Автоматизация и механизация производства - Черпаков Б.И., Вереина Л.И.

Author: Черпаков Б.И. Вереина Л.И.
Tags: управление предприятиями, организация производства, торговли и транспорта автоматика общая технология основы промышленного производства машиностроение металлорежущие станки учебное пособие механизация автоматизация производства
ISBN: 5-7695-1502-3
Year: 2004
Similar
Технологическая оснастка
Справочник молодого слесаря-сборщика
Слесарные и слесарно-сборочные работы
Плоское шлифование
Text
                    СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Б. И. ЧЕРПАКОВ, Л. И. ВЕРЕИНА
АВТОМАТИЗАЦИЯ
И МЕХАНИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВА
Допущено
Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебного пособия для студентов
учреждений среднего профессионального образования,
обучающихся по группе специальностей
1200 «Машиностроение»
Москва
ACADEMA
2004

УДК 65.011.5(075.32)
ББК 32.965:30.605я723
4-49
Рецензенты:
профессор кафедры «Технология машиностроения» МГТУ «Станкин»,
д-р техн. наук В. А. Тимирязев;
преподаватель ГОУ Мытищинского машиностроительного
техникума-предприятия Ю. Н. Воронкин
Черпаков Б. И.
4-49 Автоматизация и механизация производства: Учеб. посо¬
бие для студ. учреждений сред. проф. образования / Б. И. Чер¬
паков, JT. И. Вереина. — М.: Издательский центр «Академия»,
2004. - 384 с.
ISBN 5-7695-1502-3
Приведены общие сведения о механизации и автоматизации металло¬
режущих станков, технологического оборудования автоматических линий,
гибких производственных систем, автоматических цехов и заводов. Рас¬
смотрены принципы автоматизации функций управления, контроля и
диагностики различного оборудования, а также вопросы построения управ¬
ляющих программ (для станков с ЧПУ) и использования САПР. Описаны
типовые конструкции целевых механизмов автоматов и полуавтоматов,
автоматических линий, в том числе роторных и роторно-конвейерных.
Уделено большое внимание перспективным направлениям автоматиза¬
ции: созданию базовых станков принципиально новых конструкций, на¬
пример гексаподов, гибких производственных систем. Приведены приме¬
ры действующих гибких автоматизированных цехов и заводов.
Рассмотрены технические, экономические, экологические и соци¬
альные факторы, возникающие при внедрении высокоавтоматизирован¬
ных компьютерно-интегрированных производств.
Для студентов учреждений среднего профессионального образования,
обучающихся по группе специальностей 1200 «Машиностроение».
УДК 65.011.5(075.32)
ББК 32.965:30.605я723
© Черпаков Б. И., Вереина Л.И., 2004
© Образовательно-издательский центр «Академия», 2004
ISBN 5-7695-1502-3	©	Оформление. Издательский центр «Академия», 2004

ПРЕДИСЛОВИЕ
В развитии машинного производства можно выделить три боль¬
ших периода. Основная задача первого из них состояла в замене
мускульной энергии человека механической или какой-либо дру¬
гой. Задача второго периода заключалась в том, чтобы передать от
человека машине функции контроля и управления. Задача третье¬
го периода — перейти к самонастраивающейся системе, которая,
запоминая и обобщая опыт своей работы, полностью управляет
производственным процессом.
Под механизацией понимается замена ручного труда человека
машинным. Под автоматизацией понимается передача машинам и
приборам функций управления, ранее выполнявшихся человеком.
При автоматизации производства механизированное ранее обо¬
рудование становится объектом автоматического управления.
Автоматизация охватывает не только способы воздействия на
предмет труда, но и, главным образом, управление этими спосо¬
бами. Объектами автоматизации могут быть только технические
устройства с автоматизированными двигателями.
Механизация и автоматизация производственных процессов
может быть неполной, когда необходимо присутствие человека в
рабочем процессе, и полной — без участия человека.
Расширение механизации и автоматизации является одной из
важнейших задач повышения эффективности машиностроитель¬
ного производства и качества выпускаемой продукции.
В учебном пособии раскрыты основные принципы, способы и
средства автоматизации и механизации производства в машино¬
строении. Представлены примеры решения задач обеспечения раз¬
мерных, временных и информационных связей в автоматизирован¬
ных и автоматических технологических процессах механической
обработки и сборки.
В отличие от ранее изданных настоящее учебное пособие со¬
держит более подробное описание современного машинострои¬
тельного производства, использующего новейшие системы обору¬
дования, управляемые от ЭВМ.
В первой главе рассматриваются средства механизации, приме¬
няемые при модернизации металлорежущих станков. При длитель¬
ном сроке эксплуатации оборудования выявляются определенные
неудобства его обслуживания, которые устраняют путем введения
дополнительных достаточно простых устройств (ручек управле-
3

ния, датчиков положения и др.). Хотя это и облегчает труд станоч¬
ника, но в отличие от автоматизации не позволяет кардинально
повысить производительность труда, улучшить качество продук¬
ции, обеспечить экологическую защиту и т.д.
Средства автоматизации оборудования описаны во второй гла¬
ве, в которой показана также последовательность развития авто¬
матизации производства. В дальнейшем каждая глава раскрывает
отдельные этапы автоматизации. Так, третья глава посвящена це¬
левым механизмам, автоматизирующим металлорежущие станки.
В четвертой главе излагаются основы автоматизации управле¬
ния технологическим оборудованием. Здесь рассматриваются раз¬
личные системы программного управления станком, их особен¬
ности, структура и области применения.
В пятой главе освещаются вопросы автоматизации диагности¬
рования технологического оборудования. Описание различных
функций и возможностей систем автоматического проектирова¬
ния и расчетов (САПР) составляет содержание шестой главы.
В седьмой главе рассматривается структура станка-автомата; опи¬
сываются средства автоматизации токарных одно- и многошпин¬
дельных автоматов (патронных и прутковых), а также роторных
автоматов.
В восьмой главе описываются различные виды автоматических
линий, средства автоматизации загрузки-разгрузки технологиче¬
ского оборудования (транспортеры, автоматические поворотные
устройства, подъемники и накопители). Даны примеры систем
автоматических линий, а также рассмотрена специфика средств
автоматизации роторных и роторно-конвейерных автоматических
линий.
Девятая глава посвящена гибким производственным системам,
(модулям, ячейкам и участкам), системам обеспечения их функ¬
ционирования. В десятой главе приводятся сведения о создании
опытных компьютерно-интегрированных производств (гибких ав¬
томатизированных цехов и заводов) в отечественном и зарубеж¬
ном машиностроении.
В заключительной одиннадцатой главе содержится анализ пер¬
спектив развития средств автоматизации, приводится модель ма¬
шиностроительного завода будущего и рассматриваются эконо¬
мические, социальные и экологические аспекты внедрения высо¬
коавтоматизированных компьютерно-интегрированных произ¬
водств.
После каждой главы даны контрольные вопросы для самостоя¬
тельной проверки учащимися усвоения изучаемого материала.
Учебная дисциплина «Автоматизация производства», относя¬
щаяся к циклу общепрофессиональных, тесно связана с дисци¬
плинами не только этого, но и специального цикла. Содержание
дисциплины основывается на знаниях, полученных учащимися
4

при изучении таких курсов, как «Математика и информатика»,
«Электротехника и электроника», «Оборудование машинострои¬
тельного производства», и согласуется с содержанием дисциплин
«Программирование для автоматизированного оборудования»,
«Гидравлические и пневматические системы», «Процесс формо¬
образования и инструменты», «Обработка материалов, станки и
инструменты», «Нормирование точности» и «Машиностроитель¬
ное производство».
В настоящем учебном пособии авторы стремились обобщить и
систематизировать информацию, необходимую для освоения
учащимися дисциплины «Автоматизация производства». При на¬
писании учебника использован многолетний опыт авторов, а так¬
же работы ведущих отечественных специалистов в области меха¬
низации и автоматизации производства.

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
АДУ — адаптивное управление;
AJI — автоматическая линия;
АЛУ — арифметико-логическое устройство;
АПП — автоматизация производственных процессов;
АРЛ — автоматическая роторная линия;
АРКЛ — автоматическая роторно-конвейерная линия;
АСИО — автоматизированная система инструментального
обеспечения;
АСКТПП — автоматизированная система конструкторско-техно¬
логической подготовки производства;
АСНИ — автоматизированная система научных исследований;
АСТПП — автоматизированная система технологической под¬
готовки производства;
АСУ — автоматизированная система управления;
АСУО — автоматизированная система удаления отходов;
АСУОД — автоматизированная система управления оператив¬
но-диспетчерского назначения;
АСУОТ — автоматизированная система управления организа¬
ционно-технологического назначения;
АСУП — автоматизированная система управления предприя¬
тием;
АСУТО — автоматизированная система управления технологи¬
ческим оборудованием;
АТСС — автоматизированная транспортно-складская система;
ГАЗ — гибкий автоматизированный завод;
ГАЛ — гибкая автоматизированная линия;
ГАУ — гибкий автоматизированный участок;
ГАЦ — гибкий автоматизированный цех;
ГПС — гибкая производственная система;
ГПМ — гибкий производственный модуль;
ГПЯ — гибкая производственная ячейка;
ГРО — грузораспределительное оборудование;
ЗУ — запоминающее устройство;
ИАСУ — интегрированная автоматизированная система управ¬
ления;
ИМГ — интерактивная машинная графика;
КИМ — координатно-измерительная машина;
КИП — компьютерно-интегрированное производство;
6

ЛСУ — локальная система управления;
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство;
ОСУ — оперативная система управления;
ОЦ — обрабатывающий центр;
ПЗУ — постоянное запоминающее устройство;
ППЗУ — перепрограммируемое постоянное запоминающее уст¬
ройство;
ПК — программируемый контроллер;
ПР — промышленный робот;
ПЭВМ — персональная электронно-вычислительная машина;
РВ — распределительный вал;
САК — система автоматизированного контроля;
САЛ — система автоматических линий;
САПР — система автоматизированного проектирования и рас¬
четов;
СОФ — система обеспечения функционирования;
СПИЗ — система станок — приспособление — инструмент—
заготовка;
СПУ — система программного управления;
СЧПУ — система числового программного управления;
УП — управляющая программа;
УЦИУ — устройство цифровой индикации и управления;
УЧПУ — устройство числового программного управления;
ФСУ — фазосдвигающее устройство;
ЦПУ — цикловое программное управление;
ЧПУ — числовое программное управление;
ШВП — шариковая винтовая передача;
ЭВМ — электронно-вычислительная машина;
ЭЛТ — электронно-лучевая трубка;
ЭМУ — электромагнитный усилитель.
I

Глава 1
МЕХАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
1.1.	Основные понятия
Основные понятия, относящиеся к области механизации, ее
методов и средств, определяет ГОСТ 23004—78 «Механизация и
автоматизация технологических процессов в машиностроении и
приборостроении».
Механизация — применение энергии неживой природы в тех¬
нологическом процессе, обеспечивающее исключение людей из
его выполнения или облегчение их труда при сохранении за ними
функций управления этим процессом.
Техническое устройство, состоящее из энергетической, пере¬
даточной, исполнительной и управляющей частей, выполняющих
механические движения для преобразования энергии, материа¬
лов или информации, называется машиной. Примерами являются
металлорежущий станок, преобразующий с помощью механичес¬
ких движений заготовку в деталь заданной формы и размеров,
ЭВМ, преобразующая поступающую информацию.
Энергетическим механизмом металлорежущего станка являет¬
ся электродвигатель; исполнительным механизмом (его также на¬
зывают рабочим органом) — суппорт, несущий режущий инстру¬
мент или заготовку.
Передаточные механизмы преобразуют и передают движе¬
ние от электродвигателя к рабочим органам. Так, в токарном
станке с ручным управлением движение от электродвигателя к
суппорту передается через ременную передачу, коробку скорос¬
тей, коробку подач, ходовой винт и ряд зубчатых кинематичес¬
ких передач.
Техническое устройство, функционирующее при последователь¬
ном применении мускульной энергии людей и энергии неживой
природы (например, электродвигатель, пневмо- или гидромотор),
которое управляется людьми без использования энергии неживой
природы, называется механизированным. В модернизируемых стан¬
ках в качестве механизированных технических устройств приме¬
няют быстродействующие зажимные патроны, механизмы быст¬
рого отвода режущего инструмента от заготовки и др.

Механизированная машина — техническое устройство, в кото¬
ром люди, кроме установки и съема объекта обработки, могут
выполнять вручную подачу инструмента. Так, металлорежущий
станок с ручным управлением является примером механизиро¬
ванной машины.
В процессе эксплуатации оборудование подвергается физиче¬
скому и моральному износу.
Физический износ — это изменение размеров, формы, массы
или состояния поверхности деталей и узлов оборудования, обус¬
ловленное различными причинами, например: трением, устало¬
стью материала и др. Постепенно оборудование начинает плохо
работать или приходит в нерабочее состояние.
Моральный износ — результат старения оборудования, при ко¬
тором экономически нецелесообразна его дальнейшая эксплуата¬
ция ввиду того, что рынок предлагает машины аналогичной кон¬
струкции и назначения, но технически более совершенные и по
более низким ценам. Средством преодоления морального износа
является модернизация оборудования. Под модернизацией пони¬
мается приведение оборудования в соответствие с современными
требованиями путем изменения его конструкции в целях повы¬
шения эффективности в производственных условиях.
При модернизации станков с ручным управлением используют
различные технические устройства для преобразования, переме¬
щения, контроля объектов или управления ими. К таким устрой¬
ствам, используемым в металлорежущем станке, относят, напри¬
мер, вспомогательный инструмент и приспособления.
При механизации технологических процессов применяют меха-
низированно-ручной и механизированный инструмент, а также
механизированные приспособления.
Движение механизированного инструмента происходит с помо¬
щью энергии неживой природы (электродвигателя, пневмо- или
гидромотора), а управление осуществляется людьми.
Техническое устройство, присоединяемое к машине или ис¬
пользуемое самостоятельно для базирования и при необходимости
для закрепления объекта обработки при выполнении технологи¬
ческих операций, называется приспособлением. Приспособление,
в котором закрепление и раскрепление объектов обработки осу¬
ществляется с помощью энергии неживой природы, а остальные
действия — людьми, называется механизированным приспособлением.
1.2.	Механизация станков
Механизирующие устройства, применяемые при модерниза¬
ции металлорежущих станков с ручным управлением, можно раз¬
делить на три группы (рис. 1.1):
9

Устройства, механизирующие
установку и закрепление
заготовок
Устройства, механизирующие
управление и обслуживание
станков
Механизирующие
устройства
К
й
CQ
£
О
Он
л
D
S
о
ГО
е*
сз
О
CU
ft
X
С
я
(D
д
S
tr
X
<D
<D
ft
<D
С
К
о
О
к
С
Устройства, механизирующие
контроль обрабатываемых
деталей
Рис. 1.1. Классификация механизирующих устройств, применяемых при модернизации станков

•	механизирующие установку и закрепление заготовок;
•	механизирующие управление и обслуживание станков;
•	механизирующие контроль обрабатываемых деталей.
Рассмотрим несколько примеров механизирующих устройств
для станков различных групп.
Механизирующие устройства для токарно-винторезных станков
по сравнению с соответствующими устройствами для металлоре¬
жущих станков других групп получили наибольшее развитие.
Для механизации установки и закрепления заготовок в токар¬
ных станках применяют самозажимные хомутики, самозажимные
патроны (пневматические, гидравлические и магнитные) и быс¬
тродействующие оправки (с роликами, сухарями и т.д.). Эти уст¬
ройства позволяют облегчить труд рабочего и сократить время на
установку и закрепление деталей.
В целях механизации установки, выверки и закрепления инст¬
рументов токарные станки оснащают резцедержателями с без¬
зазорной фиксацией (четырех- и многопозиционные), а также
быстросменными державками.
Рис. 1.2. Быстросменная державка:
1 — резец; 2 — державка; 3 — винт; 4 — цилиндр; 5 — рукоятка; 6 — скоба
11

На рис. 1.2 показана конструкция быстросменной державки, в
которую можно закреплять не только резцы, но и сверла, развертки
и другие инструменты. Державку 2 надевают на зубья неподвиж¬
ного цилиндра 4 и на два Т-образных выступа зажимной скобы 6.
Отрегулированная по высоте винтом 3 державка фиксируется по¬
воротом рукоятки 5. При этом скоба перемещается вправо, и уст¬
ройство затягивается эксцентриковым зажимом, обеспечивая на¬
дежное крепление резца 1. Преимущество таких державок перед
четырехпозиционными резцедержателями заключается в том, что
они позволяют удобно устанавливать защитные щитки от струж¬
ки, так как рукоятка 5 не мешает их расположению.
В качестве устройств, механизирующих процесс получения про¬
дольных и диаметральных размеров, на токарных станках использу¬
ют упоры, лимбы и индикаторные приспособления.
Простейшими устройствами, механизирующими получение
точных размеров, являются упоры. При обработке многоступенча¬
тых деталей наиболее целесообразно пользоваться многопозици¬
онными продольными упорами (рис. 1.3). Корпус неподвижного
упора 4 закрепляют на передней направляющей станины с помо¬
щью угольника 8, пластины 7 и болта 6. Внутри упора проходит
вал 2, связанный с суппортом кронштейном 1. Регулируемые
упоры 5 устанавливают в соответствии с заданной длиной обра¬
ботки. При повороте вал 2 фиксируется шариком 9, входящим в
углубление диска 3. При столкновении упоров 5 и 4 срабатывает
кулачковая муфта механизма подачи станка, и автоматическая по¬
дача суппорта выключается.
К поперечным упорам предъявляют более высокие требования
в отношении точности, чем к продольным. Поперечные упоры
бывают неподвижные одно- и многопозиционные и индикатор¬
ные. Поперечные упоры имеют меньшую жесткость, чем продоль¬
ные, вследствие чего точность при работе по ним ниже, чем при
работе по продольным. Поэтому предпочтительнее применять лим¬
бы или индикаторные приспособления.
А—А
Рис. 1.3. Многопозиционный продольный упор:
1 — кронштейн; 2 — вал; 3 — диск; 4 — неподвижный упор; 5 — регулируемый
упор; 6 — болт; 7 — пластина; 8 — угольник; 9 — шарик
12

Существует большое разнообразие конструкций лимбов про¬
дольных и поперечных перемещений. При скоростной обработке
заготовок с малыми допусками используют электромеханические
лимбы, которые позволяют быстро отключать автоматическую
продольную подачу по достижении заданной длины обработки.
Наряду со встроенными лимбами применяют пристраиваемые
лимбы.
Как правило, на токарных станках требуется получать более
высокую точность диаметральных размеров, чем продольных. В свя¬
зи с этим к лимбам поперечных перемещений предъявляют и бо¬
лее жесткие требования по точности: 0,1 ...0,005 мм, причем встро¬
енные лимбы менее точные. Это объясняется малыми диаметрами
таких устройств (до 50 мм) и невысокой точностью их шкал.
На рис. 1.4 изображен пристраиваемый лимб поперечных пере¬
мещений для отсчета размеров с точностью 0,1 ...0,005 мм. Левая
часть 11 корпуса лимба прикреплена к фартуку суппорта; к ней
привернуто зубчатое колесо Z\■ На правую часть 9 корпуса надето
лимбовое кольцо 10. Соответствующее деление кольца при уста¬
новке на размер совмещается с риской на левой части корпуса.
На винт 1 посажены зубчатые колеса Z\ и Zs, коническая чашка 8,
скользящая по шпонке, и диск 5, который удерживается в опре¬
деленном осевом положении другим диском 7. Зубчатое колесо zi
вращается на оси 2.
Величина перемещения поперечных салазок суппорта зависит
от положения конической чашки. Поворотом рукоятки 4 гайки 6
можно переместить чашку вправо, заклинив ее в правой части
корпуса. В этом случае при по¬
вороте корпуса рукояткой Сдви¬
жение будет передаваться непо¬
средственно винту 1. Если же
чашка сдвинута влево, то дви¬
жение будет передаваться пла¬
нетарному редуктору, переда¬
точное отношение которого рав¬
но 20, поэтому цена деления шка¬
лы лимба уменьшится в 20 раз,
т.е. станет равной 0,005 мм.
Следует иметь в виду, что
лимбы с повышенной точнос¬
тью отсчета рационально при¬
менять только в том случае, если
устранен зазор между торцом
винта поперечной подачи и суп¬
портом.
Индикаторные приспособле¬
ния (рис. 1.5) эффективно ме-
11 10 9
Рис. 1.4. Лимб поперечных переме¬
щений:
1 — ходовой винт; 2 — ось; 3, 4— руко¬
ятки; 5, 7—диски; 6— гайка; 8 — чаш¬
ка; 9, 11 — правая и левая части кор¬
пуса соответственно; 10 — кольцо
13

Рис. 1.5. Индикаторное приспособление:
1,5 — направляющие; 2, 7 — ползуны; 3 — стойка; 4, 6 — индикаторы;
8, 10 — колодки; 9 — штихмас; 11 — упор
ханизируют получение продольных и диаметральных размеров на
тяжелых токарных станках, например при обработке роторов па¬
ровых турбин массой около 10 т. Индикатор 4, закрепленный на
стойке 3, своим измерительным штифтом соприкасается со штиф¬
том ползуна 2, скользящего по направляющей 1. Индикатор 6
закреплен на ползуне 7. Штихмас 9 лежит на роликах, вмонтиро¬
ванных в колодки 8 и 10. В процессе наладки колодки перемещают
по направляющей 5. Упор 11 прикрепляется к салазкам. Такими
приспособлениями можно оснащать все суппорты станка, рабо¬
тающие одновременно.
Устройства, механизирующие холостые перемещения в токар¬
ном станке, применяются для суппорта и задней бабки.
Примером устройства, механизирующего обслуживание токар¬
ного станка, может служить встроенный шнековый транспортер
для уборки стружки.
Механизация контроля размеров в процессе обработки особенно
эффективна для тяжелых станков. Остановка станка для измере¬
ния, например, ответственных валов гидротурбин не допускает¬
ся, так как это может сопровождаться врезанием резца в обра¬
батываемую поверхность. В качестве инструментов для контроля
размеров в процессе обработки на токарных станках используют¬
ся вращающиеся калибры, приборы со стробоскопическим ин¬
дикатором и другие устройства для контактных и бесконтактных
измерений.
14

Рис. 1.6. Вращающаяся калибр-пробка:
1 — калибр; 2 — резиновое кольцо; 3 — шпонка; 4 — втулка; J — бронзовое
кольцо; 6 — рукоятка; 7 — пружина; 8 — стержень
На рис. 1.6 показана проходная вращающаяся калибр-пробка.
С торцом вращающейся заготовки соприкасается резиновое коль¬
цо 2, посаженное на втулку 4. Калибр 1, удерживаемый шпонкой 3
на вращающемся стержне 8, перемещается рукояткой 6, внутри
которой имеется бронзовое кольцо 5. После измерения пружина 7
возвращает калибр в исходное положение. Непроходной калибр
имеет такую же конструкцию.
В токарно-револьверных станках повышение производительности
обеспечивается применением наладки инструмента для обработки
типовой детали (групповая обработка). Остальные механизирую¬
щие устройства аналогичны рассмотренным выше для токарно¬
винторезных станков.
На многорезцовых токарных станках механизация обработки
развивается в направлении совершенствования их наладки и под-
наладки, применения взаимозаменяемых инструментов и устройств
для получения точных размеров. Наладку станка осуществляют,
используя стальной закаленный шлифованный образец. Подна-
ладку (в связи с износом режущего инструмента) можно не про¬
изводить, если применять взаимозаменяемые державки.
На рис. 1.7, а показана державка 2, в которой закреплен резец 1
с прошлифованными основанием и одной боковой плоскостью.
Этими плоскостями резец соприкасается с соответствующими
поверхностями державки 2. В стенку 3 державки завернут винт 5, в
который упирается винт 4, ввинченный в торцовую часть стержня
резца. Размер резца по длине регулируется с высокой точностью
(до 0,002 мм) вне станка в приспособлении, изображенном на
рис. 1.7, б. При регулировании упорный винт 5 занимает опреде¬
ленное положение, а винтом 4 с контргайкой производится уста¬
новка на размер с контролем по миниметру 6.
Применение описанных простейших конструкций державки и
контрольного приспособления обеспечивает полную взаимозаме¬
няемость резцов при их смене (при подналадке). Существуют и
другие, более сложные конструкции державок, механизирующие
обслуживание токарных станков.
15

Рис. 1.7. Взаимозаменяемая державка (а) и приспособление для установки
размера резца по длине (б):
1 — резец; 2 — державка; 3 — стенка; 4, 5 — винты; 6 — миниметр
На токарно-карусельных станках, используемых в серийном и
массовом производстве, заготовки закрепляют в специальных при¬
способлениях, что в некоторых случаях исключает необходимость
выверки заготовок при их установке.
На некоторых токарно-карусельных станках (например, мод. 1551)
применяют револьверную головку, в которой поворот и зажим
осуществляются одной рукояткой.
Устройства, механизирующие получение точных размеров по
длине и диаметру, имеют свою специфику: они могут быть вы¬
полнены в виде системы упоров. Два упора служат для установки
суппортов, смонтированных на траверсе, на размеры по длине
обработки, и два — на диаметральные размеры. Еще один упор
предназначен для настройки поперечного суппорта на размер по
высоте. Тяжелые карусельные станки снабжаются также упорами
с электрогидравлическим управлением.
Механизирующие устройства для сверлильных станков исполь¬
зуются, главным образом, для сокращения вспомогательного вре¬
мени. На указанных станках применяют устройства, механизиру¬
ющие управление ими и их обслуживание. Приведем несколько
примеров устройств для механизации зажима инструментов и по¬
лучения размеров: указатель глубины сверления, быстросменные
патроны с фиксированным положением инструмента и др.
16

На рис. 1.8, а показан указатель глубины сверления, применяе¬
мый на радиально-сверлильных станках. Диск 7, градуированный
в зависимости от передаточного отношения механизма подачи,
прикрепляется к станине. На маховичок посажен хомутик 2, несу¬
щий стрелку-указатель 3.
Рис. 1.8. Механизирующие устройства для сверлильных станков раз¬
личных типов:
а — указатель глубины сверления; б — устройство с многопозиционными упора¬
ми; в — индикаторный упор; г — быстросменный патрон; 1 — градуированный
диск; 2 — хомутик; 3 — стрелка-указатель; 4 — подшипник; 5 — регулируемые
упоры; 6 — барабан; 7 — неподвижный упор; 8 — вал; 9 — гильза шпинделя;
10	— маховичок; 11 — индикатор; 12 — упор; 13 — винт; 14 — болт; 15 — корпус;
16, 17 — втулки; 18 — гайка
17

Отечественные радиально-сверлильные станки оснащаются
также предохранителями от перегрузки. В отдельных случаях свер¬
лильные станки снабжаются одно- и многопозиционными упора¬
ми (рис. 1.8, б). Барабан 6с отрегулированными упорами 5поса¬
жен на вал 8, который центрируется подшипником 4 и втулкой
хомутика 2, надетого на гильзу 9 шпинделя станка. Вал 8 пово¬
рачивается с помощью маховичка 10. В процессе работы, при
опускании гильзы шпинделя, один из отрегулированных упоров
барабана, касаясь неподвижного упора 7, ограничивает глубину
обработки.
При использовании неподвижных упоров на вертикально-свер¬
лильных станках мод. 2125, 2135 и других точность размеров по
длине составляет 0,2 мм. Для получения более высокой точности,
например 0,05...0,15 мм, на инструмент надевают регулируемую
по длине втулку, которая нижней поверхностью соприкасается с
торцом кондукторной втулки.
Высокой точности можно достигнуть, применяя индикаторные
упоры (рис. 1.8, в). На гильзе шпинделя болтами 14 закрепляют
хомут 2, в передней части которого установлен закаленный и точно
отшлифованный упор 12. После регулирования упор фиксируют
винтом 13. Индикатор 11 закреплен на неподвижной подставке
или на столе.
При обработке одного и того же отверстия последовательно
различными инструментами целесообразно использовать быстро¬
сменные патроны (рис. 1.8, г), в корпусе 15 которых втулка 16
фиксируется в продольном направлении. Внутри втулки 16 распо¬
ложена втулка 17, для установки которой, а следовательно, и ин¬
струмента, служит гайка 18. Благодаря этому можно получить тре¬
буемый размер в осевом направлении, так как торцовая часть втул¬
ки 16, выполняющая функции упора, соприкасается с одним и
тем же участком корпуса.
Требуемый размер по длине может быть также получен благо¬
даря применению предохранительной муфты в сочетании с упо¬
ром и конечным выключателем. Если в кинематическую цепь при¬
вода шпинделя включена фрикционная муфта, отрегулированная
по наибольшему крутящему моменту, то при касании шпинделя
с неподвижным упором муфта пробуксовывает. Частота враще¬
ния шпинделя снижается, срабатывает центробежное реле, свя¬
занное с конечным выключателем, и перегруженный узел оста¬
навливается.
Для того чтобы механизировать получение на сверлильных стан¬
ках требуемых расстояний между осями отверстий, применяют
специальные крестовые столы (рис. 1.9). Закрепленная на таком
столе заготовка может перемещаться в двух взаимно-перпендику¬
лярных направлениях. Отсчет размеров производится с помощью
лимбов, индикаторов, штихмасов и т.д.
18

Рис. 1.9. Накладной крестовый стол
На расточных станках в качестве устройств, механизирующих
получение межосевых расстояний с заданной точностью, целесо¬
образно применять приспособления для координатного растачи¬
вания. На самих станках имеются линейки с нониусами, лимбы,
индикаторные устройства, обеспечивающие точность отсчета раз¬
меров до +0,025 мм.
На рис. 1.10 представлено индикаторное устройство, позволя¬
ющее получить на обычных расточных станках точность обработ¬
ки по длине до ±0,01 мм. Конструкция его проста. На вал 1 с
призматической выемкой надет индикатор 2, помещенный в фут¬
ляр. С правой стороны прикреплен упор 4. Между мерительным
стержнем индикатора и упором в призматическую выемку уложе¬
ны штихмасы 3.
Для измерения прецизионных отверстий вместо пневматических
длинномеров, погрешность измерения которых не менее 0,8 мкм,
применяют устройство, показанное на рис. 1.11. Проверяемую де¬
таль 1 вручную устанавливают в приспособление 2. Два измери¬
тельных рычага 3 выставлены по образцовой детали. Рычаги под¬
вешены на пружинных торсионах 4. Если размеры проверяемой и
образцовой деталей не совпадают, происходит поворот рычагов,
их перемещение вызывает изменение зазора между катушками 5,
12	3	4
Рис. 1.10. Индикаторное устройство на столе расточного стола:
1 — вал; 2 — индикатор; 3 — штихмас; 4 — упор
19

Рис. 1.11. Устройство механизированного контроля прецизионных
отверстий:
1	— проверяемая деталь; 2 — приспособление; 3 — измерительные рычаги; 4 —
торсионы; 5 — катушки электромагнита; 6 — якорь; 7 — преобразующий блок;
8 — стрелочный прибор
закрепленными на одном рычаге, и якорем 6— на другом. Изме¬
рительный сигнал преобразуется в электрический, усиливается и
выдается на прибор 8, проградуированный в микронах. Высокая
точность обеспечивается отсутствием трения в измерительной си¬
стеме, малым измерительным усилием, высокой стабильностью
индуктивного преобразователя, применением схемы с электриче¬
ским суммированием и высокостабильного прибора 8. Устройство
просто в эксплуатации, производительность контроля — 450 шт./ч,
погрешность не превышает 0,3 мкм.
Для фрезерных станков характерными являются устройства,
ускоряющие их наладку, механизирующие установку и закрепление
заготовок, а также устройства, механизирующие обслуживание
станков.
Устройства, механизирующие установку и закрепление загото¬
вок, к которым относятся многочисленные приспособления разно¬
образных конструкций (многоместные, кассетные, для непрерыв¬
ного фрезерования и др.), подробно изучаются в курсе «Техноло¬
гия механообработки», поэтому здесь не рассматриваются.
К простейшим устройствам,
ускоряющим наладку станков,
относятся установы и щупы,
конструкции которых стандарти¬
зованы.
Приведем примеры устройств,
механизирующих управление
станком и его обслуживание.
Для переключения скорости и
ограничения движения узлов
Рис. 1.12. Путевой переключатель станка применяют путевые пере-
простого действия:	ключатели простого, мгновенно-
1 — основание; 2 — шток; 3 — кон- го действия, с самовозвратом и
такт; 4 — мостик; 5 — пружина без него.
20

Рис. 1.13. Путевой переключатель
мгновенного действия:
1, 9 — ролики; 2, 6, 8 — рычаги; 3,
5, 10 — пружины; 4 — поводок; 7 —
планка
На рис. 1.12 представлен путе¬
вой переключатель простого дей¬
ствия. Во время работы шток 2
под действием кулачка или упора
опускается, надавливая на контакт¬
ный мостик 4. В результате этого
одна пара неподвижных контак¬
тов 3 размыкается, а вторая замы¬
кается. Основание 1 и шток 2 —
карболитовые. Чугунный кожух с
крышкой предохраняет контакты
от попадания пыли и брызг. В ис¬
ходное положение шток возвра¬
щается пружиной.
Переключатели простого дей¬
ствия рекомендуется применять
при скоростях движения стола или
суппорта не менее 0,4 м/мин. В ос¬
тальных случаях следует исполь¬
зовать путевые переключатели
мгновенного действия (рис. 1.13).
Когда кулачок или упор нажмет
на ролик 1, повернется рычаг 2, а
с помощью пружины 3 — поводок 4. Ролик 9, державка которого
находится внутри поводка 4, под действием пружины 10 начинает
перемещаться по планке 7, что сопровождается отводом рычагов 6
и 8 и переключением контактов. Пружина 5 возвращает подвиж¬
ную часть переключателя в исходное положение.
Строгальные станки в значительно меньшей степени, чем станки
других групп, оснащаются устройствами для механизации обра¬
ботки. Это объясняется малыми сериями деталей, обрабатывае¬
мых на указанных станках, и большим машинным временем.
Простейшим способом механизации обработки на строгальных
станках (особенно продольно-строгальных) является применение
многорезцовых блоков. В зависимости от расположения резцов в
многорезцовых блоках строгание можно вести по двум схемам: с
делением подачи между несколькими резцами; с делением при¬
пуска по глубине резания.
На рис. 1.14 показаны трехрезцовые державки двух видов для
строгания плоскостей на продольно-строгальном станке. Согласно
первой схеме резания (рис. 1.14, а) резцы установлены на одной
высоте, но со смещением на 1,5 мм, что составляет общую подачу
на один двойной ход стола 4,5 мм. Такая схема резания применяет¬
ся при получистовом и чистовом строгании. При черновом строга¬
нии, чтобы весь припуск снять за один проход, работают по второй
схеме резания, используя державку, представленную на рис. 1.14, б.
21

