Leslie, Me. Graw—Hill Book Company, New York, 1970.
41.	Robert Biair Thornhill. Engineering Graphics and Numerical Control. Me. Graw—Hill Book Company, New York, 1967.
42.	W. Simon. Die Numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen, 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin, 197L
Григор Арутюнович Шаумян
КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Редактор издательства Б. П. Святое
Техн, редакторы Н. Ф. Демкина. и А. Ф» Уварова
Корректор И. М. Борейша
Художник Е. С. Пермяков
@
Сдано в набор 22/VI 1973 г. Подписано к печати 16/Х 1973 г. Т-15774 Формат 70X 1081/1е Бумага типографская № 1. Усл. печ. л. 56,7 в т. ч. цв. вкл. на меловой бумаге 0,65 л. Уч.-изд. л. 55,15 Тираж 12 000 экз. Заказ 385. Цена 4 р. 06 к.
Издательство «Машиностроение»
107885, Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3
Ленинградская типография № 6
Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств полиграфии и книжной торговли
193144, г. Ленинград, ул. Моисеенко, 10