ТЖГ |/К! |/К!
|\J7] !\|7!
Ч 'Ж! i/N'
Рис. 1.14. Трехрезцовые державки для строгания с делением подачи меж¬
ду резцами (а) и с делением припуска по глубине резания (б)
Примером механизации закрепления заготовки может служить
универсальный стол с пневмозажимами для поперечно-строгаль-
ных станков (рис. 1.15). К торцу стола крепится несущая пневмо¬
цилиндр 1 плита 6. В Т-образном пазу плиты /закрепляется упор¬
ная планка 8. Плита 7 имеет три Т-образных паза (два на рисунке
не показаны). Запасные пазы дают возможность более удобно за¬
креплять заготовки различной ширины.
9	10	11	12
Воздух
Рис. 1.15. Универсальный стол с пневмозажимами для поперечно-стро-
гальных станков:
1 — пневмоцилиндр; 2 — поршень; 3 — пружина; 4, 12 — серьги; 5 — тяга;
6, 7 — плиты; 8 — упорная планка; 9 — заготовка; 10 — зажимная планка;
11	— зажим
22

При попадании сжатого воздуха через одноходовой кран в ра¬
бочую камеру цилиндра поршень 2 перемещается влево и повора¬
чивает серьгу 4, которая перемещает тягу 5 вправо. Через серьгу 12
тяга действует на зажим 11, передающий усилие на зажимную
планку 10, с помощью которой осуществляется закрепление за¬
готовки 9. При переключении крана воздух из рабочей камеры
цилиндра уходит в атмосферу, а поршень под действием возврат¬
ной пружины 3 перемещается в исходное (правое) положение, и
заготовка раскрепляется.
Зажимная, упорная планка и зажимы — сменные. В зависимо¬
сти от размеров заготовки они могут быть заменены зажимами с
другими размерами вылета. Стол снабжается комплектом зажи¬
мов и зажимных планок необходимых размеров. Для предотвра¬
щения раскрепления заготовки в случае падения давления воз¬
духа в сети предусмотрен встроенный обратный клапан и предо¬
хранительное приспособление. Применяя соответствующее со¬
отношение плеч рычагов, можно получить значительный выиг¬
рыш в силе зажима. Рассмотренная конструкция обеспечивает
силу зажима, равную примерно 3 кН. Перемещение зажимов со¬
ставляет около 10 мм.
Механизация обработки на шлифовальных станках осуществ¬
ляется посредством простейших устройств: лимбов и упоров, а
также устройств для контроля размеров в процессе обработки.
С помощью круговых упоров обеспечивается подача круга на
требуемую величину в радиальном направлении. Упоры закрепля¬
ются на кольце, которое по мере изнашивания шлифовального
круга поворачивается относительно винта подачи круга на требуе¬
мую величину.
Круглошлифовальные центровые, внутришлифовальные и плос¬
кошлифовальные станки снабжаются контактными и бесконтактны¬
ми устройствами для измерения размеров в процессе обработки.
По принципу действия эти устройства подразделяются на рычаж¬
ные, с жесткими калибрами, электроконтактные, пневматиче¬
ские и др.
Рычажные устройства быстро теряют свою точность, а устрой¬
ства с жесткими калибрами быстро изнашиваются. Кроме того, оба
устройства имеют весьма сложную конструкцию. В силу этих при¬
чин такие устройства не получили широкого распространения.
Пневматические устройства, позволяющие осуществлять бескон¬
тактный контроль размеров, являются простыми, универсальными
и точными. При наружном шлифовании в случае использования
пневматических устройств достигается точность порядка 0,005 мм
на диаметре 100 мм.
Наибольшее распространение получили электроконтактные
устройства. Устройство закрепляют на станке шарнирно. Контакт
со шлифуемой шейкой вала осуществляется в трех точках; две из
23

них неподвижные, а третья, подвижная, связана с измеритель¬
ным стержнем, постоянно прижимаемым к шейке вала пружиной.
В процессе шлифования стержень, опускаясь, увлекает за собой
сухарь, который действует на пластину с двумя подвижными кон¬
тактами. Положение неподвижных контактов, смонтированных в
рычагах, при установке на размер регулируется микрометричес¬
кими устройствами. Настройка приспособления и условия его экс¬
плуатации облегчаются введением в конструкцию индикатора, что
позволяет наблюдать за получаемым размером.
1.3.	Механизация сборочных процессов
Детали, поступающие на сборку, очищают от посторонних ча¬
стиц, масла, следов смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ),
после чего их промывают. Механизировать очистку и промывку
деталей, поступающих на сборку, можно различными способами.
Так, для очистки крупных деталей (станин, картеров) исполь¬
зуют механизированные стальные щетки. После очистки детали
обдувают сжатым воздухом. Детали средних и небольших размеров
промывают водным раствором кальцинированной соды в баках с
конвейерным устройством (рис. 1.16) или в однокамерных моеч¬
ных машинах (рис. 1.17). Затем детали сушат или обдувают сжатым
воздухом.
В некоторых случаях перед сборкой приходится выполнять
слесарно-пригоночные работы. Виды и назначение этих работ, а
также применяемые для их механизации средства приведены в
табл. 1.1.
Способы соединений, применяемые при сборке, и средства их
механизации приведены в табл. 1.2. В качестве примера на рис. 1.18
представлены некоторые при¬
способления, механизирующие
операции сборки сварных кон¬
струкций.
При выполнении сборочных
работ используют механические
и механизированные сборочные
инструменты.
Для сборки узлов и изделий
в условиях единичного и мелко¬
серийного производства может
использоваться механический ин¬
струмент, например торцовые
ключи, которыми завинчивают
гайки и болты с внутренним
шестигранником (рис. 1.19). При
Рис. 1.16. Бак с конвейерным
устройством:
1 — конвейер; 2 — загрузочный лоток;
3 — нагревательное устройство; 4 — уст¬
ройство для перемешивания раствора
24

1 — изделие; 2 — конвейер; 3 — рольганг; 4 — электродвигатель; 5 — насос;
6 — отстойник с фильтром
Таблица 1.1
Средства механизации слесарно-пригоночных работ
Вид работы
Назначение
Средства механизации
Опиливание
Снятие заусенцев,
зачистка сварных
швов, устранение
неровностей и
других дефектов
поверхностей
Переносные электрические и
пневматические машины с абра¬
зивными кругами; передвижные
установки с гибкими валами и
ручными головками, с напильни¬
ками и абразивными кругами
Шабрение
Получение поверх¬
ностей с требуемой
высокой точностью
макрогеометрии,
обеспечивающей их
плотное прилегание
при сборке
Механические шаберы с элект¬
рическим и пневматическим дви¬
гателями; специальные шабровоч¬
ные головки с приводом от гиб¬
кого вала; замена шабрения тон¬
ким строганием, растачиванием,
шлифованием
Притирка
Обеспечение высо¬
кой точности приле¬
гания поверхностей,
достижение герме¬
тичности соедине¬
ния, увеличение
площади контакта
Специальные станки и приспо¬
собления для притирки
Обработка
отверстий
Сверление или
развертывание
отверстий по месту
после выверки по¬
ложения собирае¬
мых деталей и узлов;
нарезание внутрен¬
ней резьбы
Переносные сверлильные маши¬
ны (с электрическим, пневмати¬
ческим и гидравлическим приво¬
дами); электрические переносные
машины с гибкими валами; ради¬
ально-сверлильные переносные
станки; резьбонарезатели (элект¬
рические и пневматические)
25

Таблица 1.2
Способы соединения и средства их механизации
Способ соединения
Средства механизации
Сварка
Автосварочная аппаратура; машины (стыковые
и точечные) для контактной сварки; роликовая
машина; автоматы для газовой сварки обечаек,
приварки днищ и др.
Пайка
Узкоспециализированные по роду изделий
машины для пайки
Клепка
Приспособления для сборки конструкций:
струбцины, прижимные и стяжные устройства,
рамки и распорки, сборочные стенды, шаблоны
с втулками, механизированные молотки
Посадка с гаранти¬
рованным натягом
Прессы и приспособления для запрессовки;
масляные или водяные ванны; горелки и другие
устройства для нагревания охватывающей детали
(температура до 400 °С); ванны с жидким возду¬
хом; ванны со спиртом и твердой углекислотой;
шкафы для охлаждения охватываемой детали
Посадка с натягом,
допускающим раз¬
борку без поврежде¬
ния соединяемых
деталей
Прессы и приспособления для запрессовки;
масляные и водяные ванны; шкафы для нагре¬
вания детали (температура до 100... 150°С);
ванны со спиртом и твердой углекислотой;
шкафы для охлаждения охватываемой детали
Резьба
Гайковерты, шпильковерты, механические
отвертки; радиально-сверлильные станки,
оборудованные специальными устройствами с
торцовыми ключами; механизированные
захватные приспособления
ввинчивании винтов со шлицами применяют механические от¬
вертки (рис. 1.20).
На рис. 1.21 представлена классификация механизированного сбо¬
рочного инструмента с вращательным движением рабочего орга¬
на. С точки зрения удобства пользования они равноценны, но ин¬
струменты с электрическим и гидравлическим приводом создают
меньше шума.
Электрический механизированный инструмент работает на токе
повышенной частоты. Это, как правило, позволяет уменьшить
массу инструмента, а следовательно, при одной и той же массе
иметь большую мощность.
Преимущество инструментов с пневматическим приводом со¬
стоит в том, что они допускают перегрузку, которая в электри¬
ческих приводах часто вызывает перегорание обмотки якоря. В пнев-
26

t
т
in
ш
г	беж
Рис. 1.18. Приспособление для сборки сварных конструкций:
а — струбцина; б — скоба; в — стяжное приспособление; г, д, е — прижимные
устройства; ж — рамка
АОБ
г	д
Рис. 1.19. Торцовые механические ключи:
а — простой; б — коловоротный; в — шарнирный; г — трещоточный; д — фрик¬
ционный; е — шарнирно-трещоточный
27

А
Рис. 1.20. Нерегулируемая (а) и регулируемая (б) механические
отвертки:
1 — рукоятка; 2 — пружина; 3 — муфта с торцовыми зубьями; 4 — гайка для
регулирования крутящего момента
матических инструментах с вращательным движением рабочего
органа наиболее распространены ротационные двигатели. Боль¬
шая часть пневматических инструментов рассчитана на давление
воздуха 0,55 МПа, что определяет основные размеры их приво¬
дов, а следовательно, и массу всего инструмента.
Сборочные инструменты с гидравлическим приводом отлича¬
ются значительно меньшей массой за счет высокого (до 6... 8 МПа)
давления рабочей жидкости, а также относительной бесшумнос¬
тью в работе. Это улучшает условия труда сборщиков и способ¬
ствует повышению производительности.
Для пригоночных работ используют шлифовальные и сверлиль¬
ные машины, устройства для нарезания резьбы, а для основных
сборочных работ — гайковерты, шуруповерты, шпильковерты и
вальцовки.
На рис. 1.22 показана пневматическая шлифовальная машина.
Воздух из заводской пневмосети поступает через штуцер 9, рас¬
положенный в рукоятке 1, на лопатки 8 ротора 5, в результате
чего шлифовальный круг 6 получает вращательное движение. Ра¬
бочее место должно быть оборудовано вытяжкой для отсоса абра¬
зивной пыли. Шлифовальный круг обязательно закрывается щит¬
ком 7 для безопасной работы слесаря-сборщика. Отработанный
воздух выходит наружу, создавая шум, поэтому машину оснаща¬
ют глушителем 4. По окончании пригоночных работ, чтобы оста¬
новить вращение шлифовального круга, доступ воздуха в машину
перекрывают запорной пробкой 3, повернув вороток 2.
При сборке крупных объектов для обработки отверстий в ста¬
ли диаметром до 32 мм удобно применять сверлильные машины.
В основании машины находится электромагнит постоянного тока,
с помощью которого она удерживается на столе, сила притяжения
до 7 кН. Воздух поступает из заводской пневмосети через штуцер в
роторный двигатель, который приводит во вращение входной вал
редуктора. Вращательное движение сверло получает от редуктора
28

Рис. 1.21. Классификация механизированного сборочного инструмента с вращательным движением рабочего органа

6	7
Рис. 1.22. Пневматическая шлифовальная машина:
1 — рукоятка; 2 — вороток; 3 — запорная пробка; 4 — глушитель; 5 — ротор;
6 — шлифовальный круг; 7 — щиток; 8 — лопатки ротора; 9 — штуцер
Рис. 1.23. Пневматическая быстроходная дрель турбинного типа (а)
и сечение диска с соплами (б):
1 — диск; 2 — турбина; 3 — шпиндель; 4 — цанговый патрон; 5 — курок
Рис. 1.24. Механизированные захватные приспособления пружинного (а)
и магнитного (б) типов:
1 — винт; 2 — корпус; 3 — отвертка; 4 — пружина; 5 — магнитный стержень
30

(через паразитное зубчатое колесо), движение подачи сверлу сооб¬
щается слесарем-сборщиком поворотом трещоточного ключа.
Для сверления отверстий малого диаметра (2...3 мм) могут
быть использованы ручные пневматические дрели турбинного
типа (рис. 1.23). Через диск 1 с отверстиями-соплами воздух попа¬
дает на лопатки турбины 2, которые закреплены на шпинделе 3,
в результате чего шпиндель вместе с цанговым патроном 4 приво¬
дится во вращение. Доступ воздуха перекрывают курком 5.
Нарезание резьбы в процессе сборки — распространенная опе¬
рация. Для ее механизации применяют пневматические и элект¬
рифицированные устройства для нарезания резьбы.
Операции по завертыванию болтов, гаек, шпилек и винтов
механизируются с помощью гайко-, шпилько- и шуруповертов.
Существуют электрические, пневматические и гидравлические гай¬
коверты, в которых захватные устройства для винтов также меха¬
низированы (рис. 1.24).
На рис. 1.25 изображен двухскоростной гидравлический гай¬
коверт. В начале завинчивания, когда момент сопротивления не¬
большой, вращение от ведущего винта 1 на шпиндель 3 переда¬
ется напрямую через муфту 2; шпиндель вращается с частотой
1600 об/мин. При довинчивании момент сопротивления возрастает,
1	2	3
Рис. 1.25. Гидравлический гайковерт:
1 — ведущий винт; 2 — предельная муфта; 3 — шпиндель; 4 — зубчатая передача
(стрелками показаны направления движения масла)
31

конус муфты проскальзывает, и шпиндель получает вращение с
частотой 350 об/мин через зубчатую передачу 4. На шпинделе со¬
здается крутящий момент до 50 Н • м, что достаточно для сборки
резьбовых соединений размером до Ml2. Масса инструмента не
превышает 2,4 кг.
При выполнении сборочных операций используют различные
сборочные приспособления, которые подразделяются на устано¬
вочно-зажимные, опорные, захватывающие, запрессовочные и др.
Основные требования, предъявляемые к любому сборочному при¬
способлению, состоят в том, чтобы его конструкция обеспечива¬
ла точность установки детали или сборочной единицы, удобство
расположения собираемого объекта и простоту его закрепления,
возможность легкого снятия сборочной единицы (изделия) после
сборки, безопасность в работе.
Большое значение для точности сборки имеет определенность
базирования деталей в приспособлении. Определенность базиро¬
вания характеризуется таким относительным положением дета¬
лей в сборке, при котором процесс их соединения осуществляет¬
ся в полном соответствии с технологией и обеспечивает требуе¬
мое качество сборки.
При соединении, например, втулки и вала сопряжение воз¬
можно лишь в случае определенности базирования обеих деталей,
при котором смещение их осей е (рис. 1.26, а) не превышает наи¬
меньшей величины зазора плюс удвоенная величина фаски вала.
Выполнить такое условие по схеме, показанной на рис. 1.26, а,
очень трудно, так как втулка, не ограниченная связями в плос¬
кости опорной плиты, может занимать множество положений. Не¬
точность обработки торца втулки также может быть причиной не-
собираемости соединения из-за погрешности относительного по¬
ворота осей деталей (рис. 1.26, б). Таким образом, в обоих случаях
имеет место неопределенность ба¬
зирования. Этот недостаток устра¬
нен в схеме на рис. 1.26, в, где обе
детали базируются по поверхностям
сопряжения, что создает наиболее
благоприятные условия для дости¬
жения требуемой точности.
Неопределенность базирования
винта (рис. 1.27, а) также может
быть причиной несобираемости
соединения, если угол (5 относи¬
тельного поворота осей будет более
arctg(P/26f). Здесь Р и d — шаг и
наружный диаметр резьбы соответ¬
ственно. В схеме, представленной
на рис. 1.27, б, базирование винта
Рис. 1.26. Схемы соединений вала
и втулки при различных способах
базирования:
Q
сила прижима; s — смещение
осей собираемых деталей
32

по наружной поверхности его
стержня обеспечивает большую
определенность.
Наиболее удачный способ ба¬
зирования деталей в приспособ¬
лении такой, когда технологичес¬
кими базами являются поверхно¬
сти сопряжения; в этом случае
обеспечивается минимальная по¬
грешность установки.
К зажимным приспособлениям
предъявляют следующие требова¬
ния: крепление детали в приспо¬
соблении должно быть надежным;
зажим должен осуществляться
немногими простейшими приема¬
ми и возможно быстрее; закреп¬
ление не должно деформировать изделие или вызывать повреждение
его поверхностей; при необходимости точной установки деталей
зажимы не должны смещать их во время закрепления. При механи¬
зации сборочных работ рекомендуется применять быстродействую¬
щие пневматические и пневмогидравлические зажимные приспо¬
собления, обеспечивающие сокращение вспомогательного време¬
ни и благодаря этому снижение трудоемкости сборки на 5...7%.
На сборочных участках многих производств распространенным
видом зажимных приспособлений являются слесарные тиски,
представляющие собой универсальные приспособления для закрепле¬
ния. Преимущество их заключается в том, что в ряде случаев они
позволяют отказаться от изготовления специальных зажимных при¬
способлений, особенно если тиски имеют сменные губки, кото¬
рым можно придать любую форму в зависимости от формы зажи¬
маемой детали. Губки изготовляют из мягкой стали, латуни, меди
и алюминия. Иногда их отливают из свинца.
Однако обычные слесарные тиски с винтовым зажимом от¬
носятся к группе медленнодействующих приспособлений. Сущест¬
вуют разнообразные конструкции быстродействующих тисков: ры¬
чажные, эксцентриковые и др. Наиболее эффективными являются
конструкции с пневматическим приводом. Время, требуемое для
зажима детали, в этом случае значительно сокращается. При ис¬
пользовании, например, винтового зажима с гаечным ключом для
закрепления детали требуется 4,9 с, эксцентрикового зажима —
1,6 с, пневматического — 0,35 с. Пневматические зажимные при¬
способления обеспечивают стабильность закрепления деталей, лег¬
кость регулирования силы зажима, они освобождают рабочего от
утомительных движений, что способствует повышению произво¬
дительности труда при сборке.
а	б
Рис. 1.27. Положение деталей в
приспособлении при сборке резь¬
бового соединения в условиях не¬
определенности (а) и определен¬
ности (б) их базирования
2 MepiuKou
33

Рис. 1.28. Быстродействующий пневматический зажим:
1 — штуцер; 2 — камера; 3 — мембрана; 4 — ось; 5 — прихват; 6 — заготовка;
7 — основание; 8 — подпятник; 9 — шток; 10 — пружина
Удобны в эксплуатации нормализованные пневматические мем¬
бранные зажимы с рычагом-прихватом (рис. 1.28), создающие силу ,
зажима 250... 300 Н. Через штуцер 1 в камеру 2 поступает сжатый
воздух, прогибая мембрану 3. Под действием пружины 10 при- s
хват 5 поворачивается вокруг оси 4 стойки и высвобождает заго-
Рис. 1.29. Схема вакуумного за¬
жимного приспособления (пра¬
вая часть — до закрепления, ле¬
вая — после закрепления):
1 — сборочная единица; 2 — пли¬
та; 3 — прокладка-кольцо
товку 6. В основании 7 имеется
сферический подпятник 8, ко¬
торый позволяет штоку 9 совер¬
шать качательные движения при
разжиме и зажиме заготовки. За¬
крепление заготовки осуществля- i
ется под действием пружины 10,
когда из камеры 2 выпускают
воздух.
К группе универсальных за- ,
жимных приспособлений отно¬
сятся также струбцины: винто¬
вые, эксцентриковые и пневма¬
тические.
В ряде случаев используются
вакуумные зажимные приспо¬
собления. Монтируемую сбороч-
34

ную единицу 1 устанавливают на плиту 2 (рис. 1.29), в выточке
которой посредством вакуумного насоса создается разрежение. Для
уплотнения применяется резиновая прокладка-кольцо 3, которая
укладывается в канавку соответствующей формы. При расчете та¬
ких приспособлений следует учитывать, что наибольшая сила за¬
жима не должна превышать 0,080...0,085 МПа.
Специальные приспособления предназначены для закрепления
одного изделия или сборочных единиц определенной формы. Спе¬
циальные приспособления широко применяются в крупносерий¬
ном и массовом производствах.
Эти приспособления бывают стационарными и передвижными.
В зависимости от размеров сборочных единиц их устанавливают
на верстаке или на полу, после чего закрепляют винтовыми, экс¬
центриковыми или пневматическими зажимами. Для базирования
сборочных единиц применяют призмы, конусные центры, плос¬
кие выступы или кольцевые опоры, часто с вкладышами из мяг¬
ких сплавов, фибры или кожи.
Для удобства сборки многие стационарные приспособления
допускают поворот собираемого изделия в горизонтальной или
вертикальной плоскости. Одно из таких приспособлений-кантова¬
телей, позволяющих поворачивать собираемое изделие (автомо¬
бильный двигатель) на 180° в обе стороны, показано на рис. 1.30.
44
-ЕЕ
у
Т—L-,— . .т-1...г.
Рис. 1.30. Схема специального зажимного приспособления, применяемого
при сборке автомобильного двигателя:
1 ~ основание; 2 — кожух; 3 — электродвигатель; 4 — редуктор; 5 — зубчатые
колеса; 6 — кантователь; 7 — собираемое изделие
35

Рис. 1.31. Передвижное сборочное приспособление-стенд:
1,2 — чугунные опоры; 3 — винт; 4 — каток
После выполнения сборочных операций с одной стороны изде¬
лия 7 необходимо продолжить сборку изделия с противополож¬
ной стороны. Для этого включают электродвигатель 3, установ¬
ленный на основании 1 приспособления, и через редуктор 4 и
зубчатую пару 5 вращают кантователь 6 вместе с закрепленным в
нем собираемым изделием. После поворота на 180° кантователь
фиксируется и осуществляется дальнейшая сборка. Все вращаю¬
щиеся части приспособления закрыты защитным кожухом 2.
Если при сборке требуется точно и надежно закрепить сбороч¬
ную единицу во избежание ее смещения под действием прилагае¬
мых сил, в приспособлениях применяют пневматические зажимы
с клиновыми или рычажными усилителями.
Для закрепления сборочных единиц применяют также передвиж¬
ные сборочные приспособления-стенды, которые позволяют меха¬
низировать сборочные работы. Конструкция такого приспособле¬
ния для сборки ротора турбокомпрессора показана на рис. 1.31.
Базовую деталь сборочной единицы устанавливают на две чугун¬
ные опоры с вкладышами из алюминиевого сплава. С помощью
винта 3 можно увеличивать длину стенда от 900 до 1200 мм (для
разных роторов). Катки 4 — самоустанавливающиеся, покрытые
резиной, на шариковых опорах. Ферма тележки сварена из тонко¬
стенных стальных труб.
Для большинства операций узловой сборки могут быть созда¬
ны механизированные установки. Особенно эффективны многопо¬
зиционные установки и установки непрерывного действия.
Из конструкций многопозиционных сборочных установок не¬
прерывного действия следует отметить роторные приспособления,
36

применяемые при сборке узлов
в массовом производстве. Эти
приспособления компактны, про¬
изводительны и удобны в экс¬
плуатации. Схема одного из них
представлена на рис. 1.32. Барабан
имеет профильную канавку 7,
в которую входят ролики, уста¬
новленные на осях, закреплен¬
ных на штоках 2 Последние смон¬
тированы во вращающемся рото¬
ре. При вращении ротора штоки
совершают возвратно-поступа¬
тельное движение, используемое
при сборке для технологических
целей.
Контроль качества сборки предусматривает проверку силы за¬
жима винтовых соединений, параллельности плоскостей, соос¬
ности и перпендикулярности осей и других параметров, огово¬
ренных техническими требованиями сборочного чертежа.
Качество винтовых соединений проверяют с помощью дина¬
мометрических ключей. Динамометрические ключи имеют шкалу
и указатель, с помощью которых можно определять величину
момента в процессе затягивания винтовых соединений. Большая
часть динамометрических ключей содержит упругий элемент, под¬
вергаемый в процессе работы изгибу или скручиванию. По вели-
Рис. 1.32. Роторная установка непре¬
рывного действия для запрессовки
деталей:
1 — профильная канавка; 2 — шток
/ -
Рис. 1.33. Динамометрический
хвостовик; 2 — стрелка указателя; 3 — 1гага,г
5 — рукоятка; 6 -
ключ:
.	_	упругая пластина; 4 —
5 — рукоятка; 6 — шкала
винт;
37

Рис. 1.34. Устройство для проверки соосности валов
чине деформации этого элемента судят о величине момента. Ди¬
намометрические ключи обеспечивают отклонения от заданного
номинала больших моментов не более ±5%, малых моментов —
не более ±15 %.
Одна из конструкций динамометрического ключа представле¬
на на рис. 1.33. Хвостовик 1 для сменной головки крепится вин¬
тами к упругой пластине 3, к которой винтами 4 прикреплена
рукоятка 5. Для отсчета развиваемых крутящих моментов служит
шкала 6. Стрелка 2 указателя жестко связана с хвостовиком. Недо¬
статком этой конструкции является зависимость показаний от
положения руки на рукоятке.
На рис. 1.34 представлена схема проверки соосности валов в спе¬
циальном приспособлении. По величине зазоров а, и bt при поло¬
жениях I и II стойки судят о соосности валов. На валы накладывают
призмы со стойками и измеряют зазоры в положениях I и II. Если
а, ф а2, а Ь{ = Ьъ то в собранном узле валы несоосны; если же й, ^ а2
и Ьх ф Ьъ то валы расположены под углом друг к другу.
Параллельность валов прове¬
ряют в приспособлении по схе¬
ме, показанной на рис. 1.35. На
заданном расстоянии (в соответ¬
ствии с техническими требова¬
ниями на проверяемый узел)
производятся два замера (в сече¬
ниях А—А и В—В). Штихмас 2
в приспособлении должен быть
установлен перпендикулярно к
горизонтальным осям сечений
валов, что контролируется уров¬
нем 1, расположенным на рыча-
Рис. 1.35. Схема проверки парал¬
лельности валов:
1 — уровень; 2 — штихмас
38

Рис. 1.36. Специальное контрольное
приспособление:
1 — опора; 2 — индикатор; 3 — гильза;
4	— цилиндр; 5 — держатель; 6 — кор¬
пус
ге призмы, скользящей по верх¬
нему валу. Фактические замеры,
выполненные в двух сечениях,
сопоставляются с допускаемы¬
ми отклонениями от параллель¬
ности осей валов.
На рис. 1.36 показано еще
одно специальное контрольное
приспособление для проверки
положения гильзы цилиндра.
В корпусе 6 приспособления
на держателях 5 закрепляются три
индикатора 2. Сам корпус уста¬
навливается тремя опорами 1 на
торец цилиндра 4. Наконечники
измерительных стержней инди¬
каторов касаются также торцовой плоскости цилиндра, после чего
стрелки всех индикаторов выставляют на ноль. При горизонталь¬
ных смещениях корпуса наконечники индикаторов попадают на
торцовую плоскость гильзы 3, и по отклонению стрелок замеряют
проседание гильзы в трех точках. Таким образом контролируется
качество сборки гильзы с цилиндром.
Контрольные вопросы
1.	Что называется механизацией?
2.	Являются ли упоры механизирующим средством?
3.	Назовите индикаторные механизирующие устройства.
4.	Какие технические средства применяются при механизации конт¬
роля размеров?
5.	Назовите механизирующие устройства, используемые в сверлиль¬
ных станках.
6.	Необходимо механизировать обработку на радиально-сверлильном
станке. Какие средства механизации вы будете применять?
7.	Назовите механизирующие устройства для фрезерных станков.
8.	Каким образом можно механизировать обработку при строгании
корпусных деталей больших размеров?
9.	Какие вы знаете средства механизации сборочных работ?
10.	Назовите примеры сборочных инструментов, механизирующих про¬
цесс сборки.

Глава 2
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
2.1.	Основные понятия
Слово автомат в переводе с греческого языка означает само¬
действующий. Следовательно, автоматизация производства — это
внедрение технических устройств (машин, аппаратов, приборов,
приспособлений и др.), позволяющих осуществлять производствен¬
ный процесс без непосредственного участия человека. Автомати¬
зация производства может быть частичной.
При частичной автоматизации, например технологических
процессов или их систем, часть затрат энергии людей, включая
управление, заменяется энергией неживой природы, получаемой
в результате действия сил тяжести, электрических, магнитных,
ядерных сил и т.д.
При автоматизации могут быть применены автоматизирован¬
но-ручные, автоматизированные и автоматические технические
устройства.
Механизмы, автоматизирующие рабочие и вспомогательные
ходы, называются целевыми.
Автоматизированно-ручное техническое устройство функциони¬
рует при одновременном применении энергии людей и неживой
природы и управляется с частичным использованием энергии
неживой природы.
Техническое устройство, которое функционирует при после¬
довательном применении энергии людей и неживой природы и
которое управляется с частичным использованием энергии нежи¬
вой природы, называется автоматизированным.
Автоматическое техническое устройство функционирует и управ¬
ляется по заданному алгоритму с использованием только энергии
неживой природы без непосредственного участия людей.
К автоматической системе машин относятся автоматические
линии и участки, автоматические цехи и заводы-автоматы, робо¬
тизированные технологические комплексы, гибкие производствен¬
ные системы.
Автоматическая линия (AJI) — комплекс основного и вспомо¬
гательного оборудования, автоматически выполняющий в опре¬
40

деленной технологической последовательности и с заданным рит¬
мом весь процесс изготовления продукции. Персонал, обслужива¬
ющий АЛ, осуществляет управление линией, контроль за работой
ее агрегатов или участков, ремонт и наладку.
Роботизированный технологический комплекс — совокупность
единиц технологического оборудования, промышленного робота
и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществ¬
ляющая многократные циклы.
В автоматическом цехе основные производственные процессы
осуществляются на автоматических линиях. Автоматический цех
должен быть оборудован системой оперативного учета и анализа
выпуска продукции. Эта система позволяет в любой момент получать
данные о работе всех единиц оборудования, межоперационных за¬
пасах, количестве собранных годных и бракованных изделий.
При частой смене объектов производства AJI становятся неэф¬
фективным средством повышения производительности. Они усту¬
пают место гибким производственным системам.
Гибкой производственной системой (ГПС) называют управляе¬
мую средствами вычислительной техники совокупность техноло¬
гического оборудования, состоящего из разных сочетаний гибких
производственных модулей и (или) гибких производственных яче¬
ек, автоматизированной системы технологической подготовки
производства и системы обеспечения функционирования. ГПС
обладает свойством автоматизированной переналадки при изме¬
нении программы производства изделий, разновидности которых
ограничены технологическими возможностями оборудования
(ГОСТ 26228-90).
Составными частями ГПС являются: гибкий производственный
модуль (ГПМ), гибкая производственная ячейка (ГПЯ) и систе¬
мы обеспечения функционирования ГПС и ГПЯ.
Гибкий производственный модуль — единица технологического
оборудования, которая автоматически осуществляет технологи¬
ческие операции, способна работать автономно и в составе ГПС
или ГПЯ. В средства автоматизации ГПМ входят следующие уст¬
ройства:
числового программного управления (УЧПУ) для автоматизации
последовательности действий рабочих органов технологического обо¬
рудования, включая смену заготовок, инструмента, подачу СОЖ,
удаление отходов, а также переналадки;
адаптивного управления для автоматизации регулирования па¬
раметров технологического процесса при изменении условий его
выполнения;
контроля и измерения различных объектов во время или после
операции обработки для автоматизации подналадки оборудования;
диагностирования оборудования для выявления и устранения
неисправностей.
41

При работе в составе ГПЯ или ГПС выбор средств автоматиза¬
ции ГПМ определяется организацией информационных и мате¬
риальных потоков.
Гибкая производственная ячейка — это управляемая средствами
вычислительной техники совокупность нескольких ГПМ и систе¬
мы обеспечения их функционирования, осуществляющая комп¬
лекс технологических операций, способная работать автономно и
в составе ГПС при изготовлении изделий в пределах подготовлен¬
ного запаса заготовок и инструмента.
Разновидностью ГПЯ, в которой технологическое оборудова¬
ние расположено в принятой последовательности технологических
операций, является гибкая автоматизированная линия (ГАЛ). Такая
линия, состоящая из единиц оборудования с высокой степенью
автоматизации, позволяет обрабатывать заготовки малыми и
средними партиями; она легко переналаживается на изготовление
деталей другого типоразмера. ГАЛ для механической обработки
включает в себя группу высокоавтоматизированных станков, транс¬
портную систему автоматизированной подачи заготовок и инст¬
румента, ЭВМ с системой программного управления и ряд других
механизмов.
Гибкая производственная система, функционирующая по тех¬
нологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность
изменения последовательности использования технологического
оборудования, называется гибким автоматизированным участком
{ТКУ).
Гибкая производственная система, представляющая собой в
различных сочетаниях совокупность ГАЛ, ГАУ и роботизирован¬
ных технологических комплексов для изготовления изделий за¬
данной номенклатуры, называется гибким автоматизированным
цехом (ГАЦ). Обобщенная схема ГАЦ приведена на рис. 2.1.
ГАЦ представляет собой более высокую степень развития авто¬
матической системы машин, элементами которой являются уже
отдельные ГАЛ. Функции механизмов вспомогательных ходов вы¬
полняют сложные системы межлинейного, межучасткового и меж-
станочного транспортирования заготовок, деталей, собранных уз¬
лов и системы автоматического складирования.
Функции управления автоматизированным цехом осуществля¬
ются уже посредством автоматических и автоматизированных си¬
стем управления производством на базе вычислительной техники
с использованием центральной ЭВМ, микропроцессорной тех¬
ники, системы автоматизированного проектирования (САПР).
Кроме того, здесь уже широко используются автоматизирован¬
ные системы: управления предприятием (АСУП), инструмен¬
тального обеспечения (АСИО), технологической подготовки про¬
изводства (АСТПП), транспортно-складские системы (АТСС)
и т.д.
42

Рис. 2.1. Обобщенная схема гибкого автоматизированного цеха
Гибкий автоматизированный цех

Внедрение ГАЦ создает предпосылки перехода к гибкому авто¬
матизированному заводу (ГАЗ) с широкой комплексной автома¬
тизацией производственных процессов выпуска самой сложной
машиностроительной продукции. Такой завод, управляемый ЭВМ
различного класса, обеспечивает быстрый переход с изготовле¬
ния одного вида продукции на другой. Вместе с тем ГАЗ может
включать в себя также отдельно функционирующие неавтомати¬
зированные участки и цехи.
Система обеспечения функционирования ГПС и ГПЯ — это со¬
вокупность взаимосвязанных автоматизированных систем, управ¬
ляющих технологическим процессом, перемещением предметов
производства и оснастки: транспортно-складской (АТСС); ав¬
томатизированного контроля (САК); удаления отходов (АСУО);
управления технологическим оборудованием (АСУТО); управле¬
ния технологическим процессом (АСУТП) и т.д.
Механизация и автоматизация производства начиналась с меха¬
низации и автоматизации отдельных функций станка. Далее авто¬
матизировали циклы обработки, загрузку-выгрузку обрабатывае¬
мых деталей, межоперационное транспортирование и т. д. В табл. 2.1
представлена последовательность развития механизации и авто¬
матизации технологического оборудования.
Реализация этапов автоматизации для различных видов обо¬
рудования проходила по-разному. Так, у станков-автоматов на
первом этапе был автоматизирован рабочий цикл, в том числе
загрузка заготовок и выгрузка обработанных деталей, на втором
этапе — рабочий цикл, в том числе загрузка-выгрузка и диагнос¬
тирование. На третьем этапе загрузка заготовок, выгрузка обрабо¬
танных деталей и их штабелирование осуществляется промыш¬
ленным роботом.
Таблица 2.1
Последовательность развития механизации и автоматизации
различных видов технологического оборудования
Оборудование
Содержание этапов механизации и автоматизации
Этап I
Этап II
Этап III
Станки металлорежущие
Станки с руч¬
ным перемеще¬
нием всех узлов
и механизмов
Станки с
механизирован¬
ным перемеще¬
нием узлов
Часть узлов
требует ручного
обслуживания
44

Продолжение табл. 2.1
Оборудование
Содержание этапов механизации и автоматизации
Этап I
Этап II
Этап III
Полуавтоматы
Все рабочие хо¬
ды и часть вспо¬
могательных хо¬
дов автоматизи¬
рованы
Все рабочие хо¬
ды, часть вспомо¬
гательных ходов и
контроль цикла
автоматизированы
Автоматы с
жестким про¬
граммоносите¬
лем
Рабочий цикл,
в том числе за¬
грузка-выгрузка
обрабатываемых
деталей, автома¬
тизирован
Рабочий цикл,
в том числе за-
грузка-выгрузка и
диагностирова¬
ние, автоматизи¬
рован
Рабочий цикл
автоматизиро¬
ван; загрузка,
выгрузка и шта¬
белирование
осуществляются
промышленным
роботом
Автоматы с
цикловым
программным
управлением
Рабочие ходы в
машинах серий¬
ного производ¬
ства автоматизи¬
рованы
Автоматы с
ЧПУ
Автоматические
системы на осно¬
ве серийной эле¬
ментной базы
Автоматические
системы на базе
элементов малой
и средней степе¬
ни интеграции
Автоматиче¬
ские системы на
базе различных
ЭВМ
Многоцелевые
станки с ЧПУ,
обрабатываю¬
щие центры
Автоматическая
смена инстру¬
ментов
Автоматическая
смена инструмен¬
тов, автоматиза¬
ция загрузки за¬
готовок и съём
обработанных
деталей
Автоматическая
смена инструмен¬
тов, автоматиза¬
ция загрузки-
выгрузки обра¬
батываемых де¬
талей, в том
числе шпин¬
дельных коро¬
бок
Промышлен¬
ные роботы
(ПР)
Выполнение
транспортно-за-
грузочных опера¬
ций
Технологиче¬
ские ПР
Выполнение
операций меха¬
нической обра¬
ботки, сварки,
окраски, сборки
и т.д.
Адаптивные
технологические
ПР для механи¬
ческой обработки
45

Продолжение табл. 2.1
Оборудование
Содержание этапов механизации и автоматизации
Этап I
Этап II
Этап III
ГПМ
Использование
автооператоров,
автоматическая
смена инстру¬
мента
ПР напольного
типа, автомати¬
ческая смена
инструмента,
тактовый стол
Автоматические линии
Сблокированные
АЛ
AJI из 8 станков
(не более) для
выполнения чер¬
новых и получис-
товых операций
AJI из 10 стан¬
ков и более для
выполнения чис¬
товых операций;
возможен выпуск
готовой продук¬
ции
Несблокирован-
ные AJI (имею¬
щие межопераци-
онные заделы и
возможность не¬
зависимой работы
встроенного обо¬
рудования)
Установка нако¬
пителей между
участками AJ1
Установка бун¬
керов между от¬
дельными стан¬
ками
Использова¬
ние станков с
ЧПУ с нако¬
пителями
АЛ из оборудо¬
вания с ЧПУ (пе¬
реналаживаемые
на обработку
известных на
стадии проекти¬
рования изделий)
Использование
координатно¬
измерительных
машин (КИМ)
Комплексная
обработка изде¬
лия
Роботизирован¬
ные технологиче¬
ские комплексы
ПР выполняют
транспортные и
загрузочные опе¬
рации
ПР выполняют
транспортно-за -
грузочные и тех¬
нологические
операции
ГПС, ГАЦ и ГАЗ
ГПС
ГПМ, ГПЯ и
ГПУ с транс¬
портно-складской
системой, рабо¬
тающей внутри
ГПЯ (ГПУ)
ГАЛ с внутри-
линейной транс¬
портно-склад¬
ской и инстру¬
ментальной сис¬
темами и автома¬
тизированными
загрузкой загото-
ГАЦ
46

Окончание табл. 2.1
Оборудование
Содержание этапов механизации и автоматизации
Этап I
Этап II
Этап III
вок и выгрузкой
обработанных де -
талей, с выпол¬
нением отдель¬
ных контрольных
операций
ГАЦ, ГАЗ, спе¬
циализированные
на выпуск одного
или нескольких
однотипных изде¬
лий
Без системы
автоматизирован¬
ного контроля
Включающие
отдельные систе¬
мы автоматизиро¬
ванного контроля
Комплекс¬
ный контроль
изделия на
базе КИМ
Гибкие автомати¬
ческие производ¬
ства (ГАП): цех,
завод, состоящие
из автоматизиро¬
ванных транспорт-
но-складских сис¬
тем, ГПМ, ГПЯ,
ГАУ, ГАЦ и
имеющие самосто¬
ятельные системы
управления обору¬
дованием и произ¬
водством
Без САПР
обрабатываемых
изделий
Включающие
САПР обрабаты¬
ваемых изделий,
подготовку
управляющих
программ
Внедрение
CALS-техно¬
логий (инфор¬
мационная
поддержка
поставок и
жизненного
цикла
продукции)
Примечание. Для отдельных видов оборудования возможна дальнейшая
автоматизация, поэтому некоторые графы таблицы остались незаполненными.
Средства и методы автоматизации технологического оборудо¬
вания, указанного в табл. 2.1, будут рассмотрены в последующих
главах. В данной главе представлены только устройства, автомати¬
зирующие отдельные функции металлорежущего станка.
2.2.	Классификации средств автоматизации
металлорежущего станка
Средства автоматизации, как встроенные в станки, так и при¬
страиваемые к ним, можно разделить на пять групп.
В первую группу включаются устройства, автоматизирующие ки¬
нематическую и технологическую настройку станка. Во вторую
47

группу входят технические устройства, автоматизирующие уста¬
новку, закрепление заготовок и съём обработанных деталей.
К третьей группе относятся устройства, автоматизирующие
управление и обслуживание станка (отвод и подвод режущего
инструмента, работа по упорам, остановка суппорта в заданном
положении, получение размеров, осуществление холостых ходов,
выключение станка при завершении обработки детали или в слу¬
чае возникновения аварийной обстановки и др.).
К четвертой группе относятся приборы и механизмы активного
контроля в процессе обработки.
В пятую группу входят устройства, автоматизирующие циклы
обработки (механического, электромеханического, гидравличес¬
кого и комбинированного действия).
Следует иметь в виду, что приведенная классификация не мо¬
жет рассматриваться как окончательная. Прогресс развития ма¬
шиностроения (и станкостроения в частности) рождает новые
идеи, которые затем реализуются в конструкциях.
2.3.	Средства автоматизации различных функций
металлорежущих станков
Анализ приведенной выше классификации средств автомати¬
зации показывает, что одной из актуальных задач является авто¬
матизация кинематической настройки станка.
В станках с ручным управлением, таких как токарно-винторез-
ные, зубофрезерные, зубодолбежные, зубошлифовальные, резь¬
бошлифовальные и др., точность кинематической настройки де¬
лительных цепей непосредственно связана с точностью обработ¬
ки. Набор сменных зубчатых колес, прилагаемый к двухпарным
гитарам таких цепей, обычно состоит из 70—60 колес. Чтобы точ¬
но подобрать две пары сменных колес для реализации заданного
передаточного отношения, т. е. необходимого для получения, на¬
пример, точного шага зубьев у обрабатываемого изделия, техно¬
логу придется выполнить 804 вычислений. Только в этом случае он
сможет выявить, какими четырьмя сменными зубчатыми колеса¬
ми из прилагаемого набора к данному станку можно наиболее
точно реализовать необходимое передаточное отношение. В табли¬
цах для подбора зубчатых колес, составленных М. В. Сандаковым,
М. И. Петриком и другими, приводятся значения десятичных дро¬
бей, которые рекомендуется заменять числами зубьев четырех
сменных зубчатых колес. Нередко оказывается, что рекомендуе¬
мые сменные колеса отсутствуют в наборе конкретного станка.
Поэтому в настоящее время, при наличии персональной ЭВМ
(ПЭВМ), настройку делительных и дифференциальных цепей на¬
званных выше станков можно поручить ПЭВМ.
48

На рис. 2.2 представлен алгоритм автоматизированного подбо¬
ра сменных зубчатых колес однопарной гитары станка на ПЭВМ.
Автоматизация расчетов настройки кинематических цепей ме¬
таллорежущих станков не только сокращает время расчета, но и
повышает точность кинематической настройки (воспроизведе¬
ние заданного передаточного отношения через сменные зубча¬
тые колеса, взятые из набора конкретных гитар станка). Алго¬
ритм подходит для любой модели станка, где имеются однопар¬
ные гитары.
В соответствии с приведенным алгоритмом составляется про¬
грамма на любом языке (Фортран, Паскаль и др.) и вводится с
клавиатуры (или с дискеты) в память компьютера. Технологу
Рис. 2.2. Алгоритм автоматизированной настройки однопарной гитары
станка
49

остается подставить исходные данные (о заготовке или режущем
инструменте) и через две-три секунды получить ответ, какими
сменными зубчатыми колесами, взятыми из набора к данной ги¬
таре, можно наиболее точно настроить конкретную кинематиче¬
скую цепь. Методика составления программ по данной схеме сле¬
дующая.
После описания переменных (блок 1) вводится одномерный
массив Z(K), который представляет собой набор, состоящий из К
сменных зубчатых колес, и условие сцепляемости этих колес
SUM = const (блок 2). Далее записывается формула настройки дан¬
ной кинематической цепи (блок 3), т.е. теоретически необходи¬
мое передаточное отношение UT, которое требуется рассчитать и
затем воспроизвести сменными зубчатыми колесами.
Присвоив К\ = 0 (блок 4), запишем в программе цикл от К = 1
до Ктах (блок 5).
Присвоив А = Z(K) (блок 6), определим второе сменное зубча¬
тое колесо В - SUM - А (блок 7). В блоке 8 вычисляется фактичес¬
кое передаточное отношение Щ.
В блоке сравнения необходимо записать условие, по которому
будет сравниваться это передаточное отношение с заданным, т. е. с
Ur. Предположим, что подобранное передаточное отношение (т.е.
фактическое Щ) не должно быть больше заданного, т.е. £/т - £/ф > 0.
Это неравенство записываем в блоке 9.
В блоке 10 передаточным отношениям, которые удовлетворили
неравенству, присваиваются новые порядковые номера Кх. Из этих
передаточных отношений строится новый массив (блок 11), из
которого сервисная подпрограмма (блок 12) выбирает порядко¬
вый номер NMAX, соответствующий передаточному отношению
с наибольшим значением. После этого выбирается первое смен¬
ное зубчатое колесо А = Z(NMAX) (блок 13), а затем и второе
В = SUM - А (блок 14). Результаты выводятся на печать (блок 15).
На рис. 2.3 представлен алгоритм для подбора сменных зубча¬
тых колес для двухпарной гитары.
Программа начинается с блока 1 — описание переменных.
Блок 2 — ввод массива, состоящего из набора сменных зубчатых
колес, предназначенного для гитары конкретной кинематичес¬
кой цепи. Блок 3 — запись формулы настройки передаточного от¬
ношения данной кинематической цепи, т. е. здесь подсчитывается
теоретически необходимое передаточное отношение Хг данной
гитары. В блоках 4 и 5 последовательно перебираются зубчатые
колеса из набора до тех пор, пока не определится первая пара
колес А и В, которые удовлетворяют условиям сцепляемости для
первой пары, записанным в блоке 9.
Кроме того, программа обязательно должна содержать условие
I ф J (здесь / и J — порядковые номера колес в массиве). Это
означает, что если для сменного колеса А из набора взято пятое
50

Рис. 2.3. Алгоритм автоматизированной настройки двухпарной гитары
станка
51

по счету колесо, т. е. А = Z(I) = Z(5), то для колеса В пятое колесо
уже не может быть выбрано, поскольку из набора оно изъято. Дан¬
ное требование и записано в блоке 6.
Аналогичным образом подбирается вторая пара сменных ко¬
лес Си D. Но здесь уже требуется, чтобы 1ф Jф К ф L. Указанное
условие оговаривается в блоках 11 и 13.
В блоке 16 записываются условия сцепляемости для второй пары
сменных колес. После этого вычисляется фактическое передаточ¬
ное отношение Хф (блок 17), которое может быть реализовано на
станке.
В блоке 18 фактическое передаточное отношение сравнивается
с теоретическим, рассчитанным в блоке 3. Например, передаточ¬
ные отношения, которые не удовлетворяют условию Хф < Хт, бу¬
дут игнорироваться.
Далее программа может быть записана в нескольких вариантах.
Можно вывести на печать все передаточные отношения и смен¬
ные зубчатые колеса, реализующие их. В этом случае объем инфор¬
мации будет слишком большим и пользователю самому придется
выбирать передаточное отношение, которое наиболее близко к
заданному Хт.
В другом варианте программа будет запоминать Хф и далее, при
каждом новом переборе массива сменных колес, сравнивать раз¬
ность - Хт. В конце останется то передаточное отношение,
которое даст наименьшую разность. При таком написании про¬
граммы пользователю остается, введя исходные данные в блок 3,
через 3... 5 с получить ответ, какими сменными колесами гитары
А, В, Си D можно наиболее точно настроить заданную кинемати¬
ческую цепь, так как программа выдаст на печать фактическое
передаточное отношение, наиболее близкое к заданному (теоре¬
тически рассчитанному).
Устройства, автоматизирующие установку и закрепление заго¬
товок, а также съём обработанных деталей (устройства второй груп¬
пы согласно принятой классификации) будут рассмотрены в сле¬
дующей главе применительно к станкам-автоматам.
Подробно остановимся на устройствах третьей группы, авто¬
матизирующих отвод и подвод режущего инструмента, остановку
движения подачи, работу по упорам и т.д.
При обработке деталей на токарных станках автоматизация от¬
вода и подвода резца приобретает большое значение. Конструкция
механизмов, применяемая для рассматриваемой цели, должна быть
увязана с конструкцией механизма для автоматического возвра¬
щения суппорта в исходное положение (в том случае, когда оба
механизма применяются одновременно).
На рис. 2.4 показан механизм автоматического отвода резца,
применяемый на токарно-винторезном станке. Выступающая часть
корпуса 1, закрытая крышкой, укрепляется в резцедержателе
52

Рис. 2.4. Устройство, автоматизирующее отвод резца:
/ — корпус; 2 — винт; 3, 17 — вкладыши; 4 — штырь; 5, 15 — пружины; 6 — ползун;
7— ролик; 8 — ось; 9— рукоятка; 10— головка; 11 — ролик; 12 — храповичок;
13 — пластинчатая пружина; 14 — скоба; 16 — фиксатор; 18 — резец
суппорта. С ползуном 6, скользящим внутри корпуса, связан ре¬
зец 18, имеющий цилиндрический шлифованный стержень. За¬
зор между ползуном 6 и корпусом регулируется вкладышами 3, 17
и винтами 2. В рабочем состоянии ползун удерживается фиксато¬
ром 16. При автоматическом передвижении суппорта ролик 11
встречает упор, закрепленный на станине станка, и, приподни¬
маясь, выводит фиксатор из гнезда. При этом ползун отскакивает
под действием пружины 5, упирающейся в выступающую часть
штыря 4, запрессованного в корпус. Возвращение ползуна в ис¬
ходное положение производится роликом 7, который перемеща¬
ется поднятием рукоятки 9, вращающейся на оси 8. Одновремен¬
но с этим скоба 14 поднимается пружиной 15 кверху, а фиксатор
устанавливается в свое гнездо.
Описанный механизм можно использовать и для отвода резца
при нарезании резьбы, для чего в его конструкцию введено опе¬
режающее устройство, которое обеспечивает более ранний, чем
на предыдущем проходе, отвод резца, что необходимо при отсут¬
ствии на заготовке канавок для вывода резца. Это устройство
состоит из храповичка 12 и фиксирующей пластинчатой пру¬
жины 13. В рабочее положение храповичок устанавливается голов¬
кой 10. В момент завершения обработки устройство отскакивает
(а вместе с ним резец и поперечные салазки), что вызывает удар¬
ную нагрузку.
Предложено устройство, которое осуществляет плавный отвод
резца (рис. 2.5, а). Втулка 4 с фигурным пазом (рис. 2.5, б) навин¬
чивается на ходовой винт 1 поперечных салазок суппорта. В этот паз
входит конец винта 2, который не имеет осевого перемещения.
Рукоятка 3 в конечных положениях (при подводе и отводе) по¬
ворачивается упором (угол поворота до 60°); одновременно с ней
53

Рис. 2.5. Механизм, автоматизирующий отвод и подвод резца (а),
и развертка паза втулки (б):
1 — ходовой винт; 2 — винт; 3 — рукоятка; 4 — втулка
поворачивается и винт 2, вызывая перемещение втулки 4. Таким
образом подводятся и отводятся поперечные салазки.
Для автоматического получения размеров в процессе обработ¬
ки деталей необходимо работу по упору сочетать с работой меха¬
низма, автоматизирующего останов суппорта. К таким механиз¬
мам относятся: механизм падающего червяка, муфты различных
конструкций, конечные выключатели и переключатели, а также
микропереключатели.
Механизм падающего червяка (рис. 2.6), встраиваемый в фартук
токарно-винторезных станков, позволяет отключать продольное
движение подачи суппорта, когда неподвижный упор 1 останав¬
ливает каретку станка. Движение на червячную пару передается от
ходового вала станка через цилиндрические колеса zjzi, Zi/Z$ и
Zi/Z\, а также шарнир Гука 2. Червяк 4 на валу 3 не закреплен, а
вращение он получает через полумуфту 8, которая поджата пру¬
жиной 9. Червячное колесо 5 кинематически связано с реечным
колесом 7, которое, обкатываясь по рейке 6, перемещает суппорт
в продольном направлении.
Рис. 2.6. Схема механизма падаю¬
щего червяка:
1 — неподвижный упор; 2 — сфери¬
ческий шарнир; 3 — вал; 4 — червяк;
5	— червячное колесо; 6 — рейка; 7 —
реечное колесо; 8 — фрикционная по-
лумуфта; 9 — пружина; 10 — регули¬
руемая опора; 11 — рукоятка; 12 —
рычажная система
54

Рис. 2.7. Предохранительная кулачковая муфта:
1, 3 — левая и правая полумуфты; 2 — штифт; 4 — пружина; 5, 7 — гайки;
6, 9 — втулки; 8 — болт
При подходе к упору суппорт останавливается. Реечное колесо,
опоры вала которого закреплены в суппорте, не может обкатывать¬
ся по рейке, следовательно его вращение прекращается. Вслед за
ним перестает вращаться и червячное колесо. Но червяк продол¬
жает получать вращение от вала 3 и начинает ввинчиваться в чер¬
вячное колесо, перемещая полумуфту вправо. При этом рычажная
система 12 отклоняется и опора 10 падает. Точность продольного
размера при работе по упору в этом случае достигает 0,01...0,03 мм.
Для включения механизма червяк вновь подводят под опору, под¬
нимая рукоятку 11.
Неподвижный упор можно сочетать с муфтами (зубчатыми и
муфтами трения). На рис. 2.7 показана кулачковая муфта, которая
ставится между выходным валом коробки подач и ходовым валом.
Полумуфта 1 жестко связана штифтом 2 с выходным валом ко¬
робки подач, а полумуфта 3 соединяется шпонкой с правой частью
ходового вала, благодаря чему она может перемещаться вдоль его
оси. Пружина 4 удерживает полумуфты во включенном положе¬
нии. Гайкой 5, навинченной на втулку 6, регулируется осевое уси¬
лие пружины 4. Втулка 6 крепится на
ходовом валу болтом 8 и втулкой 9,
которые стягиваются гайкой 7.
Когда суппорт касается неподвиж¬
ного упора, зубья полумуфт 1 и 3 на¬
чинают проскальзывать и продольное
движение суппорта прекращается. Од¬
ним из преимуществ рассмотренной
муфты является обеспечение постоян¬
ства усилия, действующего на упор.
На рис. 2.8, а, б приведены профи¬
ли зубьев кулачковых муфт, рекомен- Рис. 2.8. Симметричный (а) и
дуемых к применению при больших несимметричный (б) профи-
значениях передаваемых крутящих мо- ли зубьев кулачковых муфт
55

Рис. 2.9. Однокнопочный конечный
выключатель:
1 — контактное кольцо; 2 -
ка; 3 — контакт; 4 -
прокл ад-
шток
ментов. Число зубьев принима¬
ется от 5 до 11. Несимметричный
профиль следует применять при
одностороннем вращении.
В тех случаях, когда резец ра¬
ботает на проход, для выключе¬
ния автоматической подачи при¬
меняются конечные выключате¬
ли, переключатели и микропе¬
реключатели. В соответствующий
момент выключается электро¬
двигатель движения подачи, а
при его отсутствии — электро¬
двигатель главного движения
станка. После выключения элек¬
тродвигателя суппорт по инерции проходит дополнительный путь,
пока его кинетическая энергия не израсходуется полностью на
преодоление сил трения. Путь, пройденный по инерции, зависит
от скорости и массы движущихся частей, а также от сил трения.
Если конечные выключатели применяют для получения точных раз¬
меров по длине, то при настройке на размер следует учитывать вели¬
чину пути, проходимого суппортом по инерции.
Для автоматической остановки суппорта используются и нестан¬
дартные электрические устройства, например контактные конеч¬
ные выключатели (рис. 2.9). Цепь замыкается через контакты 3, про¬
ходящие через фибровую прокладку 2 и контактное кольцо 1. Раз¬
мыкание цепи происходит при перемещении штока 4 суппортом,
движущимся по инерции.
В тех случаях, когда вместе с остановкой станка требуется вклю¬
чение светового сигнала, применяют двухкнопочные конечные
выключатели. Одна из кнопок выключает электродвигатель, а дру¬
гая включает световой сигнал.
Рассмотренные устройства позволяют автоматизировать неко¬
торые функции токарных станков.
Для автоматизации ускоренных перемещений стола фрезерного
станка предназначен механизм, показанный на рис. 2.10. К торцо¬
вой части стола 1 прикреплен корпус 2 механизма, к которому
привернут электродвигатель 5. На конец ходового винта 7посаже¬
но на шпонку и закреплено гайкой 4 косозубое колесо J, сцеп¬
ляющееся с колесом 6, сидящем на выходном валу электродви¬
гателя.
При включении станка начинает работать и механизм ускорен¬
ного перемещения стола. Заготовка подводится к фрезе со скоро¬
стью 4,5 м/мин. В соответствующем месте упор 13 нажимает на
штифт конечного выключателя 12, что сопровождается выключе¬
нием электродвигателя ускоренного хода. Вслед за этим фрезеров-
56

1	2	3	4	5
Рис. 2.10. Стол фрезерного станка с механизмом ускоренного перемещения:
1 — стол; 2 — корпус механизма; 3, 6 — косозубые колеса; 4 — гайка; 5 — электродвигатель; 7 — ходовой
винт; 8, 13 — неподвижные упоры; 9 — рукоятка; 10 — подвижный упор; 77, 12 — конечные выключатели

хцик поворотом рукоятки 9 вклю¬
чает рабочую подачу. В момент
завершения обработки подвиж¬
ный упор 10 переводит рукоят¬
ку 9 в нейтральное положение,
нажимая при этом на штифт
конечного выключателя 11 —
двигатель 5 включается. Движе¬
ние завершается в тот момент,
когда упор 8 нажмет на штифт
конечного выключателя.
На рис. 2.11 приведена схема
комбинированного электроме¬
ханического устройства, автома¬
тизирующего цикл обработки на
фрезерном станке. Здесь маточ¬
ная гайка 4 ходового винта свя¬
зана со столом 2 посредством
пружин 3 и 5, натяжение которых должно быть отрегулировано по
наибольшему усилию подачи. На станке имеются упоры 1 и 7. Стол
при перемещении влево, дойдя до упора 1, остановится, но винт
станка продолжает вращаться, и гайка навертывается на него, сжи¬
мая при этом пружину. Контактный винт 8, дойдя до путевого
переключателя, нажимает на него, и происходит реверсирова¬
ние или выключение электродвигателя. Время выдержки в конце
хода обеспечивается регулированием контактного винта в ма-
1	2	3	4	5	6	7
Рис. 2.11. Схема комбинированного
электромеханического устройства
для фрезерного станка:
1, 7— упоры; 2 — стол; 3, 5 — пружи¬
ны; 4 — маточная гайка; 6 — ходовой
винт; 8— контактный винт; М — элек¬
тродвигатель
Рис. 2.12. Схема устройства, автоматизирующего останов
шлифовального круга:
1 — реле управления; 2 — миниметр; 3 — электромагнит; 4 — сердечник;
5 — стопор; 6 — рукоятка; 7 — пружина
58

точной гайке. При использовании этого устройства следует при¬
менять жесткие пружины 3 и 5, чтобы подача была равномерной.
Из устройств, автоматизирующих обработку на шлифовальных
станках, рассмотрим два, относящихся к устройствам третьей груп¬
пы. На рис. 2.12 показана схема устройства, с помощью которого
автоматически прекращается шлифование в момент получения за¬
данного диаметрального размера при соответствующем показа¬
нии миниметра 2. К электрическому контакту миниметра подво¬
дится ток напряжением 12 В. В устройстве имеется реле управле¬
ния 1, состоящее из понижающего трансформатора А, выпрями¬
теля Б, сопротивления Г, электромагнита телефонного реле Д с
контактом Е.
При замыкании контакта миниметра срабатывает реле 1 и за¬
мыкается контакт Е, включая электромагнит 3, связанный с маг¬
нитным пускателем. Происходит втягивание сердечника 4 и пере¬
мещение Вместе с ним стопора 5, вследствие чего пружина 7 по¬
ворачивает рукоятку 6, и шлифовальный круг отводится от обра¬
батываемой поверхности. Описанное устройство дает возможность
шлифовать детали, имеющие допуски 0,010...0,015 мм.
К устройствам, автоматизирующим контроль обрабатываемых
деталей в процессе шлифования, относятся измерительные уст¬
ройства индуктивного, контактно-индуктивного и рычажного
типов.
Измерительным органом индуктивного устройства (рис. 2.13)
является индуктивный преобразователь, принцип действия кото¬
рого основан на зависимости индуктивного сопротивления катушки
от зазора в магнитной цепи, изменяющегося пропорционально пе¬
ремещению измерительного стержня 1.
1 — измерительный стержень; 2, 3 —
электромагниты; 4 — якорь; 5 — пру¬
жина; 6 — показывающее устройство
ное устройство для автоматического
контроля обрабатываемой детали
Рис. 2.13. Индуктивное измеритель- 2
в процессе шлифования:
6
59

Якорь 4, подвешенный с помощью плоской пружины 5, поме¬
щен между полюсами электромагнитов 2 и 3. Катушки электро¬
магнитов питаются переменным током через трансформатор и
стабилизатор напряжения. Сила тока определяется величиной сме¬
щения якоря от нейтрального положения. Сопротивление повы¬
шает чувствительность к изменению размера. Перемещение якоря
производится измерительным стержнем 1 и фиксируется показы¬
вающим устройством 6.
К преимуществам индуктивных измерительных устройств от¬
носятся отсутствие электрических контактов, высокая произво¬
дительность и точность измерений в процессе обработки.
При использовании измерительного устройства контактно-ин-
дуктивного типа на шлифуемую шейку обрабатываемой детали
надевается скоба, снабженная контактно-индуктивным преобра¬
зователем (датчиком) перемещений. В момент достижения задан¬
ного размера срабатывает электроконтактная часть преобразова¬
теля, и с помощью исполнительного механизма прекращается по-
Рис. 2.14. Контрольное устройство для измерения отверстия в процессе
шлифования:
/ — измерительные наконечники; 2 — контролируемое отверстие; 3 — рычаги;
4	— миниметр; 5 — корпус; 6, 8 — плоские пружины; 7— суммирующий рычаг;
9 — шток
60

дача шлифовального круга и включается световой сигнал. Погреш¬
ность устройства ±0,003 мм.
Для контроля диаметра отверстий в процессе шлифования ре¬
комендуется использовать устройства рычажного типа, обеспечи¬
вающие точность измерения ±0,002... 0,003 мм при чистовом шли¬
фовании в хороших условиях и ±0,006... 0,008 мм в исключительно
тяжелых условиях. Устройства данного типа предназначены для
контроля сквозных, глухих, цилиндрических, конических, фа¬
сонных и шлицевых отверстий диаметром 20... 250 мм. Устройства
не реагируют на изгиб и отжим шпинделя, на вибрации станка и
обрабатываемой детали, отличаются простотой настройки, дол¬
говечностью и хорошей стабильностью срабатывания при изме¬
рительном усилии 10... 12 Н.
Устройство рычажного типа показано на рис. 2.14. Измеритель¬
ные наконечники 7, связанные с рычагами 3, прижимаются к
поверхности контролируемого отверстия 2. Через шток 9 с помо¬
щью двух плоских пружин 6 и <? движение передается на суммиру¬
ющий рычаг 7, находящийся внутри корпуса 5. Размеры считыва¬
ются по миниметру 4. Устройство настраивают по образцам или
по точно обработанным ранее деталям, при этом необходимо кор¬
ректировать размеры с учетом тепловых деформаций и других
факторов.
Контрольные вопросы
1.	Что такое автоматизация производства?
2.	Расшифруйте аббревиатуры: ГПС, ГПЯ, ГАЛ.
3.	Как называется цех, в котором загрузка заготовок в первичный
накопитель осуществляется вручную, а остальные технологические про¬
цессы (обработка, межоперационное транспортирование, сборка) авто¬
матизированы?
4.	Что вы знаете об автоматизации расчета кинематической настройки
станка?
5.	Назовите примеры механизмов, автоматизирующих остановку суп¬
порта токарного станка с ручным управлением.
6.	Какие вы знаете автоматизирующие устройства, применяемые на
фрезерных станках?
7.	Можно ли контролировать размеры обрабатываемой детали в про¬
цессе шлифования?
8.	Какие вы знаете устройства, автоматизирующие остановку станка
при шлифовании тел вращения?

Глава 3
ЦЕЛЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ, АВТОМАТИЗИРУЮЩИЕ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
3.1.	Зажимные механизмы для закрепления заготовок
Закрепление заготовок в рабочей позиции станка и автомати¬
ческой линии должно выполняться таким образом, чтобы в тече¬
ние последующего цикла обработки они совершали заданные пе¬
ремещения, не изменяя положения относительно базы крепле¬
ния (зажима). Зажимной механизм является одним из важнейших
целевых механизмов, и вся его работа происходит без вмешатель¬
ства человека.
В автоматах различного технологического назначения зажимные
механизмы имеют свою специфику. Например, в токарных прутко¬
вых автоматах они передают вращающемуся прутку необходимые
для процесса резания скорость и крутящий момент, в агрегатных
станках и AJT удерживают заготовки во время их обработки.
При проектировании зажимных механизмов следует обеспечить:
надежность зажима (силы закрепления должны превышать воз¬
никающие усилия резания и не допускать перемещения заготовки
под их действием);
концентричность при зажиме симметричных профилей неза¬
висимо от колебаний размеров заготовки;
стабильность силы зажима заготовок;
требуемую жесткость зажима, устраняющую возможность воз¬
никновения вибраций при обработке;
легкость наладки и переналадки для станков и автоматов, ра¬
ботающих в условиях быстросменяемого производства;
постоянство силы зажима при допустимых отклонениях разме¬
ров зажимаемых поверхностей;
долговечность;
минимальную погрешность базирования закрепленных заготовок;
конструктивную простоту и малые габаритные размеры;
защиту от попадания стружки и других отходов производства.
Все зажимные механизмы можно разделить на две группы.
1.	Механизмы, предназначенные для зажима симметричных
заготовок (прутков, труб, штучных деталей, зажимаемых по круг¬
лым, квадратным, шестигранным поверхностям).
62

2.	Механизмы, предназначенные для зажима заготовок произ¬
вольной формы (корпусных деталей, кронштейнов, плит).
Привод зажимного механизма осуществляется от общего при¬
вода станка через механические передачи либо от индивидуаль¬
ного пневмо-, гидро- и электродвигателя.
Зажимные механизмы классифицируют по типу зажимного
элемента и источнику силы зажима. Так, по типу зажимного эле¬
мента механизмы могут быть цанговыми, кулачковыми, рычаж¬
ными, шариковыми, мембранными, электромагнитными, ваку¬
умными и гидропластовыми. В зависимости от источника, создаю¬
щего силу зажима, различают механизмы с силовым замыканием
(грузом, пружиной, пневматически, электродвигателем, элект¬
ромагнитом) и с жестким замыканием за счет деформации пере¬
даточного и зажимного звеньев.
Зажимные механизмы для симметричных заготовок простой
формы состоят из зажимного элемента (цанги, кулачка, оправки,
захвата и др.), приводного звена, создающего силу зажима (гид-
ро- и пневмоцилиндра, пружины, механического привода), и
передаточных звеньев (рычагов, труб).
В автоматах наибольшее применение получили цанговые зажим¬
ные механизмы, которые позволяют закреплять заготовки с раз¬
мерами от 0,5 до 100 мм.
Зажимная цанга (рис. 3.1, а) представляет собой стальную за¬
каленную втулку с прорезанными шлицами, которые образуют
пружинящие лепестки цанги. Концы этих лепестков выполнены в
виде губок, имеющих снаружи шлифованный конус, а внутри —
поверхность с насечкой по форме прутка (рис. 3.1, б). Обычно
цанга имеет три лепестка, реже четыре; последние более просты в
изготовлении, однако усилия между отдельными лепестками в этих
цангах распределяются неравномерно. Существует три типа зажим¬
ных цанг.
Рис. 3.1. Зажимная цанга (а) и формы ее внутренней поверхности (б)
63

Цанги типа I (рис. 3.2, а) имеют прямой конус. Зажимная
труба 3 перемещает цангу 1 вправо, и за счет конусной расточки
в гайке 4, навинченной на шпиндель 2, лепестки цанги сжимают¬
ся и закрепляют пруток.
Преимущество зажимного механизма этого типа — простота
конструкции. Однако при подаче материала может произойти са-
мозатягивание цанги, и пруток будет подан на меньшую величи¬
ну осевого размера. Кроме того, при резании осевая сила Рж от
инструмента стремится разжать цангу, так как направлена в сто¬
рону, противоположную силе зажима Q. И третьим недостатком
является плохое центрирование цанги из-за применения упор¬
ной гайки. Цанги типа I в автоматах применяются сравнительно
редко — в тех случаях, когда не требуется высокая точность за¬
жима заготовок.
Цанги типа II (рис. 3.2, б) имеют обратный конус. Для зажима
прутка необходимо, чтобы сила Q была направлена в ту же сторо¬
ну, что и сила Рос. Зажим прутка производится перемещением
зажимной трубы влево вместе с цангой 1, которая образует с за¬
жимной трубой 3 резьбовое соединение. Преимущества цанг этого
типа: конус расточен непосредственно в шпинделе 2, поэтому
центрирование обеспечено; во время подачи прутка не происхо¬
дит заклинивания; осевое усилие от инструмента только увеличи¬
вает силу зажима прутка. К недостаткам цанг можно отнести сле¬
дующие: изнашивание конусной расточки шпинделя; частые разры¬
вы резьбового соединения между зажимной трубой 3 и цангой 7;
не обеспечивается точная подача по длине, так как в процессе
закрепления пруток несколько отходит от упора. Цанги типа II
применяются в многошпиндельных автоматах.
2
1
Я
7
1
Q
3	2	1
3	— зажимная труба; 4 — гайка;
5	— пружина; 6 — стакан
1 — цанга; 2 — шпиндель станка;
Рис. 3.2. Цанговые зажимы
типов I (а), II (б), III (в):
в
64

Цанги типа III (рис. 3.2, в) также имеют обратный конус, но
упираются не в шпиндель, а в гайку 4 передней частью лепестков
(не конусом, как цанги типа I). Для зажима прутка к стакану 6
через зажимную трубу 3 прикладывается сила Q, при этом стакан
находит своим внутренним конусом на лепестки цанги — пруток
закрепляется без осевого смещения. В этом главное преимущество
цанг типа III. При разжиме прутка зажимная труба отводится вле¬
во, а под действием пружины 5 вслед за ней перемещается и ста¬
кан, причем цанга под действием этой же пружины остается при¬
жатой к гайке. Как видим, цанги этого типа лишены недостатков
типов I и II.
Основным недостатком цанговых механизмов типа III являют¬
ся большие габаритные размеры, из-за чего их не применяют в
многошпиндельных автоматах, где особенно важно уменьшить
размеры по диаметру шпинделя. Этот тип цанг широко использу¬
ется в одношпиндельных автоматах.
В прецизионных автоматах для обработки с небольшими уси¬
лиями резания применяют цанги с шлифованным отверстием,
благодаря чему поверхность прутка в местах зажима не портится.
При больших усилиях резания необходимо передавать прутку боль¬
шой крутящий момент. Для увеличения трения между прутком и
цангой на внутренней поверхности ее лепестков выполняют раз¬
личного вида насечки.
Цанговые механизмы служат также для закрепления заготовок
по диаметру отверстия. На рис. 3.3 показан цанговый механизм для
Рис. 3.3. Цанговый механизм для закрепления заготовки
по диаметру отверстия:
1 — тяга; 2 — заготовка; 3 — грибок; 4 — цанга; 5 — коническая оправка;
6 — втулка
65

закрепления подшипникового
кольца по его внутреннему диа¬
метру. При перемещении тяги 1
влево грибок 3 надвигает цангу 4
на конус 5, лепестки цанги рас¬
ходятся и зажимают кольцо по
внутренней цилиндрической
поверхности. Упорная втулка 6
фиксирует заготовку в осевом
положении.
Штучные заготовки закреп¬
ляют с помощью цанговых за¬
жимов по наружному диаметру.
В этом случае цанги выполняют
с базовым упорным торцом, что¬
бы обеспечить точное осевое по¬
ложение заготовки.
Штучные заготовки закреп¬
ляют также с помощью автома¬
тизированных трехкулачковых
патронов, один из которых пред¬
ставлен на рис. 3.4. Втулка 1, свя¬
занная со штоком 2 поршня пневмоцилиндра (или другого при¬
вода), перемещает выступ 3 разноплечего рычага 4, который, по¬
ворачиваясь вокруг неподвижной оси 5, перемещает кулачок 7 к
центру. Таких кулачков три, и патрон работает как самоцентриру-
ющий. Для настройки кулачков на новый размер их перемещают в
пазах патрона винтами 6.
Зажимные механизмы для заготовок произвольной формы необ¬
ходимы для оснащения фрезерных, агрегатных и других станков и
автоматических линий, так как установка и закрепление загото¬
вок на них производится в специальных приспособлениях.
Закрепление заготовки в приспособлении должно обеспечить
постоянство ее положения под действием сил резания в процессе
обработки. В то же время закрепление не должно вызывать боль¬
ших деформаций заготовки и корпусов приспособлений, в кото¬
рых расположены направляющие втулки, во избежание снижения
точности обработки. Силу зажима необходимо рассчитывать в за¬
висимости от сил резания.
При определении сил резания, особенно при выполнении чер¬
новых операций, следует учитывать возможность обработки заго¬
товки с увеличенными по сравнению с расчетными припусками.
В связи с этим силу зажима Q принимают с запасом 1,5 — 2 по
отношению к расчетному значению. Если силы резания отжимают
заготовку от баз, то силу Q увеличивают не менее чем в 2,5 раза,
а зажимной механизм выполняют повышенной жесткости.
66
Рис. 3.4. Трехкулачковый патрон
с пневмоприводом для зажима
штучных заготовок:
1 — втулка; 2 — шток; 3 — выступ ры¬
чага; 4 — рычаг; 5 — неподвижная ось;
6 — винт; 7 — кулачок

Рис. 3.5. Приспособление для закрепления головки блока цилиндров
при обработке на фрезерном станке, встроенном в AJI:
1 — заготовка; 2, 12 — планки; 3 — гидроцилиндр; 4, 9— прихваты; 5, 8— тяги;
6 — коромысло; 7 — шайба; 10 — штифт; 11 — паз; 13 — торцовая фреза
Пример закрепления заготовки головки блока цилиндров с
помощью специального приспособления на фрезерном станке,
встроенном в AJI, показан на рис. 3.5. При обработке фрезой 13
заготовка 1 прижимается к боковым базовым планкам 2 двумя
гидроцилиндрами 3 с помощью коромысла 6, тяг 5 и 8 и Г-образ-
ных прихватов 4 и 9. При отжиме прихваты 4 и 9, сквозь пазы 11
которых проходят штифты 10, отводятся соответственно вверх и
вниз, обеспечивая транспортирование заготовки вдоль AJI. При¬
способление находится на одной из первых позиций AJI, когда
отверстия под фиксаторы в заготовке еще не обработаны. Поэтому
она базируется по планкам 2 и 12, создающим пять опорных то¬
чек; шестая точка заменяется силовым замыканием. Шайба 7, за¬
крепленная на штоке гидроцилиндра 3, нажимает на конечный
выключатель, контролирующий отжим обработанной заготовки.
Привод зажимных механизмов может осуществляться с исполь¬
зованием механических, гидравлических, пневматических и дру¬
гих систем. При закреплении заготовок произвольной формы в
приспособлениях для станков, входящих в АЛ, необходимо обес-
67

Рис. 3.6. Принципиальные схемы механизма зажима с силовым (а)
и жестким (б) замыканием:
1 — ведущее звено; 2 — промежуточное звено; 3 — ведомое звено; 4 — заготовка
печивать возможность регулирования силы зажима в достаточно
широком диапазоне. Этому требованию отвечают приводы с гид¬
роцилиндром. Создаваемую гидроцилиндром силу зажима регули¬
руют с помощью предохранительного или редукционного клапа¬
нов.
В рассмотренном выше примере (см. рис. 3.5) зажимной меха¬
низм имеет привод с силовым замыканием. Принципиальная схе¬
ма зажимного механизма с силовым замыканием приведена на
рис. 3.6, а. Источником силы зажима (ведущим звеном) может
служить пружина, груз, гидропластовые, пневматические или гид¬
равлические устройства. При такой системе зажима разброс раз¬
меров заготовки серьезного значения не имеет, так как влияет
только на изменение силы зажима.
На рис. 3.7 показан пневматический привод для цанговых и
кулачковых патронов. Пневмоцилиндр 7 имеет поршень 6, кото¬
рый соединен со штоком 5, связанным с валиком 4, находящим¬
ся в шпинделе 1. Валик соединен с цангой 3, расположенной в
корпусе патрона 2.
Для зажима заготовки воздух подается через штуцер 9, кольце¬
вую выточку и канал 10 в правую полость цилиндра. При этом
поршень идет влево, а шток увлекает цангу назад. Цанга входит в
конус корпуса и зажимает заготовку. Для разжима заготовки по¬
воротом крана управления через штуцер 9 выпускают воздух в
атмосферу, а штуцер 8 соединяют с напорным клапаном. При этом
воздух через штуцер 8 поступает по центральному отверстию в
левую полость цилиндра, и шток идет вправо, выводя цангу из
корпуса патрона.
68

9	8	7
4
Рис. 3.7. Пневматический привод для зажимных патронов:
1 — шпиндель; 2 — патрон; 3 — цанга; 4 — валик; 5 — шток; 6 — поршень;
7— пневмоцилиндр; 8,9— штуцеры; 10 — канал
В прутковых токарных автоматах получили широкое распро¬
странение цанговые зажимные механизмы, в которых перемеще¬
ние зажимных труб осуществляется от кулачков, находящихся на
распределительном валу автомата.
Большую силу зажима заготовок при максимальной компакт¬
ности зажимного механизма обеспечивают конструкции с жест¬
ким замыканием. Чаще всего их применяют при работе поперечных
суппортов многошпиндельных автоматов по жестким упорам, в
механизмах включения фрикционных муфт.
Принципиальная схема механизма зажима с жестким замыка¬
нием показана на рис. 3.6, б. Ведущим звеном является кулачок 1,
который, действуя через промежуточное звено 2 и ведомое звено 3,
создает силу Q. Механизм работает следующим образом: при вра¬
щении кулачка 7, начиная с точки аъ звенья 2 и 3 перемещают¬
ся, пока ведомое звено не встретит препятствие — жесткое звено
(заготовку) 4. После возникновения контакта между жестким и
ведомым звеньями, что соответствует точке а2 на кулачке, при
дальнейшем вращении кулачка от точки а2 до точки аъ происхо¬
дит деформация звеньев, т. е. жесткое замыкание кинематической
цепи механизма. Если размер заготовки 4 находится в пределах
допуска, то возникают упругие
деформации звеньев, так как
ход h ведущего звена (кулач¬
ка) остается постоянным, а ход,
на котором создается сила Q,
зависит от фактического диа¬
метра заготовки.
На рис. 3.8 показан цанго¬
вый механизм с жестким замы¬
канием. Конусная часть муф¬
ты 3, перемещающейся влево
от кулачка автомата, контакти-
с?
Рис. 3.8. Цанговый зажим с жестким
замыканием:
1 — ось; 2 — рычаг; 3 — муфта; 4 — тру¬
ба; 5 — шпиндель; 6 — цанга
69

рует с рычагом 2. Поворачиваясь вокруг оси 1 опоры, рычаг пере¬
мещает трубу 4 влево, а следовательно и цангу 6, которая, кон¬
тактируя со шпинделем 5, начинает сжиматься и приходит в со¬
прикосновение с поверхностью прутка диаметром 1\. Эта стадия
работы механизма, характеризуемая тем, что звенья имеют малые
напряжения, является как бы подготовкой к закреплению в цанге.
При дальнейшем движении муфты (вторая стадия) происходит
собственно закрепление прутка, в результате чего звенья зажим¬
ного механизма оказываются деформированными — пруток зажи¬
мается.
Для предотвращения самораскрывания цанги необходимо про¬
двинуть муфту 3 так, чтобы рычаг 2 вышел на цилиндрическую
часть муфты (третья стадия). В этом случае механизм надежно за¬
перт, а установленный в цанге пруток зажат упругими силами
звеньев зажимного механизма. Если все последующие участки прут¬
ка имеют тот же размер Du силовая картина будет повторяться.
Однако следующий участок прутка может иметь D2> D\, и тогда
напряжения в звеньях механизма могут резко возрасти, что при¬
ведет в отдельных случаях к его поломке. Поэтому при проектиро¬
вании механизмов с жестким замыканием размеры каждого звена
необходимо просчитать с учетом максимальных нагрузок. Напря¬
жения, вызванные максимальными нагрузками, не должны пре¬
вышать допускаемые.
3.2.	Механизмы загрузки-выгрузки заготовок
Механизмы загрузки-выгрузки, предназначенные для автома¬
тической установки заготовки в зажимное приспособление или
рабочую зону станка (автоматической линии) и снятия обрабо¬
танной детали, позволяют сократить вспомогательное время (при
сохранении или повышении точности обработки) и облегчить труд
рабочего.
Конструкция механизма загрузки определяется видом, формой
и размерами заготовки, способом ее обработки, типом оборудо¬
вания, заданной производительностью станка, точностью и дру¬
гими факторами.
В зависимости от вида заготовок эти механизмы делятся на три
группы: механизмы питания для бунтового материала, для прут¬
кового материала и для штучных заготовок.
Основные требования, предъявляемые к указанным механиз¬
мам: минимальное время, затрачиваемое на загрузку-выгрузку;
высокая надежность работы; обеспечение заданной точности уста¬
новки в зажимное приспособление; недопустимость появления
(в результате загрузки-выгрузки) внешних дефектов (забоин, вмя¬
тин) на поверхностях деталей; простота конструкции.
70

Механизмы питания для бунтового материала применяются в
станках-автоматах, прессах, холодно-высадочных автоматах. Бу¬
дучи свернутым в бунт, материал деформируется, поэтому перед
обработкой необходимо производить его правку.
Механизм питания этого типа включает в себя механизмы по¬
дачи и правки.
Механизм подачи должен обеспечивать быструю подачу матери¬
ала без его деформации. Наиболее часто применяются рычажные,
шариковые и роликовые механизмы подачи.
Рычажный механизм подачи материала (рис. 3.9, а) имеет два
захвата: закрепленный неподвижно (/) и установленный на под¬
вижной каретке (2). При перемещении каретки вправо происхо¬
дит заклинивание материала под действием пружины 3, в резуль¬
тате чего материал перемещается вправо вместе с кареткой. Через
левый захват материал проходит свободно. При обратном движении
каретки пружина правого захвата свободно пропускает материал,
а у левого — материал заклинивается. Конструктивно механизм
прост, но при большой массе бунта во время подачи материала
острая кромка подающего штифта оставляет глубокие риски.
Шариковый механизм подачи, показанный на рис. 3.9, б, име¬
ет также два захвата: неподвижный 1 и подвижный 2. Материал
захватывается тремя шариками 4, перемещающимися в конусном
отверстии. Под действием пружи¬
ны 3, расположенной во втулке 5,
шарики остаются поджатыми к
левому торцу все время подачи
материала. При обратном движе¬
нии каретки заклинивает матери¬
ал левый захват. В местах касания
материала с шариками остаются
лунки; хотя размеры лунок значи¬
тельно меньше рисок, образую¬
щихся при использовании рычаж¬
ного механизма, все же деформа¬
ция материала нежелательна.
На рис. 3.9, в представлен ро¬
ликовый механизм, в котором
материал подается роликами 7,
Рис. 3.9. Рычажный (а), шариковый
(б) и роликовый (в) механизмы по¬
дачи бунтового материала:
1,2 — захваты; 3 — пружина; 4 — шари¬
ки; 5 — втулка; 6, 7 — правильные и по¬
дающие ролики
71

10	9
8
Рис. 3.10. Схема питания автомата ленточным материалом:
1 — барабан; 2, 3 — ролики; 4 — прижимное устройство; 5, 7 — рычаги;
б	— штамп; 8, 9 — кулачки; 10 — редуктор; 11 — электродвигатель
имеющими желобки в соответствии с размером проволоки. Перио¬
дически поворачиваясь на соответствующий угол, ролики подают
проволоку на заданную длину. В радиальном направлении ролики
поджимают с таким усилием, чтобы они могли не только пода¬
вать материал в зону обработки, но и протягивать его через пра¬
вильные ролики 6. Повреждения материала при роликовой подаче
минимальные.
Механизм подачи ленточного материала из бунта изображен
на рис. 3.10. Рулон ленты крепят на барабан 1. Через конические
ролики 2 и 3 лента подается в автомат, осуществляющий непре¬
рывную штамповку секторных прокладок. От электродвигателя 11
через редуктор 10 вращение передается ведущему 3 и ведомому 2
роликам, а также двум кулачкам 8 и 9. Кулачок 8 через рычаг 7
обеспечивает цикличную работу автомата при непрерывной пода¬
че ленты, а кулачок 9 через рычажную систему 5, 7 приводит в
действие прижимное устройство 4, которое служит для выравни¬
вания петли, образующейся при закрытии штампа 6.
Механизмы правки выполняют с жесткими штифтами и гребен¬
ками (для проволоки диаметром до 1 мм) с роликами. Механиз¬
мы правки с роликами могут быть одно- и двухрядные, в послед¬
них ролики расположены в двух взаимно-перпендикулярных плос¬
костях.
Механизмы питания для пруткового материала используются в
одно- и многошпиндельных токарных автоматах. Прутковые мате¬
риалы выполняют круглого, квадратного, шестигранного и дру-
72

гих профилей, длина прутков 1... 5 м. Механизмы питания для прут¬
кового материала делят на две группы: без подающих цанг и с
подающими цангами.
В механизмах питания без подающих цанг пруток перемещается
под действием собственной массы, с помощью груза или роликов,
а также пневмопривода. Преимущество этих механизмов — в про¬
стоте конструкции. Кроме того, при тех же габаритных размерах
шпинделя по сравнению с механизмами, имеющими подающие
цанги, создается возможность обработки прутков большего диа¬
метра. К недостаткам данных механизмов следует отнести: неудоб¬
ство заправки прутка при вертикальном расположении шпинде¬
ля; продольный изгиб прутка (под действием продольных сил),
вследствие чего увеличиваются биение прутка и шум (в направля¬
ющей трубе); повышенный износ подшипников шпинделя из-за
постоянного действия осевой силы на пруток.
Подача пруткового материала с помощью груза широко ис¬
пользуется в автоматах фасонно-продольного точения. На рис. 3.11
приведена конструкция такого механизма. Обрабатываемый пру¬
ток вставляют в направляющую трубу 4 с прорезью и поджимают
толкателем 1. Флажок 3 толкателя проходит через прорезь направ-
Рис. 3.11. Механизм подачи прутка с помощью груза:
1 — толкатель; 2, 5 — ролики; 3 — флажок; 4 — направляющая труба;
6, 7 — шкивы; 8 — груз; 9 — колонка; 10, 11 — кронштейны
г
2
3
4
5
73

Рис. 3.12. Последовательность рабо¬
ты механизма подачи и зажима
прутка в токарно-револьверных ав¬
томатах:
I — отрезка прутка и отвод подающей
цанги; II — отвод отрезного резца;
III — подача прутка до упора; IV — за¬
жим прутка цангой; 1,2— подающая
и зажимная цанги; 3 — пруток; 4 — ре¬
зец; 5 — упор
ляющей трубы и с помощью
тросика через ролики 2 и 5 со¬
единяется со шкивом 6. На одном
валу со шкивом 6 установлен дру¬
гой шкив 7, на котором намо¬
тан трос, связанный с грузом 8.
Направляющая труба закрепля¬
ется на кронштейнах Юн 11. Груз
перемещается внутри пустоте¬
лой колонки 9; величина пере¬
мещения груза меньше длины
перемещения прутка, так как диаметр шкива 7 меньше диаметра
шкива 6.
Для перемещения пруткового материала до упора используют
механизм питания с подающей цангой, ввинченной в направляю¬
щую трубу, которая находится внутри шпинделя. Подающая цан¬
га охватывает пружинящими губками обрабатываемый пруток и
создает силу трения, достаточную для его перемещения.
Подающие цанги бывают цельные, с вкладышами и шарико¬
вые (по аналогии с шариковым механизмом захвата при подаче
бунтового материала, см. рис. 3.9, б).
Движение подающей цанги может происходить под действием
пружины, груза или кулачка, расположенного на распределитель¬
ном валу автомата; отвод — с помощью пружины или контрку¬
лачка, также находящегося на распределительном валу.
Последовательность работы механизма подачи и зажима прут¬
ка в токарно-револьверных автоматах показана на рис. 3.12.
После отрезки обработанной детали подающая цанга 1 отходит
назад, проскальзывая по прутку 3, зажатому цангой 2. Отрезной
резец 4 также быстро отходит назад, а напротив прутка устанав¬
ливается упор 5. Как только подающая цанга отойдет в крайнее
левое положение, цанга 2 разжимается, а подающая цанга вместе
с прутком перемещается вперед, подавая пруток до упора. После
подачи прутка цанга 2 опять зажимается.
Устройства питания для штучных заготовок используются на
станках-автоматах. Загрузку-выгрузку штучных заготовок и их на¬
74

копление производят с помощью бункеров, магазинов, автоопе¬
раторов или манипуляторов. Устройства классифицируют: по спо¬
собу накопления заготовок — бункерные (рис. 3.13, а, б, в) и
магазинные (рис. 3.13, г, д, е); по месту установки — непосред¬
ственно встроенные в оборудование и имеющие с ним общий
привод (рис. 3.13, л) и расположенные отдельно от оборудования
(рис. 3.13, а, б, в, к); по характеру подачи заготовок — непрерыв¬
ные (рис. 3.13, г, д) и циклические (рис. 3.13, ж, з).
Загрузочное устройство станков состоит из накопителя загото¬
вок (в виде бункера или магазина), захватно-ориентирующего
механизма, питателя, кантователя (при необходимости), отсека-
теля, приводных и передающих устройств.
Бункер отличается от магазина тем, что служит для накопления
заготовок в неориентированном состоянии.
Захватно-ориентирующий механизм предназначен для захвата
заготовок из бункера, их ориентации и подачи в питатель. При
использовании в качестве накопителя магазина необходимость в
этом устройстве отпадает, так как заготовки передаются в пита¬
тель по лотку.
Питатель — механизм, осуществляющий подачу заготовки (от
бункера или магазина) в зажимное приспособление станка, сня¬
тие обработанной детали и передачу ее в отводящее устройство.
Кантователь — механизм, осуществляющий поворот заготов¬
ки в процессе ее транспортирования или в цикле обработки на
станке.
Отсекатель — механизм для поштучного отделения заготовок
(или готовых деталей) от общего потока.
Рассмотрим работу типовых загрузочных устройств, представ¬
ленных на рис. 3.13.
В бункере (рис. 3.13, а) захват заготовок 1, засыпанных в чашу 2,
и подача их в ориентированном положении в лоток 5 осуществля¬
ется вращающимся конусным дном 3 с выполненными на нем
ворошителями 4 (шипами, разрушающими свод из заготовок).
Для захвата заготовок 1 из чаши 2 бункера и передачи их в
лоток 5 используются замкнутая лента 7 с выступающими стерж¬
нями 6 (рис. 3.13, б) или диск 8 с пазами (рис. 3.13, в).
В магазине, представленном на рис. 3.13, е, заготовки 1 накап¬
ливаются в ориентированном положении (стопкой) в кассете 10.
Перемещение заготовок 1 в прямом 5 (рис. 3.13, г) и спиральном 9
(рис. 3.13, д) наклонных лотках происходит самотеком.
Передача заготовок 1 из лотка 5 в рабочую зону осуществляется
шиберным 11 (рис. 3.13, ж) или дисковым 12 (рис. 3.13, з) пита¬
телями. Из подводящего 13 и отводящего /Глотков (рис. 3.13, и)
заготовки передаются к патрону 17 станка (и обратно) однору¬
ким питателем 16, совершающим качательное движение в сочета¬
нии с возвратно-поступательным движением вдоль оси 15. Для
75

-1
t
i
5
■'<k
-
г.
J
1
•"4
\
&

Рис. 3.13. Типовые устройства питания для штучных заготовок:
а,	б, в — бункеры; г, д, е — магазины в виде прямого лотка, спирального лотка
и кассеты; ж, з, и, к — питатели в виде шибера, диска, одно- и двуручного
захватов; л — кантователь; м, н — отсекатели штифтовые; о — кулачковый;
п, р — барабанные; 1 — заготовка; 2 — чаша; 3 — дно; 4 — ворошитель; 5, 9, 13, 14,
23, 24 — лотки; 6 — стержень; 7 — замкнутая лента; 8, 27 — диски; 10 —
кассета; 11, 12, 16 — питатели; 15 — ось; 17 — патрон; 18, 19 — захваты; 20 —
гидроцилиндр; 21 — реечная передача; 22 — кантователь; 25 — штифт;
26 — кулачок; 28 — храповой механизм
передачи заготовок из загрузочной позиции в рабочую зону и
выгрузки обработанных деталей (рис. 3.13, к) используются дву¬
рукие питатели с клещевыми захватами 18 и 19. Перемещение за¬
готовки 1 из лотка 23 в лоток 24 (рис. 3.13, л) выполняется канто¬
вателем в виде поворотной руки 22 с приемником для закатыва¬
ния (выкатывания) заготовки, совершающей качательное движе¬
ние от реечной передачи 21 и гидроцилиндра 20.
В штифтовых (рис. 3.13, м, н) и кулачковых (рис. 3.13, о) отсе-
кателях поочередно действуют два штифта 25 (или кулачка 26), из
которых один выпускает очередную заготовку 1, выкатывающую¬
ся из лотка 5, а другой задерживает все остальные. Отсекатели
(рис. 3.13, п, р) представляют собой диски 27 с выемками для
заготовок; при повороте на некоторый угол диск захватывает за¬
готовку и подает ее в лоток 5, одновременно удерживая осталь¬
ные; диск может вращаться непрерывно (рис. 3.13, п) или перио¬
дически (рис. 3.13, р) с помощью храпового механизма 28.
Бункерный механизм, являющийся наиболее развитым устрой¬
ством для загрузки-выгрузки штучных заготовок, состоит из бун-
керно-ориентирующего устройства и автооператора, между кото¬
рыми расположен лоток-накопитель.
В бункерно-ориентарующее устройство входят: чаша 1 (рис. 3.14),
механизмы захвата 2, разрушения сводов 3 (ворошитель), ориен¬
тирующий и предохранительный механизмы. Автооператор состо¬
ит из отсекателя 5, питателя 6 с ограничителем 7, заталкивателя 11
и отводного лотка 10. Ориентирующие устройства подробно будут
рассмотрены далее.
Засыпанные в бункер навалом заготовки автоматически выби¬
раются, ориентируются и подаются в лоток-накопитель 4, кото¬
рый предназначен для создания запаса заготовок в целях компен¬
сации неритмичности их подачи из ориентирующего устройства к
автооператору.
Автооператор осуществляет загрузку ориентированных загото¬
вок в патрон шпинделя, а также съём обработанных деталей и
выведение их из зоны обработки. Автооператор в отличие от ори¬
ентирующего устройства работает в ритме работы станка согласо¬
ванно с остальными его механизмами, прежде всего с механиз¬
мом зажима заготовки.
77

3	2	1
4 Ч*
Рис. 3.14. Бункерный механизм питания
для штучных заготовок:
1 — чаша; 2 — механизм захвата; 3 — воро¬
шитель; 4 — лоток-накопитель; 5 — отсека-
тель; 6 — питатель; 7 — ограничитель; 8 —
зажимной механизм; 9 — выталкиватель; 10 —
отводящее устройство (лоток); 11 — заталки-
ватель
Захватный орган предназначен для поштучной выборки и пе¬
редачи заготовки из бункера в ориентирующее устройство одним
из следующих двух способов: с помощью механических средств
или с использованием сил трения. В первом случае заготовки вы¬
бираются захватными органами (крючками, штырями, шибера¬
ми, дисками и т.д.), совершающими возвратно-поступательные
или возвратно-вращательные движения. Среди устройств, реали¬
зующих второй способ, наиболее перспективными являются виб¬
рационные загрузочные устройства (ВЗУ), в которых заготовки
перемещаются и ориентируются за счет сил трения и инерции,
возникающих благодаря направленным колебаниям лотков с вы¬
сокой частотой и малой амплитудой.
На рис. 3.15 показана принципиальная схема ВЗУ с прямоли¬
нейным лотком. При питании электромагнита вибратора 4 пере¬
менным или пульсирующим постоянным током лоток 2 получает
ю и
Рис. 3.15. Принципиальная схема
ВЗУ с прямолинейным лотком:
1 — заготовка; 2 — лоток; 3 — якорь;
4	— вибратор; 5 — подвеска; 6 —
основание; 7 — амортизатор
78

колебания с определенной частотой и амплитудой, и заготовка 1
перемещается относительно лотка. Скорость перемещения заго¬
товки зависит от величины амплитуды и частоты колебания лотка.
Если электромагнит вибратора питается переменным током с ча¬
стотой /= 50 Гц, то он создает колебания частотой 100 Гц. При
включении в сеть электромагнита вибратора однополупериодного
выпрямителя частота создаваемых колебаний равна частоте тока,
т.е. 50 Гц.
1	2	3	4	5
Рис. 3.16. ВЗУ со спиральным лотком:
1 — чаша; 2 — конусное дно; 3 — якорь; 4 — вибратор; 5 — стойка; 6 —
подвеска; 7 — кронштейн; 8 — основание; 9 — амортизатор; 10 — выпрямитель
79

Вибрационное загрузочное устройство со спиральным лотком
(конструкция разработана в МГТУ им. Н.Э.Баумана), приведен¬
ное на рис. 3.16, выполнено с тремя электромагнитными приво¬
дами.
ВЗУ включает в себя чашу 1 бункера со спиральным лотком
(угол наклона спирального лотка Г35', материал — алюминие¬
вый сплав); три якоря 3; три электромагнитных вибратора 4, за¬
крепленных на стойках 5; три подвески (пружины) 6, которые
закреплены на кронштейнах с якорями и кронштейнах 7. Конус¬
ное дно 2 выполнено из текстолита. Стойка 5 с электромагнитны¬
ми вибраторами 4 и кронштейны 7размещены на массивном осно¬
вании 8. Для того чтобы вибрация не передавалась на станок, ВЗУ
установлено на резиновых амортизаторах 9. Подвески 6 представля¬
ют собой набор плоских пружин. Изменяя их число, можно менять
собственную частоту колебаний системы. Зазор между якорем и
электромагнитом вибратора изменяется путем перемещения стой¬
ки 5 относительно основания.
Питание электромагнитов осуществляется через однополупе-
риодный выпрямитель 10. Частота колебаний спирального лотка
3000 мин-1.
Скорость перемещения заготовки по спиральному лотку изме¬
няется путем регулирования напряжения питания электромагни¬
тов вибратора автотрансформатором. При этом изменяется усилие
притяжения электромагнитов, а следовательно, и амплитуда ко¬
лебаний лотка. Вибраторы включены параллельно друг другу, что
обеспечивает синхронность их работы. Для нормального функцио¬
нирования загрузочного устройства необходимо точно установить
чашу бункера на подвесках относительно основания, зазор между
якорями и электромагнитами вибраторов должен быть одинако¬
вым у всех вибраторов, подвески должны надежно закрепляться
на кронштейнах.
Бункеры используют для загрузки небольших заготовок, а так¬
же заготовок средних размеров, сравнительно простой конфигу¬
рации или имеющих признаки, которые позволяют ориентиро¬
вать их автоматически.
Рассмотрим некоторые способы ориентации заготовок в загру¬
зочных устройствах с захватными органами.
Заготовки типа колпачков или трубок, у которых длина боль¬
ше диаметра, ориентируют путем надевания на крючок или штырь.
Крючки располагаются на периферии или на внутренней поверх¬
ности диска (рис. 3.17, а) и на непрерывной ленте.
Ориентация мелких заготовок типа шариков, роликов и стерж¬
ней, длина которых составляет 1,2 —1,5 диаметра, происходит при
западании их в трубку (рис. 3.17, б). Этот способ используется в
бункерных устройствах с возвратно-поступательным или враща¬
тельным движением ориентирующей трубы.
80

wV
Рис. 3.17. Способы ориентации заготовок в загрузочных
устройствах с захватными органами
Заготовки с головками (болты, винты, а также детали типа
дисков, пластин, шайб, гаек) можно ориентировать по щели,
выполненной в секторе (рис. 3.17, в), при этом секторы получают
прямолинейное и качательное движения.
По профильным карманам ориентируют детали типа низких
колпачков или дисков, имеющих различную форму торцовой по¬
верхности (рис. 3.17, г). Если детали имеют смещенный центр тя¬
жести, то их можно ориентировать таким образом, как показано
на рис. 3.17, д, е. Деталь, попадая на нож, всегда падает вниз в
ориентированном положении.
81

Способ ориентации стержневых заготовок, концы которых
выполнены с различным профилем, иллюстрирует рис. 3.17, ж.
В ВЗУ, которые не имеют захватных органов, заготовки ориен¬
тируются в процессе перемещения по лотку. При этом способ ори¬
ентации зависит от формы заготовок (рис. 3.18).
Рис. 3.18. Способы ориентации заготовок в ВЗУ:
d, h, a, b, т, I, du d2 — размеры заготовок
82

Если высота буртика меньше толщины заготовок, то они пере¬
мещаются по спиральному лотку, выполненному с наклоном к
центру под углом р = 3...5° (рис. 3.18, а), в один слой, остальные
заготовки падают в бункер.
Колпачки, высота которых равна диаметру или меньше его,
могут ориентироваться и на плоском лотке, но последний должен
иметь прорези (рис. 3.18, б). Заготовки, перемещающиеся отвер¬
стием вверх, проходят, а заготовки, расположенные отверстием
вниз, выпадают в прорези лотка.
На рис. 3.18, в показан способ ориентации заготовок типа тру¬
бочек или роликов. Заготовки, находящиеся на лотке в вертикаль¬
ном положении, сбрасываются козырьком вниз, в чашу бункера.
Двухступенчатые заготовки (рис. 3.18, г) при перемещении по лотку
большим диаметром вверх также сбрасываются козырьком в чашу.
Заготовки с головками (болты, винты), а также колпачки ори¬
ентируются на выходе с лотка на его прямолинейном участке
(рис. 3.18, д, е).
Магазин — загрузочное устройство, в которое входят только
лоток-накопитель и автооператор. Заготовки в магазинах находят¬
ся в ориентированном положении, откуда автооператор автома¬
тически подает их в зону обработки.
На рис. 3.19 показана конструктивная схема магазина для за¬
грузки автомата, предназначенного для затылования метчиков.
Заготовки находятся в магазине в ориентированном положении —
в гнездах загрузочного барабана 2, упираясь в неподвижное осно¬
вание 1. Над приемником 5 в основании имеется окно. Поворот
загрузочного барабана осуществляется через храповое колесо 3 от
собачки 4, на водило 6 которой воздействует питатель 7 (меха¬
ническая рука) при возврате его вверх (в исходное положение).
После поворота загрузочного барабана на один шаг и совмещения
Рис. 3.19. Магазинное загрузочное устройство автомата мод. 3686:
1 — основание; 2 — загрузочный барабан; 3 — храповое колесо; 4 — собачка;
5 — приемник; 6 — водило; 7 — питатель; 8 — захват
83

гнезда с заготовкой с направляющим окном новая заготовка по¬
ступает в приемник 5. Подпружиненный захват 8 питателя 7 удер¬
живает заготовку.
По окончании обработки затылованный метчик выгружается и
подается сигнал на загрузку новой заготовки. Питатель поворачи¬
вается на 90°, и ось заготовки совмещается с осью шпинделя. Цанга
захватывает заготовку, происходит ее ориентация в шпинделе (по
угловому положению метчика), после чего заготовка зажимается.
После закрепления метчика в цанговом патроне автомата пита¬
тель поворачивается вверх на 90° в исходное положение и цикл
работы автомата повторяется.
Магазинные загрузочные устройства применяют в массовом и
крупносерийном производстве при обработке заготовок, захват и
ориентация которых затруднены из-за их геометрической формы,
размеров и веса. Благодаря простоте конструкции магазинные за¬
грузочные устройства часто используют в тех случаях, когда по
масштабам производства нецелесообразно изготовлять сравнитель¬
но сложные бункерные механизмы.
Конструкция магазина зависит прежде всего от конфигурации
заготовок и метода их транспортирования, которое может осуще¬
ствляться под действием собственного веса или принудительно.
На рис. 3.13, е показан магазин в виде кассеты, в котором заготов¬
ки хранятся стопкой. Для заготовок типа шириков применяют вер¬
тикальные и наклонные трубчатые магазины. В рассмотренном выше
примере (см. рис. 3.19) магазин выполнен в виде диска, в гнездах
которого в вертикальном положении находятся заготовки метчиков.
Для транспортирования заготовок в зону обработки использу¬
ют лотки различных конфигураций. Угол наклона лотков должен
быть таким, чтобы заготовки не останавливались и не застревали.
Для заготовок, перемещающихся скольжением, угол наклона лотка
составляет не менее 25...30°, перемещающихся качением — не
менее 7... 10°. Ширина лотка должна быть такой, чтобы минималь¬
ный зазор между заготовкой и бортиком составлял 0,5... 1 мм.
3.3.	Контрольно-блокировочные устройства
В AJI, где одновременно работает большое число режущих ин¬
струментов (особенно в агрегатных станках), одной из важней¬
ших проблем является контроль их целостности. Контрольно-бло¬
кировочное устройство автомата для проверки целостности осе¬
вого инструмента (сверл, метчиков, зенкеров, разверток) пока¬
зана на рис. 3.20.
Щуп 3, находящийся во втулке 4 корпуса 9, под действием
пружины 5 прижимается к инструменту 2 после выхода его из
обработанного отверстия заготовки 1. При поломке инструмента
84

Рис. 3.20. Контрольно-блокировоч-
ное устройство автомата для про¬
верки целостности осевого инстру¬
мента:
1 — заготовка; 2 — сверло; 3 — щуп; 4 —
втулка; 5 — пружина; 6 — рычаг; 7 —
измерительный стержень; 8 — элек-
троконтактный преобразователь; 9 —
корпус
щуп перемещается вниз, в ре-
зультате чего угловой рычаг 6
воздействует на измерительный
стержень 7 электроконтактного
преобразователя 8, происходит
срабатывание последнего и по¬
дается команда на остановку
станка. Подвод устройства к ин¬
струменту и отвод после контро¬
ля осуществляется специальным
механизмом станка-автомата.
Этот способ широко используется в случае, когда велика опас¬
ность поломки инструмента, а также при контроле отверстий,
обрабатываемых за несколько переходов (сверление, нарезание
резьбы), так как несвоевременное обнаружение поломки первого
инструмента повлечет за собой поломку всех последующих.
Контрольные устройства обычно размещают непосредственно
за позицией, на которой работают проверяемые инструменты. При
использовании контрольных устройств с щупами целостность осе¬
вого инструмента можно проверять способом косвенного автомати¬
ческого контроля — проверкой наличия и глубины обработанных
им отверстий. Устройство, реализующее такой способ контроля
инструмента, показано на рис. 3.21.
Подпружиненные штифты 4, контролирующие глубину отверс¬
тий, располагаются в головке 5, которая перемещается гидроци¬
линдром 9 по двум направляющим 6. Конвейером AJI заготовка 2
подается на измерительную позицию, после чего посредством
подъемника 1 перемещается вверх и устанавливается по фиксато¬
рам 3. Головка 5 сближается с заготовкой, и любой из штифтов 4,
встречая на своем пути препятствие, связанное с недостаточной
глубиной отверстия, останавливается, а головка продолжает дви¬
гаться. В результате под действием рычага 7срабатывает конечный
выключатель 6 и подается команда на остановку станка.
При использовании контрольно-блокировочных устройств не¬
обходимо, чтобы заготовка поступала на контрольную позицию с
очищенными от стружки отверстиями.
85

Рис. 3.21. Устройство автоматического контроля наличия отверстий:
1 — подъемник; 2 — заготовка; 3 — фиксатор; 4 — штифты; 5 — измерительная
головка; 6— направляющие; 7 — рычаг; 8— конечный выключатель; 9— гидро¬
цилиндр
На участках AJI, где стоят внутришлифовальные станки, осу¬
ществляется входной контроль величины припуска в отверстии.
Такое блокировочное устройство схематично показано на рис. 3.22.
На плите 2 по шариковым направляющим 3 перемещается карет¬
ка 4 с конической калибр-пробкой 77, подвешенной на пружин¬
ном шарнире 10. Подвод каретки к проверяемой детали осуществ¬
ляется толкателем 7 привода через пружину Р, а отвод — упором 8
каретки. Глубина вхождения пробки в отверстие заготовки 12 фик¬
сируется электроконтактным преобразователем 6 через угловой
рычаг 5.
При контроле каждая заготовка автоматически подается в уст¬
ройство и устанавливается на призме 7 с базированием по торцу
Рис. 3.22. Блокировочное устройство
для контроля величины припуска
в отверстии:
1 — призма; 2 — плита; 3 — направля¬
ющая; 4 — каретка; 5 — рычаг; 6 — элек-
троконтактный преобразователь; 7 —
толкатель; 8 — упор; 9 — пружина; 10 —
шарнир; 11 — калибр-пробка; 12 — за¬
готовка; 13 — опора
86

на трех опорах 13. Предельная погрешность измерения калибр-
пробкой составляет ±0,1 мм. В случае завышенного припуска заго¬
товка на обработку не пропускается.
Контрольные вопросы
1.	Что такое целевые механизмы?
2.	Назовите, какие бывают зажимные механизмы и расскажите об
области их применения.
3.	Какие типы зажимных цанг существуют и в чем их различие?
4.	В чем состоит разница между силовым и жестким замыканием в
приводе зажимных механизмов?
5.	Перечислите, какие существуют механизмы для автоматической
установки заготовок.
6.	Почему необходим механизм правки в автоматах, на которые об¬
рабатываемый материал поставляется в бунтах, а в прутковых автоматах
он отсутствует?
7.	Для чего нужны подающая труба и подающая цанга? Опишите цикл
работы механизма подачи и зажима прутка в токарно-револьверном ав¬
томате.
8.	Чем отличается бункерный механизм от магазинного? Приведите
примеры.
9.	Как классифицируются устройства автоматической загрузки штуч¬
ных заготовок?
10.	Расскажите о назначении устройств: выборки, захватно-ориенти-
рующего, ворошителя (разрушителя сводов), питателя, кантователя,
отсекателя. Приведите примеры.
11.	Какие вы знаете вибрационные загрузочные устройства? Расска¬
жите об их особенностях.
12.	Нарисуйте основные схемы ориентации заготовок в бункерном
устройстве с захватными органами.
13.	Какие вы знаете способы ориентации заготовок в вибрационных
загрузочных устройствах?
14.	Для чего существуют контрольно-блокировочные устройства?

Глава 4
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ
4.1.	Общие сведения
Под управлением металлорежущим станком понимают совокуп¬
ность воздействий на его механизмы и устройства в целях выпол¬
нения требуемого технологического цикла обработки заготовки с
заданной точностью, производительностью и себестоимостью
выполненной операции.
Циклом работы оборудования называют совокупность основных
и вспомогательных перемещений рабочих органов, осуществляе¬
мых в определенной последовательности, необходимой для вы¬
полнения оборудованием рабочих функций.
Этап цикла — простейшая нерасчленяемая его часть. В течение
отработки этапа цикла не происходит никаких изменений (вклю¬
чений или отключений) в состоянии рабочих и вспомогательных
органов оборудования. Этап цикла также называют тактом рабо¬
ты схемы (этот термин полностью эквивалентен термину «этап
цикла», применяемому в релейных схемах).
Циклы работы станочного оборудования можно разделить на
две группы. К первой группе относятся циклы, которые остаются
неизменными и повторяются многократно в процессе эксплуата¬
ции оборудования. Пример — циклы работы автоматических ли¬
ний и агрегатных станков. Ко второй группе относятся циклы,
совершаемые однократно в определенные моменты. Включение
того или иного цикла осуществляется с помощью специальной
вспомогательной команды. Характерный пример — циклы движе¬
ний вспомогательных механизмов в станках с ЧПУ (поиск и сме¬
на инструментов, зажим и освобождение подвижных узлов, за¬
грузка-выгрузка и зажим заготовок и т.д.).
Управление станком заключается в получении сведений о ре¬
зультатах воздействия на его устройства (перемещении рабочих
органов, срабатывании различных механизмов), анализе этой ин¬
формации, выработке решения и в исполнении данного решения.
Управление станком может выполняться вручную рабочим или
без его непосредственного участия — системой автоматического
управления.

При управлении вручную рабочий использует свой опыт и све¬
дения о методах обработки, последовательности выполнения тех¬
нологических переходов, применяемых режимах резания, возмож¬
ностях и особенностях конструкции используемого станка, режу¬
щих инструментах и др. На основе разработанной технологичес¬
кой карты или своего опыта и знаний рабочий выбирает нужный
режущий инструмент, зажимные и другие приспособления, ме¬
рительный инструмент, выполняет их установку, наладку и под-
наладку и затем, осуществляя управление процессом обработки,
получает соответствующие его квалификации качество продук¬
ции и производительность.
При автоматическом управлении металлорежущим станком
указанные функции выполняет система программного управления
(СПУ), работающая по заранее составленной управляющей про¬
грамме, вводимой в систему с помощью соответствующего про¬
граммоносителя.
Одним из основных элементов СПУ является привод станка.
Привод состоит из электродвигателя, силового преобразовате¬
ля, механической системы и блока управления. Электродвигатель
преобразует электрическую энергию в механическую. Силовой
преобразователь является источником питания электродвигателя
с регулируемым выходом. Механическая система обеспечивает
передачу механической энергии от электродвигателя к рабочему
органу станка.
Блок управления, формирующий управляющее воздействие на
силовой преобразователь, включает в себя датчики обратной свя¬
зи, преобразующие информацию элементов привода и регулято¬
ров, на входах которых эта информация сопоставляется с задан¬
ными значениями.
Все элементы привода взаимосвязаны. Внутренние обратные
связи соединяют электродвигатель с силовым преобразователем и
механические передачи с электродвигателем. Внешние обратные
связи объединяют эти элементы. Поэтому электромеханическую
систему привода следует рассматривать только целиком, не рас¬
членяя на части.
В станкостроении в большинстве случаев применяют автомати¬
зированный электропривод, т.е. электропривод с автоматическим
регулированием параметров.
Функционирование станка зависит от его структуры и алго¬
ритма управления. При этом структура станка определяет состав
СПУ и связь между рабочими органами, вспомогательными меха¬
низмами и устройствами. Алгоритм управления, по которому ра¬
ботает СПУ, предписывает последовательность выполнения раз¬
личных функций управления станком.
Управляющая программа (УП) представляет собой совокупность
команд на языке программирования, соответствующую заданному
89

алгоритму функционирования станка при обработке конкретной
заготовки. Управляющая программа включает команды трех кате¬
горий:
•	технологические, обеспечивающие управление перемещени¬
ями рабочих органов станка с заданными подачами в процессе
обработки;
•	цикловые, осуществляющие переключение скоростей, по¬
дач, выбор и смену инструментов, смену спутников с заготовка¬
ми, включение и отключение подачи СОЖ, контроль точности
обработки и др.;
•	служебные, или логические, обеспечивающие правильность
отработки станком всех указанных выше команд.
По функциональному назначению различают следующие виды
автоматического управления.
1.	Управление повторяющимися автоматическими циклами об¬
работки; примером этого служит управление агрегатным станком,
выполняющим фрезерные, сверлильные, расточные и резьбона¬
резные работы. Управление этими циклами работы оборудования
традиционно осуществлялось с помощью релейно-контактной
автоматики, работающей по жесткой схеме. В последние годы в
качестве управляющего устройства в таком случае используют
программируемые контроллеры (ПК).
2.	Управление изменяемыми автоматическими циклами (цик¬
ловое программное управление), которые Задают в виде инди¬
видуальных для каждого цикла материальных моделей-аналогов
(копиров, наборов кулачков, системы упоров и т.д.); примера¬
ми являются системы управления копировальными токарными
и фрезерными станками, многошпиндельными токарными авто¬
матами и др.
3.	Числовое программное управление (ЧПУ), при котором про¬
грамму задают в виде записанного на том или ином носителе мас¬
сива информации; управляющая информация для систем ЧПУ
является дискретной, и ее обработка в процессе управления осу¬
ществляется цифровыми методами.
Числовым программным управлением (ЧПУ) металлорежущим
станком называют управление обработкой заготовки на станке по
УП, в которой данные заданы в цифровой форме.
На рис. 4.1 в качестве примера представлена схема управления
современным металлорежущим станком, оснащенным системой
ЧПУ.
Системы программного управления могут быть классифициро¬
ваны по информационным признакам, под которыми понимают
число и структуру потоков информации при управлении различ¬
ными металлорежущими станками. Чем полнее информация, ис¬
пользуемая в СПУ, тем выше качество ее работы и шире ее функ¬
циональные возможности.
90

Рис. 4.1. Структура системы ЧПУ металлорежущего станка:
ЭГД — электродвигатель главного движения; ЭПП — электродвигатель приводов
подачи; УЧПУ — устройство числового программного управления; ОУ — объект
управления
Источником информации, поступающей на вход СПУ, явля¬
ется УП, а в качестве обратной связи могут использоваться потоки
информации, характеризующие состояние процесса обработки
(положение рабочих органов станка, размеры заготовки, уровень
вибраций, тепловые деформации); информация о возмущениях,
действующих в процессе обработки и не зависящих от процесса
управления (например, припуски, твердость материала заготов¬
ки, температура окружающей среды и др.).
По способу задания информации СПУ подразделяются на четы¬
ре группы (рис. 4.2):
I	— СПУ с распределительным валом, где УП задается в ана¬
логовом виде — рабочие и командные кулачки устанавливают на
распределительном валу в соответствии с разработанной цикло¬
граммой;
II	— копировальные СПУ, где УП задается также в аналоговом
виде — с помощью копира;
III	— системы циклового программного управления (СЦПУ),
в которых размерная информация задается в аналоговом виде с
помощью путевых упоров, устанавливаемых на сменных линей¬
ках, а цикловая — в цифровом виде набором необходимых дан¬
ных на пульте управления;
IV	— системы ЧПУ (СЧПУ), в которых УП задается в цифро¬
вом виде либо вводится с пульта оператором, либо поступает от
ЭВМ высокого уровня управления.
91

Рис. 4.2. Типы СПУ станков по способу задания информации:
1 — заготовка; 2 — станок; 3 — обработанная деталь; 4 — позиция измерения
обработанной детали; 5 — режущий инструмент; 6 — маховик ручной настройки
станка; 7 — варианты систем автоматического управления; 8 — данные выбороч¬
ного ручного контроля отдельных размеров обработанной детали; 9 — операци¬
онный чертеж детали
Системы автоматического управления могут строиться на ме¬
ханической, гидравлической, пневматической, электрической,
электрогидравлической и электронной основах.
По алгоритму управления СПУ могут быть разомкнутыми и замк¬
нутыми.
Для разомкнутых СПУ (рис. 4.3, а) характерен только прямой
поток информации, устройство управления не контролирует дей¬
ствительное положение рабочего органа, поэтому точность его
перемещения будет зависеть от точности передаточных механиз¬
мов привода подачи. Разомкнутыми являются СПУ с распредели¬
тельным валом, копировальные системы, СЧПУ, приводы подач
которых укомплектованы шаговыми электродвигателями.
Замкнутые СПУ подразделяют на три подгруппы:
•	с обратной связью по положению рабочих органов станка
(стола, салазок, шпиндельной бабки), где имеется поток инфор¬
мации от измерительного преобразователя (ИП) (рис. 4.3, б).
92

1 2
Т
УУ
Рабочий
орган
Процесс
обработки
\ ,
Рабочий
орган
Процесс
обработки
) ■
\ 	-
Рис. 4.3. Структурные схемы систем программного управления:
а — разомкнутая; б — замкнутая с обратной связью по положению рабочих
органов станка; в — адаптивная; 1 — технологический документ на разработку
УП; 2 — программоноситель; УУ — устройство управления; ИП — измеритель¬
ный преобразователь; М — электродвигатель
К этой подгруппе относятся следящие копировальные СПУ, боль¬
шинство современных СЧПУ;
•	с обратной связью по положению рабочих органов и с ком¬
пенсацией погрешностей станка, вызванных тепловыми дефор¬
мациями, изнашиванием направляющих, вибрациями и др. В этих
СПУ предусмотрены дополнительные ИП, оценивающие погреш¬
ности станка и передающие сигналы в устройство управления для
коррекции начальной информации;
•	адаптивные (рис. 4.3, в), в которых кроме обратной связи по
положению рабочих органов станка имеется обратная связь от со¬
ответствующих ИП по параметрам процесса обработки (силе ре¬
зания, крутящему моменту, температуре в зоне резания, ампли¬
туде вибраций и др.), что позволяет учитывать и компенсировать
влияние на точность обработки колебаний припуска на заготов¬
ке, твердости обрабатываемого материала, износа режущего ин¬
струмента и других факторов, которые носят случайный характер
и которые нельзя предусмотреть заранее.
По характеру управляющих сигналов различают непрерывные
(аналоговые) и дискретные системы программного управления.
93

4.2.	Устройства, реализующие операции ручного
управления
Операции ручного управления выполняются как в неавтомати¬
ческих универсальных и специализированных станках различного
назначения, так и в автоматических (для реализации наладочных
режимов и специальных элементов рабочего цикла). Ручное
управление станками осуществляется с использованием различ¬
ных устройств — механических, гидравлических, пневматичес¬
ких, электрических, электронных и комбинированных.
Рассмотрим типовые устройства ручного управления станками.
Аппаратом ручного управления в схемах электрооборудования стан¬
ков является рубильник (рис. 4.4, а). Рубильники служат для от¬
ключения напряжения на электродвигателе станка при необходи¬
мости длительного перерыва в работе или ремонте. Такие рубиль¬
ники называют вводными. Рабочий ток электродвигателя вводный
рубильник не прерывает. Это выполняют другие аппараты.
А
та
Рис. 4.4. Аппараты ручного управле¬
ния, используемые в схемах элект¬
рооборудования станков:
а — рубильник; б — тумблер; в — пе¬
реключатель; г — кнопки управления
электродвигателем; 1 — рычаг; 2, 6 —
оси; 3 — пружина; 4 — шарик; 5 — план¬
ка; 7 — рейка; 8 — контактный палец;
9 — вал; 10 — барабан; 11 — сегмент;
12 — контактор; 13 — контакты; 14 —
кнопочный переключатель; 15 — цепь
управления; 16 — катушка; 17 — сер¬
дечник; 18— якорь; 19— вал; 20— цепь
рабочего тока
94

Для включения ламп местного освещения станков и других по¬
требителей малой мощности применяют тумблеры (рис. 4.4, б) —
однополюсные выключатели с прижимными контактами. Тумб¬
лер управляется поворотным рычагом, воздействующим на спус¬
ковое устройство, пружина которого обеспечивает быстрое пере¬
ключение контактов при повороте рычага. Скорость срабатывания
не зависит от скорости поворота рычага, что обеспечивает быст¬
рый разрыв дуги между контактами. При повороте рычага 1 вниз
шарик 4 перемещается по дуговой планке 5 вверх, сжимая пружи¬
ну 3. Когда центр шарика пройдет нейтральное положение (центр
шарика находится на одной прямой с осями 2 и 6), сжатая пру¬
жина повернет планку, переключая контакты. При повороте ры¬
чага вверх устройство действует аналогично, восстанавливая пер¬
воначальное положение контактов.
Если металлорежущий станок имеет несколько исполнитель¬
ных приводов, для пуска и останова каждого из которых исполь¬
зуются кнопки, и не имеет органов ручного управления, то для
работы на этом станке рабочий должен нажимать кнопки в нуж¬
ной последовательности., От этой ответственной и утомительной
работы его можно освободить, если применить специальное уст¬
ройство.
При необходимости одновременно переключать большое чис¬
ло цепей управления применяют барабанные, или кулачковые,
переключатели (рис. 4.4, в). Барабан Ют изоляционного материала
вращается на валу 9. На поверхности барабана укрепляют медные
сегменты 11, расположенные вертикальными рядами и различным
образом соединенные друг с другом. На рейке 7 из изоляционного
материала расположены контактные пальцы 8, от которых отходят
провода в разные точки схемы. При повороте рукоятки барабан
поворачивается и медные сегменты тем или иным способом со¬
единяют пальцы друг с другом. Барабан может занимать разные
положения, и каждому из них будет соответствовать определен¬
ная схема соединений пальцев.
В схеме кнопочного управления (рис. 4.4, г) асинхронный ко¬
роткозамкнутый электродвигатель включают специальным аппа¬
ратом — контактором 12. Когда нажимают на кнопочный пере¬
ключатель 14, ток проходит через катушку 16, надетую на сердеч¬
ник 77, который намагничивается и притягивает якорь 18. Вал 19
контактора при этом поворачивается и замыкает рабочие контак¬
ты 13 в цепи 20 рабочего тока электродвигателя.
Катушка 16 имеет большое число витков проволоки малого
сечения и обладает значительным сопротивлением, поэтому ток,
протекающий через кнопочный переключатель, очень мал. Благо¬
даря небольшим размерам кнопочные элементы размещают на
станке там, где удобно рабочему, а контакторы (при значитель¬
ных размерах) — в электрошкафах вне станка. При отпускании
95

кнопки контакторы отключаются под действием силы тяжести их
подвижных частей. Контакты 13 при этом размыкаются, и двига¬
тель отключается от сети.
На рис. 4.5, а представлен простейший пульт управления —
кнопочная станция с тремя элементами без кожуха, встраиваемая
в станину станка или в корпус другого его узла. Головки кнопок,
включающих движение узлов станка, не выступают над поверхно¬
стью фронтальной плиты, чтобы исключить их случайное нажатие.
Кнопки управления могут иметь замыкающий или отключаю¬
щий контакты. При нажатии кнопки возвратная пружина, сжима¬
ясь, возвращает кнопку в исходное положение.
Кнопки «Стоп» выполняют с выступающей грибообразной го¬
ловкой красного цвета, чтобы в случае необходимости обеспечить
быстрое отключение приводов.
Иногда пульты оформляют в виде подвесных кнопочных стан¬
ций различного конструктивного исполнения. Надписи на кноп¬
ках «Пуск», «Стоп» и другие заменяют международными буквен-
но-цифровыми обозначениями или пиктограммами, характери¬
зующими действие данной команды. Например, около кнопки
пуска привода насоса охлаждения помещают изображение крана,
вблизи кнопки пуска привода насоса смазки — изображение мас¬
ленки.
Пульты современного автоматизированного оборудования (стан¬
ков с ЧПУ, автоматических линий) имеют сложную конструкцию,
являясь человекомашинным интерфейсом, представляющим собой
совокупность средств и правил, обеспечивающих взаимодействие
человека, устройств вычислительной системы и программ. Взаи¬
модействие рабочего-оператора со станком происходит с помо¬
щью текстовых или графических экранов, снабженных необходи¬
мыми комментариями. Состояние процесса может отображаться в
статике и в динамике; параметры могут быть представлены в ана¬
логовом и графическом виде. В особых случаях внимание операто¬
ра привлекает звуковой сигнал и мигание светодиодов.
Пульт оператора позволяет каждой группе обслуживающего
персонала иметь доступ только к своей части информации. Для
разграничения прав доступа используется многоуровневый пароль.
Протоколировать работу системы управления можно с помо¬
щью сообщений, отправляемых на принтер (алфавитно-цифро¬
вое печатающее устройство).
Если используемое в технологическом процессе оборудование
находится на удалении друг от друга, то пульты управления можно
объединять в сеть, имеющую при необходимости связь с Интер¬
нетом.
Системы ЧПУ используют пульты блочно-модульного исполне¬
ния (рис. 4.5, б, в). На пульте кроме традиционных кнопок управле¬
ния имеются дисплей и клавиатура для корректирования УП.
96

Рис. 4.5. Кнопочная станция (а) управления простейшим станком, вы¬
носной (б) и встроенный (в) пульты станков с ЧПУ, пульт управления
автоматической линией (г):
1,2 — панели управления и сигнализации соответственно; 3 — дисплей;
4 — телефон
На рис. 4.5, г показан общий вид пульта AJI. Кроме общепри¬
нятых панелей управления 1 и сигнализации 2 в пульт встроен
промышленный дисплей 3, обеспечивающий передачу персоналу
оперативной информации (о ресурсе инструментов, отказе обо¬
рудования и др.).
1 Черпаков
97

При возникновении неис¬
правностей, не вызывающих пе¬
рерыва в работе AJI, и при про¬
стоях по организационным при¬
чинам предусмотрено введение
сведений о работах по техничес¬
кому обслуживанию и другой
информации, что выполняется
наладчиком (оператором) вруч¬
ную. Для этого на пульте име¬
ются специальные кнопки или
декадные переключатели. Для
связи с диспетчерским бюро, руководством цеха и с ремонтной
службой используют телефон 4.
Пульт оператора придает оборудованию функциональную за¬
конченность, улучшает его эксплуатационные характеристики,
упрощает управление, а доля участия рабочего снижается благо¬
даря применению устройств цифровой индикации и управления
(УЦИУ) даже в станках с ручным управлением.
Схема УЦИУ показана на рис. 4.6. При перемещении рабочего
органа станка (стола, суппорта, шпиндельной бабки) подвижная
часть 5 ИП, связанная с рабочим органом 1, проходя относитель¬
но неподвижной части 4, преобразует величину перемещения в
пропорциональное число импульсов, которые поступают в счет¬
чик 2 и индицируются на цифровом табло 3. Начало отсчета можно
совмещать с любой точкой контролируемого перемещения путем
установки счетчика на нуль. В качестве измерительных преобразо¬
вателей в УЦИУ применяют импульсные, фотоэлектрические со
штриховыми шкалами, а также фазовые (сельсины и индуктоси-
ны) датчики.
УЦИУ классифицируются по следующим функциональным
уровням:
•	измерительному, когда УЦИУ выполняет только функции
отсчета перемещений;
•	выдачи рекомендаций оператору станка. В этом случае опера¬
тор набирает на пульте управления требуемые величины переме¬
щений рабочих органов, а затем перемещает рабочие органы вруч¬
ную до достижения нулевых показаний на цифровом табло УЦИУ;
•	выдачи оператору рекомендаций, записанных в УП. На циф¬
ровом табло высвечиваются требуемые значения и направления
перемещений, и оператор вручную их отрабатывает;
•	управляющему, когда УЦИУ выполняет функции предвари¬
тельного набора координат и их автоматической отработки, опера¬
тор в этом случае только нажимает на кнопку и станок отрабатыва¬
ет заданные перемещения. При этом команды позиционирования
выдает УЦИУ;
О"
*—1—-ъ-3
ПшШ;
5	4
Рис. 4.6. Схема простейшего УЦИУ:
1 — рабочий орган станка; 2 — счет¬
чик; 3 — цифровое табло; 4, 5 — не¬
подвижная и подвижная части изме¬
рительного преобразователя
_
Т~92

•	управляющему программному, когда УЦИУ работает автома¬
тически по УП, т.е. выполняет функции, аналогичные функциям
УЧПУ.
Кроме режимов работы, отвечающих разным уровням автома¬
тизации, УЦИУ может иметь также и другие режимы, например
записи программы самодиагностирован.ия и т.д.
По назначению УЦИУ разделяют на две группы: общего назна¬
чения без ориентации на определенную группу станков, выполня¬
ющие только простейшие функции цифрового отсчета величин
перемещений, и функционально ориентированные на определен¬
ный тип станков.
4.3.	Системы управления с распределительным валом
В СПУ с распределительным валом благодаря применению
дисковых и цилиндрических кулачков, установленных на валу,
обеспечивается управление большим числом различных рабочих
органов с надежной и максимальной синхронизацией их движе¬
ний. Для этих СПУ заранее проектируют и рассчитывают рабочий
цикл обработки заготовки за определенный промежуток време¬
ни Tu=tp + /вх, соответствующий одному обороту распределитель¬
ного вала. Здесь Тц — время рабочего цикла; tp и tBX — соответ¬
ственно суммарное время рабочих и несовмещенных вспомога¬
тельных ходов. Время цикла измеряется, как правило, в секундах,
реже — в минутах.
Для каждой модели автомата строится циклограмма, или гра¬
фическое изображение положения каждого механизма станка в
любой точке цикла. Цикл определяется в углах поворота распре¬
делительного вала. На рис. 4.7 в качестве примера приведена цик¬
лограмма пруткового токарного автомата.
За начало цикла условно принимают положение распредели¬
тельного вала, при котором все суппорты закончили перемещение
вперед, т. е. начало второго цикла совпадает с началом отвода суп¬
портов. Это положение распределительного вала называют исход¬
ным. Например, цикл работы пруткового автомата четко делится
на два периода — быстрый ход и рабочий ход. Этим периодам
соответствуют быстрое и рабочее вращения распределительного
вала. Во время быстрого хода осуществляются все вспомогатель¬
ные движения механизмов, не связанные с процессом резания.
Как только заканчивается быстрый подвод суппортов, распреде¬
лительный вал начинает вращаться медленно, со скоростью рабо¬
чего вращения.
Быстрый ход занимает в цикле по углу поворота распредели¬
тельного вала 200...220°. Следовательно, на рабочий ход остается
160... 140° цикла (см. рис. 4.7).
99

Рис. 4.7. Циклограмма шестишпиндельного токарного пруткового автомата

4.4.	Копировальные системы управления
В копировальных СПУ (механических и следящих) програм¬
моносителем является копир (плоский или объемный), представ¬
ляющий собой прототип обрабатываемой детали или ее частей
(рис. 4.8). Копировальные СПУ могут быть двух- и трехкоординат¬
ные, их применяют в токарных, фрезерных, шлифовальных и от¬
делочных станках для массового производства деталей установив¬
шейся формы.
Благодаря жесткой связи элементов копировальные системы
не нуждаются в устройствах усиления управляющего сигнала. Связь
элементов обеспечивается усилием, которое обычно больше силы
резания, вследствие чего необходимы износостойкие копиры. Это
усилие может быть создано механическими (противовесы, пру¬
жины, обжимающие ролики или копиры), электрическими, гид¬
равлическими и пневматическими средствами.
В механических копировальных системах станков копир выпол¬
няет функции задатчика перемещений и подачи режущего инст¬
румента, воспринимая силы резания. Передача движения и уси¬
лия осуществляется посредством кинематической цепи станка.
Механические копировальные системы современных станков обес¬
печивают максимальную скорость копирования 500... 1000 мм/мин.
В станках для обработки легких сплавов скорость копирования не
превышает 4 м/мин. Максимальная ошибка при обходе прямого
внутреннего угла на скорости 1000 мм/мин составляет не более
0,3...0,5 мм, отклонение скорости копирования — не более 20%
заданного значения, амплитуда автоколебаний — не более 0,01 мм.
Кроме того, двухкоординатная механическая копировальная сис¬
тема должна сохранять работоспособность при изменении угла
копирования в диапазоне ±360°, а трехкоординатная — в диапазо¬
не ±180°. Поэтому к точности работы копировальной системы
предъявляются высокие требования.
Схема копировальной системы, применяемой, например, на
копировально-фрезерных станках при двухкоординатной обработке
(по осям X, Y), показана на рис. 4.9. Копировальная система изме¬
ряет отклонение 8 копировального пальца по нормали к копиру в
плоскостях XY, XZ, YZ, а угол копиро¬
вания ак — только в плоскости XY. Дру¬
гой вариант режима применяется для из¬
мерения в плоскостях XZ и YZ. Переход
из одного режима в другой осуществля¬
ется переключением контактов К («кон¬
тур») и С («строчки») на пульте управ¬
ления станка.
Для коррекции угла вектора скорости
копирования применяется фазосдвигаю- Рис. 4.8. Плоский копир
101

щ
Fi
EH
Рг
Рис. 4.9. Функциональная схема копировальной системы:
КП — копировальный прибор; РУ — решающий усилитель; ФСУ — фазосдвига¬
ющее устройство; ак — угол копирования; ау — фаза переменного напряжения;
5 — отклонение копировального пальца; 80 — начальное рассогласование; не¬
соответственно контакты «контур» и «строчки»; Fx и — фазовые усилители;
щ — входной сигнал; иь и2 — сигналы, пропорциональные скорости копирования
щее устройство (ФСУ). Особенностью схемы является использо¬
вание регулятора, реализованного на решающем усилителе (РУ).
Усилитель имеет ограничение по выходу, причем уровень ограни¬
чения настраивается в определенных пределах. Здесь же осуществ¬
ляется установка начального рассогласования 80.
При работе в режиме «контур» (при копировании в плоскости
XY) замкнут контакт К, и на вход ФСУ с датчиков копироваль¬
ной СПУ поступает напряжение переменного тока, фаза которо¬
го равна углу копирования. С выхода ФСУ сигнал ау поступает на
входы двух фазовых усилителей. Фазовые усилители Fx и Р2 выра¬
батывают сигналы и, и и2, пропорциональные скорости копиро¬
вания. Эти сигналы через корректирующие цепи подаются на вхо¬
ды приводов подач, которые перемещают рабочий орган и копи¬
ровальный палец с заданной скоростью в нужном направлении.
Если по каким-либо причинам текущее отклонение 8 отличается
от заданного 80, то на выходе РУ
появляется напряжение, которое
воздействует на ФСУ и корректи¬
рует фазу его выходного напряже¬
ния.
При работе в режиме «строчки»
замкнут контакт С, и на вход ФСУ
поступает напряжение и0 с фик¬
сированной фазой. Изменение
фазы выходного сигнала ау про¬
изводится сигналом РУ в опреде¬
ленных пределах. Такой режим осо¬
бенно важен, например, при об¬
работке острых кромок штампов.
Торцовый палец при сходе с кром¬
ки АВ копира (рис. 4.10, а) зани¬
а	6
Рис. 4.10. Схемы копирования
острых кромок штампов:
/ — торцовый палец; 2 — копиро¬
вальный прибор; vK — скорость ко¬
пирования
102

мает положение, показанное на рис. 4.10, б, и теряет связь с ко¬
пиром. На выходе усилителя появляется максимальное напряже¬
ние (так как 8 = 0), меняющее фазу сигнала ау таким образом,
что копирная система начинает смещаться вниз к участку CD и
несколько назад к участку ВС. В зависимости от протяженности
последнего захват копира может произойти либо на нем, либо на
участке CD.
4.5.	Системы циклового программного управления
Системы ЦПУ обеспечивают автоматический цикл работы стан¬
ка, транспортного оборудования и т.д. В автоматическом оборудо¬
вании с ЦПУ цикл работы является замкнутым, т. е. состояния и
положения механизмов в начальной и конечной фазах совпадают.
СЦПУ кроме управления в функции пути с помощью кулачков-
упоров реализуют управление по другим параметрам (времени,
температуре, давлению и др.).
Системы ЦПУ выполняют с устройствами задания программы
или на базе ПК.
Рассмотрим работу СЦПУ с устройством задания программы.
Система ЦПУ (рис. 4.11) содержит устройства задания програм¬
мы циклов (память циклов) и ввода программ, а также узел путе¬
вых датчиков (Д). Кроме того, в СЦПУ входит силовая электроав¬
томатика (ЭА) и исполнительный привод (П), перемещающий
механизмы (М) оборудования.
Блоки СЦПУ могут выполняться на основе электрических,
пневматических или гидравлических элементов. Блоки задания и
ввода программы во многих случаях изготовляются в виде ште¬
керной наборной панели. В этом случае программу на наборной
панели блока поэтапного ввода задают в виде электронной или
релейной счетно-распределительной схемы.
СЦПУ
Память
циклов
7Т
Ввод
программ
ЭА
П
д
-N
-у
м
1
<«
Рис. 4.11. Структурная схема системы ЦПУ:
ЭА — электроавтоматика; П — привод; М — механизмы станка; Д — датчики
(путевые)
103

x S
2
«
ififr
ШИН)
ШИН)
ШИН)
ШИН) CttHfr
{ИНИЖН)
—в-
фчГ~~^1-
<НЭ	В-
<НЭ	S-
([) (р (j) (j)-<|)-(|)--fe
1 2 3 4 5 6 7
Выходы
б
-е-
Исполни-
тельные
реле
Рис. 4.12. Схема двухслойного расположения шин штекерной панели (а)
и схема прохождения сигнала по матрице (б):
1 — шины; 2 — короткозамыкающий штекер; 3 — штекер с встроенным диодом
Блок задания перемещения, расположенный на рабочем орга¬
не, выдает сигнал окончания этапа программы и переключения
на следующий этап. Наиболее часто применяют путевые переклю¬
чатели. Задание перемещения с помощью реле времени осуществ¬
ляется в тех случаях, когда другие датчики применить трудно и
когда время отработки данного этапа программы не изменяется.
При работе станка с ЦПУ командная информация поступает в
устройство ЭА, которое обеспечивает управление рабочими орга¬
нами оборудования.
В наиболее простом случае штекерная панель выполняется по
схеме диодной матрицы; диоды встраивают в штекеры или в шины
панели. Каждому входу (строке) соответствует определенный на¬
бор команд, которые задаются
установкой штекеров (рис. 4.12).
Другой вариант показан на
рис. 4.13. Кулачки 2 устанавли¬
вают в линейку наборной пане¬
ли 1 на станине токарного стан¬
ка. Кулачки воздействуют на
многоконтактный переключа¬
тель, который перемещается
вместе с суппортом станка. Ре¬
жим обработки и команда на
ускоренный ход задаются в
концевых позициях наборной
панели. Переключения с одно¬
го режима на другой произво¬
дятся кулачками.
Рис. 4.13. Схема установки кулачков
в линейках наборной панели токар¬
ного станка:
1 — панель; 2 — кулачок; 3 — обрабо¬
танная деталь; 4 — заготовка
104

Рис. 4.14. Узел переключателей:
1 — корпус; 2 — мембрана для герме¬
тизации механизма толкателя; 3 — тол¬
катель; 4 — направляющая толкателя,
исключающая его разворот; 5 — мик¬
ропереключатель; 6 — пробка, закры¬
вающая отверстия для выводов
Блок задания перемещений состоит из двух узлов: переключа¬
телей и путевых упоров. Первый узел — микропереключатели, объ¬
единенные в общий корпус (рис. 4.14). Второй узел представляет
собой панель (рис. 4.15, а) или барабан (рис. 4.15, б) с Т-образ¬
ными пазами, в которые расставляют кулачки в соответствии с
чертежом детали и программой обработки. Кулачки могут быть
регулируемыми (рис. 4.15, в), которые настраиваются с помощью
винтов с лимбами. Точность срабатывания блока задания переме¬
щений ±0,015 мм.
Если требуется высокая точность перемещений (в пределах
±0,01 мм) при большой частоте срабатывания, используют бес¬
контактный (индуктивный) путевой переключатель, принцип ра¬
боты которого основан на использовании эффекта изменения на¬
пряжения высокочастотного генератора при введении в контур
индуктивности (ферромагнитной пластины).
Блоки задания перемещений бывают трех типов. Блоки первого
типа имеют число переключателей, равное числу пазов, в кото¬
рых установлены кулачки. Закрепление переключателей за конк¬
ретными этапами цикла обработки осуществляется расстановкой
штекеров на панели. Блоки второго типа имеют один переключа¬
тель и блок путевых упоров, выполненный в виде поворотного
барабана (см. рис. 4.15, в). Эти блоки применяют в основном в
станках токарно-револьверной группы (число фиксированных
положений барабана равно числу положений револьверной го¬
ловки). В блоках третьего типа ряд упоров последовательно дей¬
ствует на один переключатель; имеется счетчик пройденных упо¬
ров; номер упора задается по программе.
Система ЦПУ на базе ПК представляет собой универсальное
устройство, которое настраивают на управление конкретным цик¬
лом путем занесения в его память соответствующей рабочей про¬
граммы, согласующей между собой содержимое адресов памяти,
105

3
1
to"
o\l Г
б
Рис. 4.15. Узел путевых упоров в виде панели с нерегулируемыми кулач¬
ками (а), в виде барабана (б) и регулируемый кулачок (в):
1 — винты крепления; 2 — регулировочный винт; 3 — кулачок
связанных с входными и выходными сигналами объекта управле¬
ния.
ПК, построенный по тем же структурным принципам, что и
универсальная цифровая ЭВМ, содержит все ее характерные функ¬
циональные блоки — процессор, оперативное запоминающее ус¬
тройство (ОЗУ), блок управления, устройство ввода-вывода ин¬
формации, устройство индикации (рис. 4.16). Вместе с тем он имеет
и существенные отличия.
ПК представляет собой совокупность аппаратных и программных
средств, позволяющих имитировать работу любой схемы управле¬
ния, состоящей из конечного числа взаимодействующих между
собой реле, временных датчиков, счетных схем и др. ПК обеспе¬
чивает управление технологическим и другим оборудованием,
оснащенным датчиками и электрическими приводами, по принци¬
пу логической временной обработки; слежение за ходом выпол¬
нения рабочей программы и за состоянием контактов реальных и
имитируемых реле; удобное программирование. ПК отличаются
удобством эксплуатации и повышенной надежностью.
1	2	3
106

Рис. 4.16. Структурная схема программируемого контроллера (ПК)
ПК осуществляет сбор и логическую обработку сигналов, по¬
ступающих отдатчиков, конечных переключателей, кнопок и т.п.,
формирование команд позиционного управления объектом —
включение и выключение различных исполнительных механиз¬
мов станка и т.п. В отличие от релейно-контакторных устройств
электроавтоматики ПК является устройством универсальным, его
можно быстро и легко перестроить для работы с различными цик¬
лами станка (подробнее см. подразд. 4.10).
107

4.6.	Системы числового программного
управления
Под системой ЧПУ (СЧПУ) понимают совокупность функцио¬
нально взаимосвязанных и взаимодействующих аппаратных (тех¬
нологических) и программных средств, обеспечивающих управ¬
ление станком.
По технологическому назначению СЧПУ подразделяют на по¬
зиционные, контурные и комбинированные.
Позиционная СЧПУ обеспечивает установку рабочего органа
станка в позицию, заданную УП. Эти системы применяются, на¬
пример, на станках сверлильно-расточной группы.
Контурная СЧПУ обеспечивает автоматическое перемещение
рабочего органа станка по траектории и со скоростью, заданны¬
ми УП. Особенность контурных систем — наличие в каждый от¬
дельный момент времени функциональной зависимости между
скоростями перемещения рабочих органов станка по координат¬
ным осям. По сравнению с позиционными контурные СЧПУ от¬
личаются большей сложностью и стоимостью. В настоящее время
они являются наиболее распространенными СЧПУ и использу¬
ются для управления токарными, фрезерными и другими станка¬
ми для обработки деталей сложного профиля.
Комбинированная СЧПУ объединяет в себе свойства контурной
и позиционной систем, используется в основном для управления
многоцелевыми станками.
Основой СЧПУ является устройство ЧПУ (УЧПУ), выдающее
управляющие воздействия на рабочие органы станка в соответ¬
ствии с УП и информацией о состоянии управляемого станка.
Структуры УЧПУ многообразны. В табл. 4.1 приведены наибо¬
лее распространенные типы УЧПУ.
УП содержит укрупненное кодированное описание всех стадий
геометрического и технологического формообразования изделия.
Главное (с информационной точки зрения) в этом описании то,
что оно не допускает двусмысленных трактовок.
Таблица 4.1
Типы УЧПУ, применяемых на металлорежущих станках
Обозначение
Назначение
Область
применения
русское
между¬
народное
УЧПУ
NC
(Nume¬
rical
Control)
Управление обработкой на
станке по программе, задан¬
ной в кодированном виде
(алфавитно-цифровом унитар¬
ном коде)
Токарные и
фрезерные станки
с автоматической
сменой режущего
инструмента
108

Окончание табл. 4.1
Обозначение
Назначение
Область
применения
русское
между¬
народное
ОСУ
HNC
(Hand
NC)
Ручное задание программы
на пульте управления
(с клавиатуры или других
устройств)
Переналажи¬
ваемые токар¬
ные станки,
работающие в
условиях
мелкосерийного
и единичного
производства
Компью¬
терное
УЧПУ
CNC
(Com¬
puter NC)
Система содержит одну или
несколько микроЭВМ (микро¬
процессоров) с программной
реализацией алгоритмов
Многоцелевые
станки
Система
управле¬
ния груп¬
пой стан¬
ков от об¬
щей ЭВМ
DNC
(Direct
Numerical
Control)
Осуществляет хранение
программ и распределение их
по запросам от устройств
управления станками (у стан¬
ков могут быть установлены
устройства различных типов,
в том числе CNC)
Группа много¬
целевых стан¬
ков, объединен¬
ных в ГАУ
УЧПУ на
базе ПК
PLC
(Program¬
mable
Controller)
Выполняет логические
функции, в том числе функ¬
ции релейной автоматики;
может входить в состав СЧПУ
Агрегатные
станки, AJI из
агрегатных
станков
АДУ
AC
(Adaptive
Control)
Обеспечивает самонастрой¬
ку режимов резания или
автоматическую компенсацию
погрешностей. Может входить
в состав СЧПУ
Токарные,
фрезерные и
другие станки
В УЧПУ управляющая информация транслируется, а затем ис¬
пользуется в вычислительном цикле, результатом которого явля¬
ется формирование оперативных команд в реальном масштабе
времени работы станка.
Станок — основной потребитель управляющей информации,
исполнительная часть, объект управления, а в конструктивном
отношении — несущая конструкция, на которой смонтированы
механизмы с автоматическим управлением, приспособленные к
приему оперативных команд от УЧПУ.
К числу подобных механизмов относятся прежде всего те, ко¬
торые непосредственно участвуют в геометрическом формообра¬
зовании изделия: механизмы координатной подачи для различ¬
ных станков, выбранных в качестве примера, указаны на рис. 4.17
стрелками. В зависимости от числа движений, задаваемых меха¬
низмами подачи, складывается та или иная система координат
109

П\
в	г
Рис. 4.17. Движения формообразования в сверлильном (а), токарном (б),
фрезерном (в) станках с ЧПУ и в многоцелевом станке (г)
обработки — плоская, пространственная трехмерная, простран¬
ственная многомерная.
Механизмы подачи требуют в процессе управления наиболь¬
шего объема информации и вычислений, поэтому от числа уп¬
равляемых координат, от сложности геометрической координат¬
ной задачи формообразования во многом зависит и сложность
УЧПУ в целом. Другими автоматическими механизмами станка
являются регулируемый привод главного движения, устройство
смены инструмента, зажимные устройства и др.
К УЧПУ сходятся все команды управления автоматическими
механизмами станка. Конструктивно УЧПУ представляет собой
автономный электронный агрегат, имеющий устройство ввода УП,
вычислительную часть, электрический канал связи с автомати¬
ческими механизмами станка. Внешний вид УЧПУ во многом опре¬
делен панелью управления, с которой осуществляется выбор режи¬
110

ма управления станком (ручной, наладка, полуавтоматический,
автоматический), вносятся необходимые изменения в УП, ведет¬
ся контроль за выполнением команд и наблюдение за правильной
работой самого УЧПУ.
Рассмотрим один из каналов связи УЧПУ и станка на примере
управления координатным перемещением привода. УЧПУ выра¬
батывает сигнал, определяющий текущие скорость и положение
выходного вала двигателя и, соответственно, исполнительного
органа станка. Одновременно по каналу обратной связи (напри¬
мер, с помощью фотоэлектрического датчика) в УЧПУ возвра¬
щается информация об истинном положении исполнительного
органа в текущий момент времени. Эта информация позволяет
непрерывно корректировать сигнал управления двигателем и ра¬
бочим органом.
Состав и объем перерабатываемой УЧПУ информации рассмот¬
рим на примере контурной обработки. Пусть на вертикально-фре¬
зерном станке с ЧПУ в декартовых координатах концевой фрезой
обрабатывается плоское фасонное окно (рис. 4.18, а). Совокупным
движением вдоль осей X и Y приводов подачи стола и салазок
станка необходимо обеспечить движение заготовки и инструмен¬
та (рис. 4.18, б). После выбора направления обхода окна запро¬
граммируем движение вдоль эквидистанты заданного контура, от¬
стоящей от него на радиус фрезы (траектория Г, 2', ..., 14', Г),
а не относительное движение по контуру, заданному чертежом де¬
тали (траектория 1, 2, ..., 14, 1). Разделим траекторию Г, 2', ...,
14’, 7' на элементарные участки, описываемые уравнениями пря¬
мой линии, либо окружности. Пересечение с осью координат так¬
же считается концом элементарного участка. Опорные точки Г,
2', ..., 14' расположены на стыке элементарных участков.
Рис. 4.18. Контурная обработка фасонной детали на вертикально-фрезер¬
ном станке с ЧПУ:
а — рабочая позиция и система координат; б — разделенная на элементарные
участки рабочая траектория относительного движения инструмента и заготовки;
О, Р, R, S, Т, Q — центры окружностей, относительно которых задаются коор¬
динаты опорных точек
111

Стратегия управления следующая. Комбинацией установочных
перемещений во всех трех координатах (стола, салазок, шпин¬
дельной бабки) совмещают центр фрезы с начальной опорной
точкой Г, с которой начнется цикл автоматического управления.
УП разбита на кадры, каждый из которых содержит геометричес¬
кое и технологическое описания очередного элементарного учас¬
тка. Так, первый кадр содержит в кодированном виде следующую
информацию: признак движения по прямой; общие величины
перемещений вдоль осей Хи Yпри движении от опорной точки Г
к опорной точке 2'; скорость подачи на первом элементарном
участке; частоту вращения шпинделя при обработке первого эле¬
ментарного участка и др.
После ввода в УЧПУ первого кадра (кадр вводится целиком и
запоминается в буферной памяти) на станок поступают необхо¬
димые технологические команды и начинается процесс вычисле¬
ний, связанный с определением всех промежуточных относитель¬
ных положений инструмента и заготовки на участке Г — 2’, а также
процесс управления движением в соответствии с расчетами. В ре¬
зультате движения по программе первого кадра центр фрезы ока¬
жется совмещенным с опорной точкой 2' — началом второго эле¬
ментарного участка.
Кодированное описание участка траектории составляет содер¬
жимое второго кадра УП: признак движения по окружности; ко¬
ординаты точки 2' относительно центра Р, что создает опреде¬
ленность в задании окружности обеими величинами перемеще¬
ний по осям X и Yпри движении от опорной точки 2' к опорной
точке 3'; скорость подачи, частота вращения шпинделя и др. Сле¬
дующее за вводом второго кадра перемещение по программе вто¬
рого кадра завершается совмещением центра фрезы с опорной
точкой S'.
Последовательная обработка содержащейся в УП информации,
сопровождающаяся выдачей оперативных команд на исполнитель¬
ные приводы станка, обеспечивает последовательный обход за¬
программированного контура от одной опорной точки к следую¬
щей. В УЧПУ предусмотрены средства, исключающие приостановку
подачи на стыке элементарных участков на период ввода очеред¬
ного кадра.
Управляющая программа для обработки детали, показанной
на рис. 4.18, содержит 14 кадров.
Рассмотрим варианты структур УЧПУ. Устройства, построен¬
ные по структуре цифровой модели, осуществляют переработку
информации так называемым аппаратным способом. Это означа¬
ет, что все операции (передачи, преобразования, вычисления и
др.) выполняются специализированными электронными блока¬
ми, функции которых строго определены (т. е. ориентированы на
конкретную операцию), а связи четко зафиксированы. Функцио¬
112

нирование системы подчиняется неизменному циклу (алгоритму),
в пределах которого все блоки УЧПУ работают параллельно и
выполняют закрепленные за ними операции над вводимыми по
программе числами.
Как правило, УЧПУ, построенное по структуре цифровой мо¬
дели, состоит из четырех агрегатов (рис. 4.19, а). Устройство ввода
осуществляет первичную переработку (дешифровку, контроль,
коррекцию, преобразование кодов и др.) вводимой по програм¬
ме информации. Вычислитель рассчитывает координаты всех про¬
межуточных (между опорными) точек, обеспечивает разгоны и
торможения, поддерживает на определенном уровне скорость по¬
дачи и др. Блок связи с приводом передает оперативные управляю¬
щие команды к исполнительным приводам подачи. Устройство
управления организует общий цикл взаимодействия агрегатов.
Устройства, построенные по структуре ЭВМ (рис. 4.19, б),
имеют характерные признаки вычислительной машины: универ¬
сальный характер блоков и программируемые связи, последова¬
тельное выполнение всех операций через центральное арифмети¬
ческое устройство, наличие оперативного (ОЗУ) и постоянного
(ПЗУ) запоминающих устройств.
Для того чтобы универсальное по назначению вычислительное
устройство выполняло вполне определенные функции УЧПУ, оно
должно быть соответствующим образом запрограммировано. Для
этого предусматривается специальное программное математичес¬
кое обеспечение, представляющее собой комплекс алгоритмов
переработки информации, поступающей в виде дополнительной
УП. Это математическое обеспечение может вводиться в УЧПУ
б
Рис. 4.19. Схемы построения устройств ЧПУ по структуре цифровой
модели (а) и по структуре ЭВМ (б):
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство; ПЗУ — постоянное запоминаю¬
щее устройство
113

через устройство ввода, как и основная УП. Тогда УЧПУ относит¬
ся к классу свободно программируемых.
В иных случаях математическое обеспечение жестко зашито в
постоянной памяти УЧПУ на’стадии его изготовления. Однако
всегда существуют возможности для изменения, дополнения и
обогащения математического обеспечения, в силу чего УЧПУ дан¬
ного типа обладают большой гибкостью и способностью к функ¬
циональному наращиванию. В этом несомненное преимущество та¬
ких УЧПУ перед устройствами, построенными по структуре циф¬
ровой модели.
УЧПУ, построенные по структуре ЭВМ, имеют расширенную
оперативную память. В определенных зонах этой памяти можно
хранить всю УП целиком (или даже несколько УП). Это дает два
важных преимущества: возникают широкие возможности для ре¬
дактирования УП; из процесса отработки УП исключается покад¬
ровое считывание информации, которое несет в себе вероятность
сбоев.
Недостатком УЧПУ, построенных по структуре ЭВМ, являет¬
ся последовательный характер выполнения всех операций. По этой
причине получают распространение гибридные УЧПУ, в которых
часть операций выполняется аппаратным, а часть программным
путем.
Трудоемкость подготовки УП особенно возрастает при много¬
проходном резании, например при обработке прутка. В этой связи
перспективна автоматическая подготовка УП (рис. 4.20). Система
автоматической подготовки УП использует ЭВМ для формализо¬
ванного описания заготовки, детали, станка, приспособлений,
инструмента и передачи этой информации на станок в том коде,
который предусмотрен его СЧПУ. Разработано более ста автома¬
тизированных систем подготовки УП с помощью ЭВМ, отличаю¬
щихся назначением и уровнем автоматизации. Подобные системы
позволяют повысить производительность труда при подготовке УП
в 3 —10 раз в сравнении с ручной подготовкой.
За последние годы СЧПУ претерпели существенные измене¬
ния благодаря использованию ЭВМ в качестве базы. В первую оче¬
редь это связано с тем, что появилось огромное число новых тех¬
нологических функций и, как следствие этого, усложнился и без
того сложный язык программирования. Изготовители программного
обеспечения пошли по пути создания такого продукта, который
не только отвечал бы требуемым качественным параметрам, но и
был бы легок в освоении.
Разработаны специальные программы, так называемые оболоч¬
ки пользователя, которые по сути выполняют роль своеобразных
посредников. Опыт внедрения этих программ существенно улуч¬
шил сложившуюся ситуацию. Теперь технологу совершенно не
обязательно знать все возможности программного языка, ему впол-
114

Рис. 4.20. Этапы переработки информации при подготовке УП с помощью
ЭВМ:
1 — справочники; 2 — каталог инструментов; 3 — чертеж детали; 4 — подготовка
данных для ЭВМ; 5 — программа для ЭВМ; 6 — ЭВМ; 7 — вывод результатов
расчета, суждение о приемлемости результатов; 8 — УП; 9 — станок
не достаточно владеть довольно простым языком программной
оболочки.
Современное УЧПУ должно иметь открытую программно-ап-
паратную архитектуру с использованием многокоординатных конт¬
роллеров индустриального исполнения. Внедрение таких УЧПУ
решает ряд существенных проблем. Открытая архитектура позво¬
ляет адаптировать систему к станку практически любого типа из
существующего станочного парка: и к серийно выпускаемым стан¬
кам и их модификациям, и к уникальным станкам и многостаноч¬
ным агрегатам. При этом в самой конструкции УЧПУ заложены
возможности наращивания вычислительной мощности и памяти,
а также обучающих, производственных и прочих программных
пакетов. Кроме того, данные системы обеспечивают возможность
доступа в Интернет, что крайне важно в современных условиях.
Основная тенденция развития автоматизации машиностроения
на базе систем ЧПУ заключается в сближении разработчиков УЧПУ
и конструкторов станков. Развитие УЧПУ идет по пути слияния
различных технологий и выработки комплексных решений, по¬
зволяющих максимально удовлетворить постоянно возрастающие
требования заказчика. Потенциальному потребителю предлагают-
115

Рис. 4.21. Схема типовой
системы управления группой
станков:
1 — домашний офис; 2 — персо¬
нальный компьютер; 3 — рабочий
офис; 4 — канал передачи и по¬
лучения информации через Ин¬
тернет или Интранет; 5 — сервер
системы; б — подразделения пред¬
приятия; 7 — каналы связи; 8 —
технологическое оборудование
ся не только отдельные УЧПУ, но и
целая сеть автоматизированных уст¬
ройств.
Очень важна для УЧПУ возмож¬
ность объединения отдельных станков
в группы по организационно-техно¬
логическому принципу. На рис. 4.21
приведена принципиальная схема
типовой системы управления груп¬
пой станков с ЧПУ (каждая единица
оборудования оснащена компьюте¬
ром). Типовые системы обеспечивают
взаимодействие оператора и обору¬
дования. Персонал, обслуживающий
оборудование через сети Интранет и
Интернет, имеет также оперативную
взаимосвязь для выполнения различ¬
ных консультативных функций.
4.7.	Следящие системы управления
Следящие системы управления используются в станках, кроме
случая копировальных работ, для синхронизации движения не¬
скольких узлов. Широкое распространение они получили в стан¬
ках токарной и фрезерной групп. Преимущество следящей систе¬
мы перед другими системами заключается в воспроизведении од¬
ним органом перемещений другого при отсутствии механической
связи между ними.
Главным элементом следящей системы управления является сле¬
дящий привод, который представляет собой комплексное устрой¬
ство на механической, электрической, гидравлической, пневма¬
тической или комбинированной основе, обеспечивающее воспро¬
изведение исполнительным механизмом соответствующих движе¬
ний.
Мгновенную величину фактического значения регулируемого
параметра можно представить в виде некоторой выходной функ¬
ции 0Вых(О> а заданное значение его — в виде входной функции
МО-
Тогда разность 8ВХ(Г) - 0ВЬ1Х(О = 5(0 представляет собой вели¬
чину рассогласования (ошибки) системы.
Простейшая схема следящего привода (рис. 4.22, а) состоит из
задающего, или командного, механизма — датчика Д и приемно¬
го исполнительного устройства П. Движение датчика и воспроиз¬
ведение этого движения устройством П могут осуществляться по
одной или нескольким координатам. В токарных станках контур
116

Рис. 4.22. Следящий привод с внут¬
ренней обратной связью:
а — простейшая схема; б — упругий ва-
лопровод; в — сельсинная схема; Д —
датчик; П — приемное исполнительное
Д
п
входная и выходная функции; 5
согласование
рас-
детали, обрабатываемой по шаб¬
лону, воспроизводится по двум
координатам, во фрезерных — по
двум или трем.
Следящие приводы можно
подразделить на два основных ти¬
па: с внутренней обратной связью
и с внешней обратной связью.
Следящий привод с внутренней
обратной связью характеризует¬
ся тем, что при полном снятии
нагрузки на приемном устрой¬
стве после окончания переход¬
ного процесса автоматически ус¬
траняется рассогласование меж¬
ду командой и ее исполнением,
0„(О
6вх(0
причем 8(0 становится равной
нулю за счет потенциальной энергии, накопленной в системе при
рассогласовании. В этих приводах самосинхронизация происходит
без специальных устройств и осуществляется под действием внут¬
ренней упругой связи между датчиком и исполнительным уст¬
ройством.
На схеме (рис. 4.22, б) следящий привод представлен упругим
валом одинакового по всей длине сечения и одинаковой жестко¬
сти, соединяющим шкивы датчика Д и устройства П. Устройство П
воспроизводит вращение датчика Д. В случае если момент на уст¬
ройстве П изменяется, то изменяется значение 0ВЫХ и, следователь¬
но, 5(0 = var. При снятии нагрузки с устройства П вращение обо¬
их концов вала становится синхронным, т.е. в каждый момент
времени 0ВЬ|Х(О = 0ВХ(/).
Например, в токарных станках следящим приводом с весьма
малой величиной допустимого рассогласования 8(0 можно счи¬
тать жесткую механическую связь шпинделя (Д) и ходового винта
с фартуком и суппортом (П). В ряде случаев воспроизведение дви¬
жения механическими передачами приводит к очень сложным
кинематическим цепям, особенно в тяжелых станках. В связи с
этим в станках применяют так называемый «электрический вал» —
электромашинный способ передачи углового положения сердеч¬
117

ника от Д к П. Такая электрома-
шинная система состоит из двух
находящихся на расстоянии ма¬
шин, в которых обеспечивается
синхронное вращение роторов.
Совпадение их угловых положений
во времени может быть обеспече¬
но, например, с помощью индук¬
ционных электрических машин —
сельсинов (рис. 4.22, в), син¬
хронных двигателей или другими
способами.
Сельсин представляет собой электрическую машину с одно¬
фазной первичной обмоткой (обмотка возбуждения) и трехфаз¬
ной вторичной обмоткой (обмотка синхронизации). Эта система
может использоваться для дистанционного управления маломощ¬
ными механизмами. Существуют следящие приводы, в которых при
возникновении рассогласования сельсины перемещают управляющие
устройства, например золотники. В следящем приводе широко ис¬
пользуют сельсины, работающие в качестве устройства измере¬
ния угла рассогласования.
Схема электрического вала приведена на рис. 4.23. Статор элек¬
тродвигателя Ml с фазным ротором, включенный в сеть перемен¬
ного тока, создает в статоре вращающееся магнитное поле, кото¬
рое индуцирует напряжение в роторе двигателя М2.
Следящий привод с внешней обратной связью характеризуется
применением специальных чувствительных к рассогласованию
устройств, управляющих силовой частью привода. Такие вспомо¬
гательные устройства могут быть основаны на электрическом, гидрав¬
лическом, пневматическом, механическом или комбинированном
принципе связи между командной и исполнительной осями. Чувст¬
вительный прибор измеряет положение исполнительного органа,
сопоставляет его с заданным значением положения и в случае
Рис. 4.23. Схема электрического
вала:
Ml и М2 — электродвигатели
Рис. 4.24. Структурная схема следя¬
щей копировальной системы управ¬
ления:
1 — заготовка; 2 — шпиндельная бабка
с фрезой; 3 — силовой следящий при¬
вод; 4 — сигнал управления; 5 — жест¬
кая механическая обратная связь; 6 —
копировальная головка; 7 — щуп; 8 —
копир; 9 — рабочий стол; Ds — движе¬
ние подачи; Д — задающее движение
стола; vs — скорость подачи и ее состав¬
ляющие V\ и v2
118

Рис. 4.25. Двухкоординатная гидравлическая копировальная система то¬
карных одношпиндельных автоматов:
1 — насос; 2 — гидрощуп; 3 — цилиндр поперечной подачи; 4 — цилиндр про¬
дольной подачи; 5 — суппорт; 6 — дроссель; 7 — регулятор скорости; 8 — фильтр;
9 — бак; 10 — предохранительный клапан
рассогласования положений управляет исполнительным органом,
стремясь свести 5(7) к нулю.
Функцию рабочей подачи выполняет силовой следящий при¬
вод 3 (рис. 4.24) копировально-фрезерного станка (электрический
или гидравлический), получающий сигнал управления 4 от копи¬
ровальной головки 6 и обеспечивающий шпиндельной бабке 2
следящее движение подачи Ds. Это происходит при задающем дви¬
жении Д, стола 9 с копиром 8 на расстоянии А/ и подъеме щупа 7
относительно копировальной головки 6 на величину Ah.
В результате при обработке заготовки 1 режущий инструмент
перемещается со скоростью подачи vs (как результат сложения
вертикальной v{ и горизонтальной v2 ее составляющих).
Следящий привод с внешней обратной связью позволяет ис¬
пользовать копир из легкообрабатываемого материала, снижать
его износ и тем самым повышать точность обработки.
На рис. 4.25 представлена схема двухкоординатной гидравли¬
ческой копировальной системы с внешней связью, используемая
в токарных одношпиндельных станках.
От насоса 1 масло подается через следящий золотник, управ¬
ляемый шаблоном, в одну из полостей цилиндра 3 поперечной
подачи, а в правую полость цилиндра 4 продольной подачи масло
поступает непосредственно от насоса. Если на шаблоне кривая
спада, то и поперечный суппорт 5, следя за движением копиро¬
вального щупа 2, будет приближаться к оси детали, а масло из
119

противоположной полости цилиндра 3 будет вытесняться через
дроссель 6 в бак 9. Если на шаблоне кривая подъема, то потоки
масла меняются местами.
Если профиль шаблона представляет собой прямую, параллель¬
ную оси детали, следящий золотник будет находиться в нейтраль¬
ном положении, и масло не будет поступать ни в одну из полос¬
тей цилиндра поперечной подачи.
Масло из левой полости цилиндра 4 вытесняется через регуля¬
тор скорости 7и дроссель в бак. При увеличении поперечной по¬
дачи давление перед дросселем увеличивается, что вызывает умень¬
шение проходного сечения следящего золотника, вследствие чего
Рис. 4.26. Электроконтактный (а) и индуктивный (б) щупы, применяемые
в копировальных станках со следящим приводом:
1 — шпиндель; 2 — палец щупа; 3 — шарнир; 4 — якорь; 5 — дифференциальный
трансформатор
120

уменьшается продольная подача. При подходе щупа к уступу уве¬
личенное давление перед дросселем препятствует сливу масла из
цилиндра 4, и продольная подача прекращается.
Важными элементами всех следящих систем являются электро¬
щупы. В электроконтактном щупе (рис. 4.26, а) угол конуса паль¬
ца выбирается таким образом, чтобы стержень щупа одинаково
отклонялся от осевых и радиальных перемещений. Под давлением
копира контакт Кх размыкается и включает контакт Кг. При даль¬
нейшем нажатии отключается контакт К2.
В электрощупе, основанном на индуктивном датчике (рис. 4.26, б),
якорь дифференциального трансформатора в свободном состоянии
прижат к нижнему сердечнику. Под давлением якорь приближает¬
ся к верхнему сердечнику. Чувствительность регулируется величи¬
ной напряжения первичной обмотки дифференциального транс¬
форматора.
Необходимо отметить, что следящие системы постепенно те¬
ряют свою привлекательность в связи с удешевлением систем ЧПУ,
имеющих большие функциональные возможности.
4.8.	Адаптивные системы управления
Адаптивные системы управления, осуществляющие сбор и пе¬
реработку информации о возмущениях в процессе обработки, яв¬
ляются средством автоматизации высокого уровня, область их
применения непрерывно расширяется.
Адаптивными системами могут оснащаться универсальные стан¬
ки и станки с различной степенью автоматизации, в том числе
входящие в автоматические и поточные линии. Одна из наиболее
эффективных областей применения адаптивных систем — станки
с ЧПУ. Регулируемый привод подач и логические блоки УЧПУ
при некоторой модификации могут быть использованы при со¬
здании адаптивных систем.
Для станков с ЧПУ задача оптимизации процесса обработки
не может быть решена на основе предварительной отработки ре¬
жимов резания с учетом статистических данных. С помощью ЭВМ
не всегда можно учесть непрерывно изменяющиеся входные па¬
раметры процесса резания и выбрать оптимальные режимы, на¬
пример при обработке деталей из труднообрабатываемых матери¬
алов. В связи с этим наиболее целесообразно использовать адап¬
тивные системы управления, которые выполняют функцию регу¬
лирования режимов обработки.
Станки с ЧПУ имеют, как правило, весьма высокую точность
перемещения рабочих органов. Однако деформации системы СПИЗ
(станок — приспособление — инструмент — заготовка) в процес¬
се резания могут значительно превышать погрешности перемеще-
121

Адаптивные системы управления станками с ЧПУ
1
Источник информации
Составляю¬
щие силы
резания
Момент
силы
резания
Мощность
главного
привода
Мощность
приводов
подач
Темпера¬
тура в зоне
резания
Ток в
двигателях
Уровень
вибрации
Деформа¬
ции элемен¬
тов системы
СПИЗ
Износ
инструмента
Комплексный
на основе
вычислений
Управляемый параметр
Подача
Скорость
резания
Подача и
скорость
резания
Глубина
резания
Жесткость
элементов
системы
СПИЗ
Паса
Рис. 4.27. Классификация адаптивных систем управления станками с ЧПУ

ния рабочих органов станка на холостом ходу, что вызывает появ¬
ление недопустимых погрешностей обработки. Роль защитных функ¬
ций адаптивных систем особенно возрастает при обработке доро¬
гостоящих деталей. Важно также, что процесс обработки при этом
в меньшей степени зависит от оператора.
При управлении группой станков с ЧПУ от ЭВМ целесообраз¬
но использовать ЭВМ не только для управления перемещением
рабочих органов станков и диспетчеризации, но и для адаптивно¬
го управления оборудованием.
На рис. 4.27 приведена классификация адаптивных систем управ¬
ления станками с ЧПУ.
Наиболее широкое применение находят активные адаптивные
системы, позволяющие автоматически управлять точностью в про¬
цессе обработки.
Адаптивные системы, управляющие параметром динамической
настройки, разработаны для универсальных и копировальных стан¬
ков. Управление параметром может осуществляться различными
способами: изменением эквивалентной силы; регулированием ве¬
личины продольной подачи; изменением геометрии резания,
например углов резания; наложением на режущий инструмент
управляемых высокочастотных колебаний; регулированием жест¬
кости системы СПИЗ. В станках с ЧПУ применение указанных
способов не вызывает существенных дополнительных затрат, так
как для их реализации могут использоваться регулируемые при¬
воды станков и логические возможности СЧПУ.
Адаптивные системы, управляющие параметром статической
настройки для станков с ЧПУ, оснащены приводами различных
типов (шаговыми, следящими и др.). Принцип работы систем —
регулирование расстояния между режущей кромкой (кромками —
для многолезвийной обработки) инструмента и базой станка.
Для управления технологическим процессом необходимо во
время обработки непрерывно или с некоторой периодичностью
измерять параметры процесса резания: силу, крутящий момент
на шпинделе, мощность, износ инструмента, температуру, виб¬
рации и т.д.
Для измерения составляющих Рх, Ру и Pz силы резания разрабо¬
тан ряд двух- и трехкомпонентных механических измерительных
устройств, например индуктивные датчики с блоками усиления.
На рис. 4.28 показана конструкция динамометрического шпин¬
дельного узла фрезерного станка, позволяющего измерять силы
Рх и Ру. В корпусе 8 установлен с натягом стакан 7, между ним и
корпусом имеется демпфирующее резиновое кольцо 3. Передней
опорой шпинделя 4 служат радиальный и два упорных подшип¬
ника, в которых предварительный натяг создается кольцом 10,
установленным между стаканом 9 и подшипником. Подшипники
передней опоры зажимают с помощью подпружиненной гайки 6
123

А
10	9
Рис. 4.28. Динамометрический шпиндельный узел фрезерного станка:
1 — индуктивный датчик; 2 — кронштейн; 3 — резиновое кольцо; 4 — шпин¬
дель; 5, 10 — кольца; 6 — гайка; 7, 9 — стаканы; 8 — корпус
и кольца 5, что уменьшает изгиб шпинделя и повышает точность
его вращения. На корпусе 8 установлены четыре кронштейна 2 с
индуктивными датчиками 1. Для компенсации тепловых деформа¬
ций стакана два противоположных датчика работают в режиме
алгебраического сложения.
Для выполнения процесса обработки в соответствии с приня¬
тым критерием оптимизации необходимо управлять скоростью ре¬
зания (частотой вращения шпинделя) или подачей, либо скорос¬
тью резания и подачей одновременно. Критерии оптимизации
можно объединить в две группы. В первую группу входят экономи¬
ческие критерии, определяемые оптимальными режимами реза¬
ния, во вторую — технологические, в основу которых положены
точностные, силовые и другие параметры обработки.
124

Адаптивные системы управления режимами резания применяют¬
ся в основном на станках с ЧПУ. Наилучшие результаты обеспечи¬
вают многоконтурные адаптивные системы управления скоростью
и подачей по определенной стратегии в соответствии с принятым
критерием оптимизации.
На рис. 4.29 приведена структурная схема адаптивной системы
фрезерного станка. Система реагирует на отклонение реальных
условий обработки от идеализированных (средних), принимае¬
мых в расчетах, и поддерживает заданный уровень оптимальной
температуры резания автоматически путем изменения величины
подачи.
Снимаемое датчиком 4 значение термоЭДС поступает в блок 5,
где сравнивается с установленным задатчиком 6 оптимальным
значением термоЭДС. Сигнал рассогласования после усиления
поступает в устройство 7 регулирования подачи. Блок 1 задания
программы через привод 2 станка отрабатывает управляющий сиг¬
нал, изменяя подачу до тех пор, пока значение термоЭДС не ста¬
нет равным заданному.
Во многих адаптивных системах используется принцип поддер¬
жания на постоянном уровне силовых параметров — мощности,
крутящего момента, силы резания или ее составляющих. При этом
стабилизируется нагрузка на инструмент, улучшаются условия его
работы, повышается точность обработки и другие параметры про¬
цесса резания. Структурная схема подобной системы для токарно¬
го станка показана на рис. 4.30.
Стабилизация силы резания в процессе обработки путем регу¬
лирования подачи зависит от перепада давлений на поршне 3 гид¬
роцилиндра 4, определяемого составляющей Рх силы резания. Гид¬
равлический регулятор 1 изменяет величину рабочей подачи, под¬
держивая Рх = const. Регулятор настраивают на требуемое значение
Рх поджатием пружины 2. Использование адаптивной системы по¬
зволяет повысить производительность обработки на 10...20% и
значительно увеличить стойкость инструмента на черновых опе¬
рациях.
Рис. 4.29. Структурная схема систе¬
мы адаптивного управления по
температуре резания для фрезер¬
ного станка:
1 — блок задания программы; 2 — при¬
вод; 3 — заготовка; 4 — датчик; 5 —
блок сравнения; 6 — задатчик; 7 —
устройство регулирования подачи
125

Рис. 4.30. Структурная схема адаптивной системы со стабилизацией
силы резания путем регулирования подачи:
1 — регулятор; 2 — пружина; 3 — поршень; 4 — гидроцилиндр
Применение многоконтурных адаптивных систем позволяет
достичь значительно большего эффекта при управлении процессом
обработки по сравнению с применением одноконтурных систем.
При этом возможно объединение функционально разнородных
контуров (например, управления точностью обработки и режи¬
мами резания) и однородных (например, двух контуров, управ¬
ляющих скоростью резания и подачей). Каждый из контуров мо¬
жет работать как автономно, не оказывая существенного влияния
на другие контуры, так и в непосредственной связи с другими
контурами в соответствии с общей стратегией регулирования.
Станки с ЧПУ оснащают также адаптивными системами, уп¬
равляющими и точностью обработки, и режимами резания. Опыт
разработки и эксплуатации показывает, что во многих случаях ре¬
гулирование только режимов резания не позволяет получить же¬
лаемого эффекта, так как из-за введения ограничений по дефор¬
мации упругой системы СПИЗ обработка не может выполняться
оптимально. Прежде всего это относится к адаптивным системам
станков, жесткость системы СПИЗ которых мала. Например, де¬
формации концевых фрез при обработке на фрезерных станках с
ЧПУ достигают 0,5... 1,5 мм. Для их коррекции вводят второй кон¬
тур, управляющий точностью обработки. При этом успешно ре¬
шаются две задачи: оптимизации режимов резания, поскольку ог¬
раничения по деформации системы СПИЗ снимаются, и повыше¬
ния точности и производительности обработки, так как умень¬
шается число проходов. Чаще всего системы такого вида бывают
двухконтурными: один контур управляет режимами резания с
целью повышения эффективности процесса, а другой — точнос¬
тью обработки.
Двухконтурная адаптивная система управления точностью об¬
работки на токарных станках, где управление осуществляется од¬
новременно параметрами статической и динамической настрой¬
ки, показана на рис. 4.31. Один контур обеспечивает перемещение
126

Рис. 4.31. Структурная схема двухконтурной адаптивной системы, управ¬
ляющей параметрами статической и динамической настройки:
1 — индуктивный датчик; 2 — датчик обратной связи; 3, 4 — приводы станка
суппорта в радиальном направлении. Второй контур, имеющий
задатчики ЗД1 предельной величины упругого перемещения и ЗД2
наибольшего значения продольной подачи, обеспечивает автома¬
тический поиск и поддержание оптимального значения продоль¬
ной подачи. Бесступенчатое регулирование подачи достигается с
помощью следящего золотника (СЗ) с электроуправлением, встро¬
енного на выходе гидросистемы станка.
Адаптивная система работает следующим образом. С индуктив¬
ного датчика 1 на схемы сравнения СС-1 и СС-2 непрерывно по¬
ступает информация о величине перемещения суппорта в ради¬
альном направлении. На СС-1 поступает также сигнал и2 от дат¬
чика обратной связи 2 и сигнал от задающего устройства. Сигнал
рассогласования м3 усиливается до щ = К{и3 и подается на приво¬
ды 3 и 4 малых перемещений, регулирующие параметры статичес¬
кой настройки. На схему СС-2 от задатчика ЗД1 поступает также
сигнал и5. Сигналы рассогласования щ = К2и6 и щ поступают на
ограничитель СЗ в виде сигнала щ (здесь Kxw К2 — коэффициенты
пропорциональности). Задатчики ЗД1, ЗД2 и ограничитель пода¬
чи (ОП) формируют сигнал, соответствующий оптимальному зна¬
чению продольной подачи.
В рассмотренных адаптивных системах используются заранее
выбранные модели процесса резания, задаются ограничения и т.д.
127

Будучи однажды установлены, эти данные вводятся в систему и
определяют стратегию переработки информации, поступающей
от датчиков. При отклонении реальных условий от принятых сни¬
жается эффект адаптации, что вызывает необходимость коррек¬
тирования устанавливаемых параметров. Этот недостаток устраня¬
ется в системе управления, обладающей способностью обучаться
в процессе обработки подобно тому, как это делает рабочий.
На модели обучения станочника основана идея самообучаю¬
щейся адаптивной системы управления. Выходные параметры про¬
цесса резания (или готовая деталь) контролируются с помощью
блока автоматического контроля. Этот контроль может выполняться
на готовой детали, в то время как обрабатывается следующая де¬
таль, либо на обработанном участке детали в процессе обработки.
При изготовлении деталей из недорогих и достаточно точных и
легких заготовок, имеющих незначительный разброс входных па¬
раметров, когда износ инструмента сравнительно мал и не ока¬
зывает существенного влияния на изменение параметров резания,
следует отдать предпочтение методам адаптации путем коррекции
УП. Поскольку для коррекции достаточно одного устройства, с
помощью которого можно подготовить УП для большого числа
станков с ЧПУ, этот метод можно назвать методом пассивной адап¬
тации.
4.9.	Микропроцессорные устройства ЧПУ
В настоящее время наиболее перспективными являются так
называемые микропроцессорные УЧПУ типа CNC, основной эле¬
мент которых — микрокомпьютер, состоящий из микропроцес¬
сора, блока памяти, логических схемных устройств управления и
согласования с каналом связи.
Общая функциональная схема /-координатной системы управ¬
ления показана на рис. 4.32. Задающим устройством в системе яв¬
ляется микропроцессорное УЧПУ, которое в соответствии с вве¬
денной УП управляет скоростями приводов подачи (ПП) рабо¬
чих органов и привода главного движения (ПГД), т. е. осуществля¬
ет управление объектом по жесткой программе. Отличительное
свойство таких устройств заключается в том, что формируемый
ими управляющий сигнал представляет собой рассогласование за¬
программированных и измеряемых датчиками перемещений (ДП)
положений рабочих органов станка в данный момент времени.
Текущая информация от датчиков режима (ДР) обработки ис¬
пользуется для оптимизации запрограммированного функциони¬
рования по принятому для данного случая критерию. Датчики ре¬
жима реагируют на изменения значения регулируемого парамет¬
ра, характеризующего объект управления (ОУ). Информацию от
128

Рис. 4.32. Общая функциональная схема /-координатной системы
управления
ДР можно также представить в виде рассогласования между сиг¬
налом, характеризующим расчетный режим обработки, и некото¬
рой величиной, характеризующей текущее значение параметра ОУ.
В УП задаются требуемые перемещения по каждой из / коорди¬
нат станка и контурная скорость, определяющая закон формиро¬
вания поверхности обрабатываемой детали во времени.
Во всех современных микропроцессорных УЧПУ легко осуще¬
ствляется операция интерполяции для контурного управления при
сложном формообразовании. Запрограммированные данные о зна¬
чениях перемещений и контурной скорости при этом вводятся в
интерполятор УЧПУ. На выходе интерполятора в соответствии с
технологическими требованиями и алгоритмом обработки фор¬
мируются задающие сигналы управления скоростями перемеще¬
ния рабочих органов станка по координатным осям. При таком
управлении задается координата перемещения по соответствующей
оси и формируется величина скорости или закон ее изменения, по
которому вырабатываются сигналы, подаваемые на приводы по¬
дачи станка. УП при этом является технологическим документом
о законах перемещения рабочих органов станка. Устройство ввода
данных с программоносителя в УЧПУ всегда выполняется таким
образом, чтобы не оказывать влияния на текущий процесс обра¬
ботки.
В зависимости от назначения УЧПУ в его составе используют
от одного до четырех, чаще однотипных, микропроцессоров. Для
обрабатывающих центров и других сложных станков наиболее ра¬
ционально строить схему управления так, чтобы каждый микро¬
процессор специализировался на выполнении определенных функ¬
ций в составе всего УЧПУ.
Применение микропроцессоров дало возможность коренным
образом изменить структуру УЧПУ. Микропроцессоры совместно
с другими элементами управления (блоком памяти, устройствами
5 Черникой
129

ввода-вывода, синхронизации, управления циклами прерывания
и др.) образуют специализированные микроЭВМ, являющиеся
ядром современных УЧПУ.
Рассмотрим основные элементы, входящие в специализиро¬
ванные для этих целей микроЭВМ.
Микропроцессор представляет собой арифметико-логическое
устройство (АЛУ), реализованное на одной или нескольких мик¬
росхемах большой степени интеграции. По функциональному на¬
значению он эквивалентен центральному вычислительному устрой¬
ству — процессору, являющемуся составной частью обычных ЭВМ
(см. подразд. 4.10).
Микропроцессоры можно классифицировать по скорости выпол¬
нения элементарной операции (команды). Кроме того, важней¬
шей характеристикой микросхем является реализуемое на одной
микросхеме число команд (система команд) и длина слова.
Технологический процесс обработки на станке с ЧПУ осуще¬
ствляется благодаря отработке микропроцессором определенных
алгоритмов управления, реализующих требуемый режим работы.
Управление происходит в реальном масштабе времени, поэтому
скорость отработки алгоритмов (быстродействие) имеет перво¬
степенное значение для нормального функционирования.
Блок памяти в микропроцессорных УЧПУ реализован на мик¬
росхемах большой степени интеграции. Используется память трех
типов: 1) оперативная память с высоким быстродействием, до¬
пускающая считывание и запись информации в режиме реально¬
го времени, — RAM (random access memory); 2) постоянная про¬
граммируемая память, только считываемая, не меняющая содер¬
жания в ходе нормальной работы микропроцессора и сохраняю¬
щая информацию при отключенном электропитании, — PROM
(programmable read-only memory); 3) постоянная перепрограмми¬
руемая память — REPROM (reprogrammable read-only memory),
допускающая стирание информации и перепрограммирование.
Оперативной памятью пользуются для временного хранения
данных в ходе выполнения УП, она не сохраняет информации при
отключении электропитания. Оперативная память позволяет повы¬
сить надежность УЧПУ за счет минимума обращений к считывате¬
лю и задатчику УП. Оперативные запоминающие устройства ис¬
пользуют также дня хранения программ коррекций (рабочих подач,
скорости главного привода, радиуса и длины инструмента и т.д.).
Постоянная программируемая память применяется для хране¬
ния программ функционирования (внутреннее программное обес¬
печение собственно микропроцессора и прикладное программ¬
ное обеспечение, необходимое для работы системы) и хранения
постоянных данных.
Использование постоянных запоминающих устройств (ПЗУ)
позволило сделать УЧПУ универсальными, пригодными для при¬
130

менения на станках различных типов. Функциональные програм¬
мы, реализующие алгоритмы управления конкретными станками
могут вводиться в энергозависимое ПЗУ разработчиками УЧПУ.
Кроме алгоритмов управления в постоянной памяти УЧПУ, как
правило, хранятся и типовые, наиболее распространенные тех¬
нологические циклы обработки, которые дополняются в каждом
конкретном случае только цифровыми данными о величинах пе¬
ремещений.
Перепрограммируемая память предназначена для хранения бы-
стросменяющейся информации малого объема. Применяют пере¬
программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ)
двух типов: со стиранием информации ультрафиолетовым светом
и с электрическим стиранием. Запись данных в ППЗУ обоих типов
осуществляется одинаково — электрическим импульсом. Недостат¬
ком ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием является то, что про¬
цедура стирания громоздка и неприемлема при необходимости
быстрого обновления содержимого памяти в реальном масштабе
времени. ППЗУ с электрическим стиранием имеют низкое быст¬
родействие при считывании информации (не менее 2 мкс).
Выбор типа запоминающего устройства для микропроцессор¬
ных УЧПУ определяется в первую очередь объемом требуемой
памяти и быстродействием микропроцессора.
Необходимо заметить, что функции оперативной памяти в мик¬
ропроцессорных УЧПУ несложные и модули памяти работают,
как правило, в синхронном режиме. При этом циклы считывания
и записи происходят по команде от процессора, поэтому регене¬
рацию запоминающих устройств в УЧПУ легко выполнить в той
части командного цикла, в которой требуется обращение к памяти.
Использование больших интегральных схем (БИС) ввода-вы-
вода обеспечивает сопряжение между собой процессора, запоми¬
нающих устройств и интерфейсов (периферийных устройств вво¬
да-вывода для связи с датчиком, дисплеем и т.д.).
Совокупность БИС ввода-вывода, соединенных между собой
определенным образом, позволяет подключать к единому каналу
связи (общей шине) несколько микропроцессоров, отдельные
функциональные блоки, запоминающие устройства различного
типа, требуемое число периферийных интерфейсов. Буферные ре¬
гистры памяти периферийных устройств при этом участвуют в
работе УЧПУ как отдельные ячейки памяти. Такая организация
дает возможность присоединять к УЧПУ дополнительные электрон¬
ные узлы без схемного изменения и без увеличения числа связей.
Так обеспечивается гибкая структура УЧПУ, позволяющая нара¬
щивать и модифицировать отдельные функциональные блоки.
Большинство УЧПУ строятся по схеме каналы связи — общая
шина, при котором канал связи состоит из двух или трех магист¬
ральных шин. При этом адреса, данные и инструкции передаются
131

с:
Арифметический
процессор
	Л	Л
Ж
ж
Центральный
процессор
"7Г7Г
1Z
Шина инструкций
Память программ
функционирования


Память
данных
Шина адресов
Ж
ш
TV
ж
/У
Шина данных
77
Таймер
Интерфейс
Интерфейс
Рис. 4.33. Функциональная схема УЧПУ, построенного по схеме
канал связи — общая шина
по своим магистральным шинам, что позволяет часть операций
выполнять параллельно во времени и увеличивает общую скорость
обработки информации. Пример такого решения показан на рис. 4.33.
Широкое внедрение микропроцессоров в УЧПУ привело к
сложным и развитым панелям управления, с которых возможен в
том числе ручной ввод УП и обработка при этом первой заготов¬
ки, хранение введенной УП в памяти и многократное ее исполь¬
зование после редактирования. Команды, вводимые с панели,
нередко носят укрупненный характер, а их детализация выполня¬
ется автоматически (выбор числа проходов при нарезании резьбы,
распределение припуска при черновых проходах и др.). Управле¬
ние от УЧПУ подобного типа получило наименование оператив¬
ного. Структурная схема такого УЧПУ показана на рис. 4.34.
Арифметический микропроцессор обеспечивает размещение и
хранение в памяти информации, вводимой с клавиатуры пульта,
и подготовку данных для интерполяции. Управляющий микропро¬
цессор реализует стандартные циклы, согласовывает эти циклы с
УП и др.
Конструктивное исполнение УЧПУ — промышленная рабочая
станция в корпусе из коррозионно-стойкой стали с алюминиевой
передней панелью.
Управление осуществляется с помощью главного и локального
меню, меню пользователя, а также функциональных и перепро¬
граммируемых клавиш. Получать исчерпывающую информацию о
состоянии процесса обработки на дисплее позволяет режим «Глав¬
ное окно». Графический цветной русскоязычный интерфейс поль¬
зователя обеспечивает удобство работы оператора.
132

Пульт управления
Индикация
Клавиатура
ручного
ввода
Переключатели
режимов
Блоки связи
ж
Память
Память
—ZI—
3Z.
ж
Арифметический
микропроцессор
Управляющий
микропроцессор
iz.
Станок с ЧПУ
Рис. 4.34. Структурная схема УЧПУ оперативного типа с формированием
программы при обработке первой заготовки
Графическое трехмерное отображение УП с масштабировани¬
ем изображения и поворотом его в требуемое положение позволя¬
ет исключить отработку программы на пробной детали. Благодаря
программно реализованному осциллографу можно производить
точную настройку динамических параметров станка. Предусмот¬
рена возможность работы в режимах точной настройки приводов,
согласование их с движением подачи, ускорение адаптации сис¬
темы ЧПУ к конкретному оборудованию.
4.10.	ЭВМ и программируемые контроллеры
Общие сведения. Современная ЭВМ — это электронная маши¬
на, которая может выполнять математические и логические вы¬
числения, а также функции обработки данных в соответствии с
заранее определенной последовательностью команд (программой).
Сама вычислительная машина относится к аппаратным средствам,
различные программы — к программным.
Универсальная цифровая ЭВМ состоит из трех основных уз¬
лов: центрального процессора (ЦП), запоминающего устройства
(ЗУ) и устройства ввода-вывода (УВВ) информации (рис. 4.35).
ЦП состоит из двух частей: устройства управления (УУ) и ариф¬
метико-логического устройства (АЛУ). Устройство управления обес¬
печивает ввод-вывод информации через блок ввода-вывода, син¬
хронизирует передачу сигналов между различными узлами маши¬
ны и управляет работой остальных блоков ЭВМ. АЛУ выполняет
операции сложения, вычитания, умножения, деления и сравне-
133

Внешние устройства
(считыватели, принтеры и т.п.)
или ЗУ на ленте, дисках и т.п.
I
I
I
	I
Рис. 4.35. Базовая структура аппаратных средств цифровой ЭВМ
ния чисел в соответствии с командами программы. В ЗУ хранимые
данные компонуются в слова, удобные для передачи и обработки
в АЛУ или У ВВ. Блок ввода-вывода обеспечивает связь ЭВМ с
внешней средой. Эта связь осуществляется через периферийное
оборудование типа считывателей, печатающих устройств и уст¬
ройств связи с объектом. С помощью блока ввода-вывода ЭВМ
может быть также связана с внешними ЗУ (например, накопите¬
лями на магнитных дисках).
Программные средства включают в себя программы и отдель¬
ные инструкции, которые хранятся в памяти ЭВМ. С их помощью
ЭВМ реализует различные функции, которые должна выполнять
система в соответствии с потребностями пользователя. Содержи¬
мое памяти ЭВМ можно легко изменять.
Устройство управления и АЛУ выполняют свои функции, ис¬
пользуя регистры — запоминающие устройства, которые могут
принимать, хранить и передавать данные. Каждый регистр состо¬
ит из двоичных ячеек для хранения битов данных. Количество битов
в регистре определяет длину слова, которое способна обрабаты¬
вать ЭВМ. Для размещения регистров требуется несколько функ¬
циональных участков памяти ЦП. Типовая конфигурация регист¬
ров ЦП представлена на рис. 4.36.
АЛУ обеспечивает необходимые аппаратные средства для вы¬
полнения различных вычислений и манипулирования данными.
Типовая конфигурация АЛУ изображена на рис. 4.37. Устройство
имеет два информационных входа, определяющих, какая функ¬
ция должна выполняться; а также информационный выход и вы¬
ходы сигналов состояния, используемые для установки регистров
состояния.
Все команды и данные программы хранятся в ЗУ. В настоящее
время технология и принципы построения ЗУ ЭВМ быстро изме¬
няются. Для удобства рассмотрения разделим память ЭВМ на две
категории: основную (первичное ЗУ) и вспомогательную (внеш¬
нее ЗУ). Современные вычислительные системы часто имеют мно¬
гоуровневую иерархическую память.
ЭВМ
134

Рис. 4.36. Типовая конфигурация регистров центрального процессора ЭВМ
Первичное ЗУ — это области памяти, являющиеся физичес¬
кой частью ЭВМ, непосредственно подключаемые к ЦП. Сюда
относятся рабочие регистры и ЗУ, реализованные аппаратно в
самом ЦП.
Программы и файлы данных обычно хранятся не в первичных
ЗУ, а во внешних ЗУ большой емкости и загружаются в основную
память при необходимости. Первичное ЗУ имеет довольно огра¬
ниченную емкость (отчасти из-за высокой стоимости этого уст¬
ройства). Однако для некоторых операций данных требуется боль¬
ше, чем может одновременно вмес¬
тить первичное ЗУ. В этом случае, что¬
бы разрешить проблему хранения,
файл помещают во внешнее ЗУ, а от¬
дельные записи выбирают тогда, ког¬
да этого требует программа. Такие
вспомогательные ЗУ образуют вне¬
шнюю память и физически являются
внешними по отношению к ЭВМ ус¬
тройствами, а это означает, что ЦП
не имеет прямого доступа к програм¬
мам и файлам данных, хранящихся
во внешних ЗУ.
ЗУ ЭВМ могут быть реализованы
в виде магнитно-ленточного устрой¬
Функциональные
входы
i,
С
В
АЛУ
Выходы сигналов
состояния
Рис. 4.37. Типовая конфигура¬
ция АЛУ:
- информационные входы;
информационный выход
А, В
С-
135

ства, магнитного барабана, магнитных дисков, на базе лазерного
устройства, на видеодисках и т. п.
Назначение УВВ ЭВМ — обеспечивать связь ЦП с периферий¬
ными устройствами ЭВМ. Этот блок выполняет две противопо¬
ложные функции: ввод в машину программ и данных, а также
пересылку результатов вычислений и операций обработки данных
на соответствующее периферийное устройство. УВВ интерпрети¬
рует входные сигналы и временно хранит их до тех пор, пока они
не будут переданы в основную память или в ЦП.
Блок управления вводом-выводом представляет собой ряд свя¬
занных программ, которые, будучи загруженными в основную
память, интерпретируют команды пересылки данных и управля¬
ют операциями информационного обмена с основной памятью,
осуществляет контроль ошибок и реализует их устранение в опе¬
рациях передачи данных.
Виртуальная память при наличии программы не ограничена ячей¬
ками первичного ЗУ (основной памяти). Каждая команда во время
исполнения должна находиться в основной памяти, там должны
храниться не все команды и не все время. Сохраняя в физической
памяти только один блок программы и «подкачивая» остальные
блоки по мере надобности, можно увеличить действующий объем
основной памяти. Это означает, что за это время можно выполнить
большее число пользовательских программ, вследствие чего увели¬
чивается пропускная способность ЭВМ в целом.
В некоторых операционных системах ЭВМ реализуется режим
разделения времени, при котором доступ к вычислительной систе¬
ме предоставляется сразу многим пользователям, т.е. ЭВМ рас¬
пределяет имеющиеся вычислительные ресурсы между индивиду¬
альными пользователями. Распределенная система обработки по¬
зволяет территориально разобщенным группам пользователей
выполнять большую часть необходимых операций прямо на мес¬
те, обеспечивая им доступ к большой центральной ЭВМ.
Перспективными для применения в системах ЭВМ являются
оптические каналы связи, которые нечувствительны к различно¬
го рода электромагнитным помехам. Они могут связывать УЧПУ с
ЭВМ верхнего уровня в ГПС, а также отдельно расположенные
блоки СЧПУ: станочный пульт оператора, блок электроавтома¬
тики, блоки управления приводами и т. д. В оптической линии связи
излучатель и приемник света разнесены, а свет, излучаемый све¬
тодиодом, передается по оптическому волокну (световоду).
На рис. 4.38 приведена общая схема волоконно-оптической сис¬
темы. В передающей части используется светоизлучающий диод,
сигнал ив которого модулируется с помощью формирователя. Мо¬
дулированный свет проходит по волоконно-оптическому кабелю к
приемнику, где фототранзистор преобразует световые сигналы в
первоначальную форму сигнала, несущего цифровую информацию.
136

Передатчик Волоконно-оптический Приемник
кабель
Рис. 4.38. Схема волоконно-оптической системы:
1 — светодиод; 2 — фотодиод; 3 — возбудитель; 4 — усилитель; г/в — сигнал
светодиода
ЭВМ взаимодействует с людьми через периферийные устрой¬
ства: считыватели перфокарт и перфолент; карточные и ленточ¬
ные перфораторы; магнитофоны; устройства записи данных с кла¬
виатуры на магнитную ленту; буквенно-цифровой дисплей; теле¬
принтер; устройство для распознавания магнитных знаков; опти¬
ческие устройства распознавания знаков; для считывания меток и
данных, записанных штриховым кодом; построчно печатающие
устройства и др. Назначение периферийных устройств состоит в
том, чтобы выполнять преобразования знаков более высокого уров¬
ня (цифр и букв) в элементы данных, воспринимаемые ЭВМ
(биты), и обратно.
Двоично-кодированные команды, которые понимает ЭВМ,
называют машинным языком. К сожалению, чтение и написание
двоичных команд и данных сопряжены с большими трудностями
для программиста. К тому же в разных машинах используются от¬
личные друг от друга машинные языки. Для облегчения задач про¬
граммирования созданы языки более высоких уровней. Существу¬
ет три уровня языков программирования: машинный язык, язык
ассемблера и процедурно-ориентированные языки, или языки
высокого уровня.
Классификация ЭВМ. Мини-ЭВМ — это уменьшенный вариант
большой универсальной ЭВМ. Стремление к миниатюризации в
машинной технологии приводит к размещению вычислительных
мощностей в меньших габаритах. Мини-ЭВМ можно использовать
для выполнения тех же основных функций, которые выполняют
универсальные ЭВМ. Однако емкость памяти для выполняемых
заданий должна быть меньше. Мини-ЭВМ малых размеров по сво¬
им функциям часто пересекаются с микроЭВМ. Функции, вы¬
полняемые мини-ЭВМ, отличаются от функций, реализуемых
универсальными машинами.
В мини-ЭВМ в качестве стандартного ЦП используется микропро¬
цессор, который представляет собой набор кристаллов больших
интегральных схем (БИС). Микропроцессор способен фактически
137

выполнять все функции обычного ЦП (например, арифметичес¬
кие и логические операции или извлечение данных из памяти).
Традиционной архитектурой мини-ЭВМ предусматриваются
ЗУ, арифметико-логическое устройство, устройство управления
и устройства ввода-вывода. Микропрограммируемая мини-ЭВМ
отличается от обычной ЭВМ тем, что ее блок управления пред¬
ставляет собой не логическую схему с жесткими соединениями, а
устройство с хранимой программой. Устройство управления со¬
стоит из двух функциональных частей: дешифратора и управляю¬
щей памяти. Дешифратор управляет всеми элементами вычисли¬
тельной системы, включая основное ЗУ и быстродействующую
управляющую память микропрограмм. В случае подключения к мик¬
ропроцессору ЗУ и соответствующих устройств ввода-вывода мини-
ЭВМ превращается в микроЭВМ.
МикроЭВМ — это конструктивно завершенное вычислительное
устройство, реализованное на базе микропроцессорного набора
БИС и оформленное в виде автономного прибора со своим источ¬
ником питания, блоком связи с периферийным устройством (ин¬
терфейсом) ввода-вывода и комплексом программного обеспече¬
ния; ее размеры меньше, чем у мини-ЭВМ.
Микроконтроллером называют устройство логического управ¬
ления, выполненное на базе микропроцессора.
Мультимикропроцессорная система — система, в которой ис¬
пользуется более одного микропроцессора.
В последнее время появилось понятие «однокристальная мик¬
роЭВМ». В такой ЭВМ в одном кристалле размещены ЦП, ЗУ и
УВВ (порты).
Характерные функции микро- и мини-ЭВМ в системах управ¬
ления технологическим оборудованием состоят в следующем:
•	управление станком, складом и т.д.;
•	управление коммутирующим устройством, блоком питания
или средством отображения информации;
•	решение конкретной задачи для одной системы. ЭВМ в дан¬
ном случае является частью конкретного устройства, например
СЧПУ, пульта управления и т.д.;
•	благодаря наличию жесткой, редко изменяемой программы
решение какого-либо одного набора задач, например контроль за
работой станка, вывод графической информации и др.;
•	решение задач в реальном масштабе времени, например управ¬
ление сменой инструмента на станках.
Логические устройства последовательного действия, которые
формируют выходные сигналы в соответствии с логическими опе¬
рациями, производимыми над входными сигналами, называ¬
ют программируемыми контроллерами (ПК). Последовательность ко¬
манд, которыми определяются входы, выходы и логические опе¬
рации, представляет собой программу.
138

Рис. 4.39. Структурная схема ПК:
1 — процессор; 2 — таймер и счетчики; 3 — перепрограммируемая память; 4 —
оперативная память; 5 — общая шина связи блоков; б — блок связи с УЧПУ или
ЭВМ; 7 — блок подключения пульта для программирования; 8 — модули ввода;
9 — коммутатор ввода-вывода; 10 — модули вывода; И — пульт программи¬
рования с клавиатурой и дисплеем
Основные элементы ПК: интерфейсы ввода-вывода, процессор,
ЗУ, устройство программирования и блок питания. Структурная
схема ПК показана на рис. 4.39.
ПК обеспечивает выполнение тех же функций, что и релейные
логические схемы управления, но с большей гибкостью, и зани¬
мает при этом меньше места. Большинство ПК программируется
с использованием монтажных схем электрооборудования, благода¬
ря чему цеховой персонал быстро осваивает эти устройства управ¬
ления. В последние годы в связи с успехами изготовления БИС,
применяемых в ПК, уменьшились различия между программируе¬
мыми контроллерами и мини- и микроЭВМ. В системах управле¬
ния ПК могут сопрягаться с ЭВМ, при этом ПК используются
для управления операциями определенных видов, а ЭВМ выпол¬
няет функции диспетчеризации, управления и обработки данных.
ПК нашли применение в промышленности, в том числе в ав¬
томатических станочных линиях, конвейерных, системах поточ¬
ных линий, установках для литья под давлением, в шлифоваль¬
ном, сварочном и другом технологическом оборудовании.
Конструктивно ПК выполняют в виде отдельных модулей,
установленных в общий каркас (рис. 4.40). Конструкция позволяет
изменять число модулей ввода-вывода в соответствии с конкрет¬
ным объектом управления. Модули процессора и блока питания
также являются законченными конструктивными платами. В со¬
став обязательного набора модулей входят платы связи модулей
ввода-вывода с процессором. Для наращивания вычислительной
мощности ПК возможна установка в каркас новых модулей со
своими блоками питания. Модули процессора, блока питания, вво¬
да-вывода соединяются между собой кабелями.
Монтаж ПК весьма прост: каркасы крепятся в шкафу электро¬
оборудования станка, соединяются между собой и с управляе-
139

Рис. 4.40. Общий вид ПК
мым объектом. Элементы ПК должны быть заключены в корпуса
и шкафы, защищающие их от вредных воздействий окружающей
среды при установке в цехе.
Связь ПК с производственными агрегатами осуществляется по¬
средством интерфейса ввода-вывода (рис. 4.41). Интерфейс ввода
предназначен для приема сигналов от оборудования и преобразо¬
вания их в форму, приемлемую для ПК. Интерфейс вывода пре¬
образует управляющие сигналы ПК в форму, приемлемую для
технологического оборудования. Интерфейсы ввода отделены от
интерфейсов вывода, а для обеспечения должной гибкости аппа¬
ратных средств и те и другие интерфейсные устройства имеют
модульную конструкцию.
В числе сигналов, которыми ПК связывается с внешней сре¬
дой через модули ввода-вывода, должны предусматриваться: пе¬
ременное и постоянное напряжение, двоично-десятичные вход¬
ные и выходные сигналы, импульсные сигналы и аналоговые сиг-
140
Рис. 4.41. Типовая конфигурация ПК

налы низкого уровня. Внутренние процессы, происходящие в ПК,
обычно обеспечиваются низким напряжением постоянного тока
(например, 5 В).
Для работы ПК, подключенного к объекту управления, не тре¬
буется каких-либо особых устройств помимо входов-выходов.
Периферийным устройством ПК называют устройства, не явля¬
ющиеся его составной частью, но связанные с ним непосред¬
ственно. Вспомогательными называют периферийные устройства,
которыми оснащают пульт программирования ПК (рис. 4.42).
Единственными постоянными связями ПК с внешней средой
являются связи с объектом управления. Иногда ПК комплектуются
модулями для регулирования рабочих параметров таких устройств,
как таймеры и счетчики. Это позволяет следить за параметрами
обработки или осуществлять опрос модулей. Пульт программиро¬
вания подключается лишь при создании УП. Допускается подклю¬
чение печатающего устройства, устройства перфорирования и
считывания ленты или предусматривается возможность организации
более сложной структуры типа мульти- или мини-ПК.
Программа загружается в память ПК с помощью пульта про¬
граммирования — программатора одного из следующих двух типов.
Органы воздействия
-А-к
		✓
Объект управления
Hi
Датчики
Адаптеры
выходов
Линейный
диалоговый блок
Тестовый блок
Процессор
Периферийные
адаптеры
—7>	Г
N
Адаптеры
входов
Дистанционное
печатающее
устройство
Устройство
программирования
	п г
Печатающее
устройство
к
I
Дисплей
Л
ПК
Вспомогательная
память
Рис. 4.42. Программируемый контроллер и его вспомогательные
устройства:
/, 2 — постоянные и временные связи соответственно; 3, 4 — возможные связи
141

Первый тип программатора — экранный терминал (рис. 4.43), по¬
зволяющий программисту использовать для записи управляющей
логики в память язык релейно-контактных схем или какой-либо
другой язык программирования. В режиме программирования на
экран может быть выведена значительная часть схемы управления
в масштабе. Такое устройство позволяет стирать, перемещать и
встраивать в текст программы отдельные команды.
«Мониторная» функция устройства программирования обес¬
печивает в процессе работы ПК визуализацию возбужденных вхо¬
дов-выходов путем увеличения яркости их изображения, а также
отражение динамики работы таймеров или счетчиков.
Второй тип программатора — небольшое ручное клавишное
устройство (рис. 4.44), при использовании которого управляющая
логика и другие данные вводятся в память ПК посредством спе¬
циальных функциональных кнопок и координатных указателей.
Ручные программаторы стоят дешевле и имеют меньшие разме¬
ры, но экранные терминалы более удобны для реализации функ¬
ций программирования ПК.
Блок питания служит для приведения ПК в действие и форми¬
рования входных сигналов, а также защищает ПК от воздействия
помех в электрической сети.
Для управления электроавтоматикой станков с ЧПУ применя¬
ется ПК, встраиваемый в УЧПУ (рис. 4.45). При этом может ис¬
пользоваться информация, имеющаяся в УЧПУ, что уменьшает
число модулей ввода и вывода, а ПК и УЧПУ связываются стан¬
дартным каналом.
К функциям управления ПК относятся: прием логических сиг¬
налов от станка; вычисление логических функций; выдача на ста-
142

Рис. 4.45. Размещение узлов ПК в ком¬
плексе УЧПУ-ПК:
1 — УЧПУ; 2 — параллельный канал
УЧПУ; 3 — связь ПК с параллельным ка¬
налом УЧПУ; 4 — ППЗУ; 5 — процессор
ПК; 6 — наладочное ПЗУ; 7 — последова¬
тельный канал; 8 — блок питания логики
входных и выходных узлов ПК; 9 — вход¬
ные и выходные узлы ПК; 10 — наращи¬
ваемые входные и выходные узлы; 11 —
шкаф электрооборудования; 12 — устрой¬
ство программирования ППЗУ
6
3
L/LJJ
N”V
и
ю
12
нок логических управляющих сигналов; реализация выдержек вре¬
мени; прием команд от УЧПУ и выдача в УЧПУ ответа об их
исполнении.
Ввод и отладка программ электроавтоматики осуществляется
программными и аппаратными средствами УЧПУ, для чего в послед¬
них предусматривается режим «Программирование электроавто¬
матики», при котором выполнение всех функций УЧПУ блоки¬
руется. Все изменения программы электроавтоматики возможны
только в этом режиме.
Эффективным средством поиска неисправностей ПК и станка
с ЧПУ является индикация состояний входов и выходов ПК, вы¬
полняемая в процессе работы комплекса УЧПУ — ПК. Необходим
постоянный контроль важнейших функций ПК, сохранности про¬
граммы электроавтоматики, наличия напряжений питания (внут¬
ренних и внешних), правильности выполнения команд и т.п.
Узлы ПК размещают в электрошкафу станка с ЧПУ, так как
они выделяют большое количество теплоты; кроме того, упроща¬
ется наращивание их числа. Процессор ПК может быть располо¬
жен в корпусе УЧПУ и связан с другими устройствами быстро¬
действующим параллельным каналом.
Программа электроавтоматики вводится в наладочное опера¬
тивное ЗУ с клавиатуры УЧПУ либо считывается с программоно¬
сителя считывающим устройством. Отлаженная программа элект¬
роавтоматики записывается на программоноситель с помощью
внешнего устройства, подключаемого к УЧПУ.
Преимущества ПК по сравнению с традиционными релейны¬
ми устройствами управления следующие:
•	программирование ПК в целом намного легче;
•	ПК можно многократно перепрограммировать;
•	ПК занимают меньше места;
•	обслуживание ПК проще, а надежность выше;
•	ПК легче связать с вычислительными системами предприятия.
143

В последние годы благодаря широкому применению микропро¬
цессоров возможности использования ПК значительно расшири¬
лись, и теперь наблюдается тенденция к уменьшению разницы
между ними и мини- или микроЭВМ; некоторые из этих разли¬
чий рассматриваются ниже.
Различия между ПК и ЭВМ — это скорее различие областей их
применения, чем технологии. Технологические принципы функ¬
ционирования тех и других стали практически одинаковыми. По¬
этому ПК можно рассматривать как специализированную ЭВМ.
Одно из различий между ПК и ЭВМ заключается в том, что
ПК изначально рассчитан на связь с промышленным оборудова¬
нием. Входы и выходы ПК можно непосредственно подключить к
производственным агрегатам через модули ввода-вывода, а для
сопряжения ЭВМ с управляемым объектом необходимы специ¬
альные средства.
Другое отличие ПК от ЭВМ состоит в том, что ПК предназна¬
чаются для работы в производственных условиях, для которых
типичны вибрация, электрические помехи, повышенная влаж¬
ность и колебания температуры. Рассчитанные на такие условия
ПК обычно способны работать при температуре от 0 до 60 °С и
относительной влажности от 0 до 95 %.
Третье важное отличие ПК от ЭВМ заключается в методах про¬
граммирования. В случае ПК используется язык релейно-контакт¬
ных схем, хорошо известный цеховому персоналу. Обслуживание
ПК может производиться также заводскими электриками, посколь¬
ку система с контроллерами имеет модульную архитектуру, что
упрощает ее диагностирование.
4.11.	Системы автоматического регулирования
Общие положения. Автоматическим регулированием называется
поддержание значений физических величин на определенном уров¬
не или изменение их по требуемому закону без непосредственно¬
го участия человека. Технические устройства, в которых процессы
подлежат автоматическому регулированию, называются объекта¬
ми регулирования. Физические величины, подлежащие регулиро¬
ванию, называют регулируемыми величинами. Внешние воздействия,
вызывающие отклонение регулируемой величины от его заданно¬
го значения, называют возмущающими воздействиями. Техничес¬
кие устройства, предназначенные для автоматического регулиро¬
вания различных величин в объектах, называют автоматическими
регуляторами.
Система автоматического регулирования состоит из двух основ¬
ных частей: объекта регулирования и автоматического регулятора.
В состав автоматического регулятора входят:
144

измерительный элемент — устройство, предназначенное для
измерения значения регулируемой величины. В качестве измери¬
тельных элементов используют разнообразные датчики (см. под-
разд. 4.13);
элемент сравнения — устройство, предназначенное для сравне¬
ния фактического значения регулируемой величины с заданным.
Элемент сравнения иногда преобразует отклонение в физическую
величину, более удобную для использования в автоматическом
регуляторе. Элементами сравнения служат входные цепи различ¬
ных усилителей, потенциометры, сельсины (самосинхронизиру-
ющиеся электрические машины, служащие для дистанционной
передачи угла поворота вала другой машины) и др.;
исполнительный элемент — устройство, посредством которого
автоматический регулятор оказывает воздействие на объект регу¬
лирования. Исполнительными элементами являются двигатели,
электромагнитные муфты и др.
Кроме указанных основных элементов, в состав автоматичес¬
кого регулятора могут входить:
задатчик — устройство ввода в автоматический регулятор за¬
данного значения регулируемой величины;
усилитель — устройство усиления маломощного сигнала с вы¬
хода элемента сравнения в более мощный с целью воздействия на
исполнительный элемент;
корректирующие элементы — устройства улучшения динами¬
ческих свойств системы автоматического регулирования;
преобразующий элемент — устройство преобразования сигналов
в более удобную форму для использования в автоматическом ре¬
гуляторе.
Принцип построения систем автоматического регулирования
рассмотрим на примере следующей технической задачи. Требует¬
ся обеспечить постоянство частоты вращения двигателя постоян¬
ного тока с независимым возбуждением.
Изменения момента Мкр нагрузки на валу двигателя вызывают
изменения его частоты вращения п. Для поддержания постоянной
частоты вращения при изменении момента необходимо изменить
напряжение в цепи якоря U„ путем перемещения ползунка потен¬
циометра (П).
Ручное регулирование (рис. 4.46, а) осуществляется в следую¬
щей последовательности:
1)	изменяется фактическая частота вращения п, например с
помощью тахометра;
2)	сравнивается текущее и заданное значения п;
3)	перемещается ползунок потенциометра таким образом, что¬
бы фактическая частота вращения совпала с заданной.
При использовании автоматической системы (рис. 4.46, б) по¬
следовательность регулирования следующая:
145

Станок!
Рис. 4.46. Принципиальные схемы ручного (я) и автоматического (б)
регулирования частоты вращения электродвигателя:
П — потенциометр; У — усилитель; М — электродвигатель; ОУ — обмотка управ¬
ления; ЭМУ — электромагнитный усилитель; ОВ — обмотка возбуждения;
ТГ — тахогенератор
1)	тахогенератором (ТГ) постоянного тока измеряется факти¬
ческая частота вращения электродвигателя (М);
2)	на входном сопротивлении усилителя (У) задающее напря¬
жение U3, являющееся функцией заданной частоты вращения,
сравнивается с напряжением тахогенератора UTn пропорциональ¬
ным фактической частоте вращения двигателя. При отклонении
частоты вращения двигателя разность AU= U3~ Urr, поступающая
на усилитель, изменяется по величине;
3)	напряжение KyAU (здесь Ку — коэффициент усиления) с
выхода усилителя поступает на обмотку управления (ОУ) элект¬
ромагнитного усилителя (ЭМУ), усиливается и подается на об¬
мотку возбуждения (ОВ) якоря двигателя. Следовательно, частота
вращения двигателя будет изменяться в сторону уменьшения от¬
клонения от заданного значения.
Например, при увеличении момента нагрузки частота враще¬
ния двигателя уменьшается, следовательно, напряжение тахогене¬
ратора UTг понизится, что в свою очередь приведет к увеличению
разности Д U. Возрастет отклонение напряжения за счет усилителей
У и ЭМУ. Напряжение U„ также возрастет, благодаря чему частота
вращения двигателя увеличится. Следовательно, частота вращения
двигателя при автоматическом регулировании не изменится при
увеличении или уменьшении момента нагрузки на его валу.
В рассмотренном примере объект регулирования — двигатель
постоянного тока; регулируемая величина — частота вращения
двигателя; возмущающее воздействие — момент нагрузки на валу
двигателя; измерительный элемент — тахогенератор; элемент срав¬
146

нения — входное сопротивление усилителя; исполнительный эле¬
мент — электромашинный усилитель.
Классификация. Системы автоматического регулирования можно
классифицировать по четырем характерным признакам.
1.	По алгоритму управления системы подразделяются на разомк¬
нутые и замкнутые (рис. 4.47). Системы, работающие по разомк¬
нутому циклу, используют только как составные части более слож¬
ных систем автоматического регулирования.
2.	По используемому закону изменения регулируемой величи¬
ны системы делят на системы стабилизации, программного регу¬
лирования и следящие.
Системы стабилизации служат для поддержания постоянного
значения регулируемой величины. В этих системах задающее воз¬
действие не изменяется во времени.
Системы программного регулирования предназначены для из¬
менения регулируемой величины по известному закону в функ¬
ции времени или какой-либо другой величины. Задающее воздей¬
ствие называют программой регулирования.
Следящие системы предназначены для изменения регулируе¬
мой величины по заранее неизвестному закону. Задающее воздей¬
ствие представляет собой случайную функцию времени.
3.	По способности поддерживать с определенной точностью
значения регулируемой величины различают статические и аста¬
тические системы.
В статической системе автоматического регулирования прин¬
ципиально невозможно поддерживать одно и то же значение ре¬
гулируемой величины при условии, что задающее воздействие
остается неизменным. Остаточную ошибку в такой системе назы¬
вают статизмом.
Астатической системой автоматического регулирования назы¬
вают такую систему, в которой в установившемся режиме регули¬
руемый параметр всегда имеет одно и то же значение, не завися¬
щее от величины возмущающего воздействия на объект регулиро¬
вания.
4.	По характеру функциональной связи между входными и вы¬
ходными параметрами элементов, входящих в состав системы ав-
Рис. 4.47. Функциональные схемы
разомкнутой (а) и замкнутой (6)
систем автоматического регулиро¬
вания:
3 — задатчик; У — усилитель; ИЭ —
измерительный элемент; ОР — объект
регулирования; ОС — обратная связь;
ЭС — элемент сравнения
о
V
ИЭ
ОР
о
У
Ur
а
б
147

тематического регулирования, системы подразделяются на непре¬
рывные и дискретные.
В непрерывной системе автоматического регулирования непре¬
рывному изменению входных параметров элементов соответству¬
ет непрерывное изменение выходных параметров этих элементов.
В дискретной системе непрерывному изменению входного па¬
раметра хотя бы одного элемента, входящего в состав системы,
соответствует дискретное изменение выходного параметра этого
элемента.
Функциональные схемы. Система автоматического регулирова¬
ния — это сложный комплекс взаимодействующих технических
средств, узлов и элементов, работа которых основана на различ¬
ных физических принципах (электрических, механических, гид¬
равлических и др.). Однако в теории автоматического регулирова¬
ния основное внимание уделяется не техническим свойствам от¬
дельных элементов, а их функциональным преобразованиям и
характеру связей между ними. Для наглядного представления со¬
ставляются функциональные схемы систем автоматического регу¬
лирования.
Функциональные схемы отражают взаимодействие устройств,
узлов, элементов систем автоматического регулирования в про¬
цессе их работы. Графически отдельные устройства систем авто¬
матического регулирования изображают в виде прямоугольников,
а существующие между ними связи — стрелками, соответствую¬
щими направлению прохождения сигнала. Внутреннее содержа¬
ние каждого устройства не конкретизируется, а функциональное
назначение шифруется буквенными символами.
Функциональная схема системы автоматического регулирова¬
ния для приведенного выше примера (см. рис. 4.46) изображена на
рис. 4.48.
Большое разнообразие элементов, входящих в различные систе¬
мы автоматического регулирования, может быть сведено к несколь¬
ким основным типам, различающимся по назначению и взаимо¬
действию в системе, что позволяет говорить о типовой (или обоб¬
щенной) функциональной схеме.
Рис. 4.48. Функциональная схема системы автоматического регулирова¬
ния частоты вращения двигателя постоянного тока (обозначения см. на
рис. 4.46, б)
148

Динамические свойства. Представление системы автоматичес¬
кого регулирования в виде разнообразных по конструкции и прин¬
ципу действия элементов позволяет разобраться в принципе их
действия.
При изучении динамических свойств системы целесообразно
рассматривать отдельные ее элементы только с точки зрения их
динамических свойств независимо от функциональных преобра¬
зований и конструктивных форм исполнения. Одинаковыми ди¬
намическими свойствами могут обладать различные элементы не¬
зависимо от их физической природы. Например, центробежный
регулятор частоты вращения и последовательный колебательный
контур (контур, в котором при воздействии внешней периоди¬
ческой силы, возникают вынужденные колебания) устроены раз¬
лично, но обладают одинаковыми динамическими свойствами.
Коэффициенты их уравнений будут зависеть от массы и свойств
пружины в центробежном регуляторе и от индуктивности, емкос¬
ти и сопротивления в колебательном контуре. Следовательно,
эти элементы будут представляться одним и тем же динамиче¬
ским звеном.
Динамическая характеристика звена — зависимость выходной
величины от входной в переходном процессе. Физическая задача
определения выходной величины звена при изменяющемся вход¬
ном сигнале сводится к решению уравнения того или иного вида,
описывающего протекание переходных процессов в звене.
Передаточной функцией звена называется отношение выход¬
ной величины звена к входной величине при нулевых начальных
условиях.
Переходная характеристика (переходный процесс) динамичес¬
кого звена — зависимость выходной величины от времени при
подаче на вход звена ступенчатого сигнала единичной амплитуды.
Следовательно, переходная характеристика отображает реакцию
звена на единичный ступенчатый сигнал.
Если на вход динамического звена поступает сигнал синусои¬
дальной формы определенной частоты, то выходной сигнал так¬
же имеет синусоидальную форму и ту же частоту, но другие амп¬
литуду и фазу. В связи с этим различают амплитудно-частотные и
фазово-частотные характеристики звеньев.
Амплитудно-частотная характеристика выражает отношение
амплитуды колебаний на выходе звена к амплитуде колебаний на
его входе в зависимости от частоты входного сигнала (рис. 4.49, а).
Фазово-частотная характеристика выражает зависимость раз¬
ности фаз между входными и выходными колебаниями звена от
частоты входного сигнала (рис. 4.49, б). Опережению фазы соот¬
ветствует ф > 0, а отставанию — ср < 0.
В теории автоматического регулирования используют комплекс¬
ную амплитудно-фазовую характеристику, в которой дают соот-
149

Рис. 4.49. Амплитудно-частотная (а)
и фазово-частотная (б) характери¬
стика звеньев:
Аых» Ах— амплитуда выходного и вход¬
ного сигналов; со — угловая частота;
<р — фазовый угол
лвых/лм	ношения	между	амплитудами
выходного и входного сигналов
и сдвигом фаз при изменении
частоты колебаний входного сиг¬
нала от 0 до оо.
Типовыми динамическими зве¬
ньями системы автоматического
регулирования являются:
•	безынерционное (пропор¬
циональное) звено, у которого
выходная величина в каждый мо¬
мент времени пропорциональна
входной величине. Например,
входной и выходной величина¬
ми у рычага являются перемеще¬
ния его плеч /, и /2 (рис. 4.50, а);
•	апериодическое (инерционное) звено, в котором при подаче
на вход ступенчатого сигнала выходная величина апериодически
(по экспоненте) стремится к новому установившемуся значению.
На рис. 4.50, б приведен пример такого звена — усилителя, вход¬
ной величиной которого является напряжение UBX, выходной —
напряжение UBax;
•	дифференцирующее звено, в котором выходная величина про¬
порциональна скорости изменения входной величины. Различают
идеальное и реальное дифференцирующие звенья. При подаче на
вход звена ступенчатого сигнала на выходе получают мгновенный
выходной импульс, теоретически имеющий бесконечно большую
амплитуду, соответствующую бесконечно большой скорости вход¬
ного сигнала в момент подачи. Примером реального дифференци¬
рующего звена может служить цепочка RC (рис. 4.50, в), которая
нашла широкое применение в промышленной электронике для
преобразования прямоугольного импульса в импульсы более ко¬
роткой длительности, предназначенные, например, для перебро¬
са триггера;
■~^ST
с
-о о	II—
и*
о—
Л	иъ
вых ^вх
о о—
R\\ иьъ
б
Рис. 4.50. Типовые динамические звенья системы автоматического регу¬
лирования:
а — безынерционное; б — апериодическое; в — дифференцирующее; г — интег¬
рирующее; д — колебательное
150

•	интегрирующее звено, в котором выходная величина про¬
порциональна интегралу во времени от входной величины. На¬
пример, резкое увеличение объема QBX поступающей жидкости на
входе гидравлического интегрирующего звена (рис. 4.50, г) не
приводит к соответствующему изменению ее объема на выходе в
баке — /гвых;
•	колебательное звено, у которого при ступенчатом измене¬
нии входной величины выходная величина стремится к новому
установившемуся значению, совершая при этом колебания. При¬
мер колебательного звена — масса т, подвешенная на пружине
(рис. 4.50, д). Приложив к массе некоторую импульсную силу FBX в
вертикальном направлении, вызывают колебания этой массы от¬
носительно нового установившегося значения. Входная величина в
данном случае сила FBX, выходная — перемещение квых. При нали¬
чии возмущающих факторов, нарушающих равновесие звена, воз¬
никают колебания. Причем если в результате колебаний происхо¬
дит потеря энергии в звене, то колебания затухают и звено в этом
случае является устойчивым. Если в колебательном звене отсутствует
потеря энергии, то такое звено называют консервативным.
Структурные схемы. Представление системы автоматического
регулирования в виде типовых динамических звеньев называется
структурной схемой системы. На этой схеме каждое типовое дина¬
мическое звено изображают в виде прямоугольника, а соответ¬
ствующие связи между ними — стрелками (по направлению про¬
хождения сигнала). Над стрелками надписывают символы, обо¬
значающие операторные изображения сигналов.
Структурные схемы, как и функциональные, отражают про¬
цесс передачи и преобразования информации. Однако функцио¬
нальные схемы, как известно, характеризуют систему по составу
входящих в нее элементов, рассматриваемых с точки зрения их
значения, тогда как структурные схемы определяют динамичес¬
кие свойства системы.
Структурные схемы систем автоматического регулирования со¬
ставляют путем выделения динамических звеньев таким образом,
чтобы для них можно было наиболее просто определить переда¬
точные функции.
В качестве примера составим структурную схему системы ав¬
томатического регулирования частоты вращения двигателя по¬
стоянного тока, функциональная схема которой приведена на
рис. 4.46, б. Система состоит из задающего элемента — потенцио¬
метра, полупроводникового усилителя, электромашинного усили¬
теля, двигателя постоянного тока, являющегося объектом регули¬
рования, тахогенератора — элемента обратной связи.
На рис. 4.51 представлены исходная и преобразованные струк¬
турные схемы автоматического регулирования частоты вращения
двигателя. Здесь приняты следующие обозначения: Ку — коэффи-
151

Щр) AU(p)nrlKvAU(p)
*эму/(гур+ 1)-Да- кл/(г,# + i)p
ЦтО>)
1 я.Ы
’Г
Ц(р)_ &Ц(р)
КуКэмуКа/{(Тур+1)(Тар+1)р]
п(р)
UJ.P)
Кг,
б
Щр)
КуКэшКа/1(Тур + 1)(7> + 1)р + кукэшк^
п{р)
в
Рис. 4.51. Исходная (а) и преобразованные (б, в) структурные схемы
автоматического регулирования частоты вращения п двигателя (осталь¬
ные обозначения см. на рис. 4.46):
р — регулируемая величина
циент усиления усилителя (по своим динамическим свойствам
полупроводниковый усилитель является безынерционным звеном);
Кэш — коэффициент усиления ЭМУ (по своим динамическим
свойствам ЭМУ является инерционным звеном); Ту — постоян¬
ная времени, связанная с функционированием обмотки управле¬
ния ЭМУ; Кд — коэффициент пропорциональности частоты вра¬
щения двигателя величине напряжения на якоре; Тд — электро¬
механическая постоянная времени двигателя с учетом инерции
нагрузки (по своим динамическим характеристикам двигатель пред¬
ставляет собой передаточную функцию последовательно соеди¬
ненных инерционных и интегрирующего звеньев); Ктт — коэффи¬
циент пропорциональности между напряжением на якоре и час¬
тотой вращения тахогенератора (тахогенератор является безы¬
нерционным звеном).
Систему автоматического регулирования можно представить в
виде отдельных динамических звеньев на структурной схеме. Зная
передаточные функции звеньев, можно найти выражение переда¬
точной функции системы, что необходимо при исследовании ее
динамических свойств. Звенья, входящие в состав структурной
схемы системы, могут быть соединены между собой последова¬
тельно, параллельно и встречно-параллельно.
При последовательном соединении звеньев выходная величина
предшествующего звена является входной величиной для после¬
дующего (рис. 4.52, а). В этом случае передаточная функция систе¬
мы равна произведению передаточных функций этих звеньев:
Щр) = wx{p)w2{p)...wtp),
где р — регулируемая величина; / — число звеньев.
152

б в
Рис. 4.52. Последовательное (а), параллельное (б) и встречно¬
параллельное (в) соединение звеньев
Параллельное соединение звеньев показано на рис. 4.52. б. Вход¬
ная величина у всех звеньев общая, а выходные величины сумми¬
руются. Передаточная функция системы равна сумме передаточ¬
ных функций звеньев:
Щр) = Wx(p) + W2(p) + ... + Щ(р).
Встречно-параллельное — такое соединение двух звеньев, при
котором выходная величина первого звена подается на вход вто¬
рого, выходная величина которого суммируется с общей входной
величиной и подается на вход первого звена. В этом случае образует¬
ся замкнутая система автоматического регулирования (рис. 4.52, в).
Выражение передаточной функции имеет следующий вид:
Щр)= Wx(p)/[\± Wx(p)W2(p)\-
Здесь знак плюс в знаменателе соответствует отрицательной
обратной связи, а знак минус — положительной обратной связи.
Необходимым условием работоспособности системы автома¬
тического регулирования является ее устойчивость. Под устойчи¬
востью понимается свойство системы восстанавливать состояние
равновесия, из которого она была выведена под влиянием возму¬
щающих факторов, после прекращения их действия. Если система
не способна возвращаться в состояние равновесия, которое было
нарушено в процессе работы, то для практического использова¬
ния она непригодна.
Для определения устойчивости системы автоматического регу¬
лирования используют ряд критериев устойчивости (алгебраиче¬
ский, Михайлова, Найквиста и др.), т.е. правила, с помощью
которых можно определить, устойчива ли система, не прибегая к
решению уравнений.
Качественные показатели переходного процесса. Устойчивость
системы автоматического регулирования является необходимым,
но не достаточным условием ее практической пригодности. Поня-
153

У'
тие устойчивости отражает нали¬
чие или отсутствие затухания пе¬
реходного процесса в системе. Его
характер может быть самым раз¬
нообразным, кроме того, регули¬
руемая величина может иметь раз¬
личные отклонения от заданного
значения в установившемся режи¬
ме. Возникает необходимость в
оценке качества процессов в сис¬
теме автоматического регулирова¬
ния.
/////////////////.
о
Рис. 4.53. Кривая переходного про Качество процесса регулирова¬
ния регулируемой величины. Требования к качеству процесса ре¬
гулирования могут быть самыми разнообразными, однако из всех
качественных показателей можно выделить несколько наиболее
существенных, которые в достаточной мере характеризуют рабо¬
ту большинства систем автоматического регулирования.
На рис. 4.53 изображена кривая переходного процесса в систе¬
ме автоматического регулирования при ступенчатом изменении
входного сигнала. Существуют следующие показатели, характери¬
зующие качество регулирования.
1.	Длительность переходного процесса t — интервал времени с
момента подачи ступенчатого входного сигнала до момента оконча¬
ния переходного процесса. Переходный процесс закончен, если зна¬
чение регулируемой величины отличается от заданного не более
чем на 5 %.
2.	Перерегулирование а — отношение максимального отклоне¬
ния ^тах регулируемой величины к установившемуся фактическо¬
му значению уу„, выраженное в процентах:
Большое перерегулирование (выброс) вызывает чрезмерные силы
в механических узлах и перенапряжения в электрических узлах си¬
стем автоматического регулирования, для большинства систем пе¬
ререгулирование ограничено и составляет о< (10...30) %, однако в
некоторых системах допускается до 70 %, а в ряде случаев вообще
может отсутствовать.
3.	Статическая ошибка стст — отношение разности между за¬
данным у3 и установившимся уусх значениями регулируемой ве¬
личины к установившемуся значению, выраженное в процентах:
цесса системы автоматического
регулирования
ния — свойство системы поддер¬
живать с достаточной точностью
и быстродействием закон измене-
® — СУmax	Ууст) ^ 00/J'yCT
(Тст — (Уз .Ууст) ЮО/Ууст-
154

Статическая ошибка характеризует точность регулирования в
установившемся режиме. В астатических системах стст = 0, а в стати¬
ческих не должна превышать 3... 5 %.
4.	Частота колебаний в переходном процессе определяется чис¬
лом колебаний регулируемого параметра за время переходного
процесса. Обычно она равна 1,5 — 2.
Если качество процесса регулирования для заданных величин
не удовлетворяет техническим требованиям (например, велико t,
с, стст, недостаточный запас устойчивости и т.п.), то в систему
дополнительно вводят параллельные корректирующие устройства
(например, электрическую цепь) и выбирают их характеристики
так, чтобы удовлетворить этим требованиям.
Параллельные корректирующие цепи включают в виде элемен¬
тов отрицательной обратной связи, охватывающих наиболее инер¬
ционные звенья системы. В качестве параллельных стабилизирую¬
щих цепей чаще всего используют дифференцирующее звено для
улучшения динамических свойств или интегрирующее звено для
уменьшения статической погрешности.
4.12.	Средства автоматического контроля качества
продукции
Общие сведения. Под системой контроля качества обработки
на станках с ЧПУ, AJI и другом оборудовании понимают сово¬
купность средств и организационно-технических мероприятий,
предназначенных для обеспечения, поддержания и проверки вы¬
полнения заданного уровня качества продукции на всех этапах
изготовления. Уже на стадии проектирования продукции должна
учитываться ее контролепригодность.
Обеспечение выпуска продукции требуемого качества нераз¬
рывно связано с технологическим процессом изготовления дета¬
лей и организацией их контроля.
Технологический процесс включает в себя не только операции
механической обработки и транспортно-загрузочные операции (для
автоматизированного оборудования), но и операции, обеспечи¬
вающие нормальное функционирование оборудования, в том числе
контроль качества выполнения соответствующей операции. Это по¬
зволяет с единой точки зрения подойти к решению задачи управле¬
ния производством на основании результатов его контроля.
Выполнить требования технологического процесса на неавто¬
матизированном оборудовании можно двумя способами: созда¬
нием оборудования с достаточно высокой сопротивляемостью
технологической системы воздействию факторов, снижающих
показатели эффективности (эта задача, например, решается со¬
зданием станков с увеличенной жесткостью системы СПИЗ и по-
155

Рис. 4.54. Классификация видов контроля качества продукции

вышенной точностью изготовления узлов и деталей станка), или
выбором таких технологических режимов и условий обработки,
которые обеспечивали бы заданную точность.
Для управления технологическим процессом обработки на ав¬
томатизированном оборудовании применяют системы автомати¬
ческого контроля: пооперационную и окончательную. Функции
контроля реализуются с помощью ручных или автоматических
контрольных приборов и координатно-измерительных машин.
Классификация видов контроля, применяемых в технологи¬
ческих процессах для обеспечения качества продукции, приведе¬
на на рис. 4.54.
Основной задачей активного контроля является устранение
влияния различных факторов, действующих в системе СПИЗ,
например износа режущего инструмента, тепловых и силовых де¬
формаций. Активный контроль используют главным образом при
финишной абразивной обработке, реже — при растачивании, еще
реже — при точении.
Пассивный контроль качества продукции осуществляется при
приемке готовых деталей. Пассивный контроль может быть вход¬
ным, промежуточным и окончательным, сплошным или выбо¬
рочным. Для его выполнения в условиях массового производства
используют контрольные автоматы и ручные приборы.
Автоматические контрольные устройства. В производственных
условиях выполняют размерный, геометрический, физико-меха-
нический, весовой, количественный, динамический и визуаль¬
ный контроль, результаты которого используют для комплекто¬
вочно-сборочных работ. Степень автоматизации контрольных опе¬
раций различна. Сплошной контроль выполняют на автоматичес¬
ких и полуавтоматических приборах, выборочный (статистичес¬
кий) — ручными приборами. Автоматический контроль не исклю¬
чает контроля операционного, проводимого обслуживающим пер¬
соналом, при этом лишь уменьшаются объем и частота выборки.
Для нормальной работы технологического оборудования преду¬
сматривается определенная программа функционирования, в ко¬
торой действуют два потока информации. Первый поток обеспе¬
чивает обработку по заданной программе, второй — управляет
точностью этого процесса. Источник информации во втором по¬
токе — прибор, измеряющий параметры точности реализуемого
процесса обработки.
Выпуск продукции автоматизированным технологическим обо¬
рудованием не обходится без участия рабочего (оператора, налад¬
чика) в управлении процессом обработки (корректирование уровня
настройки станков и средств контроля). В системе управления точ¬
ностью на станке предусмотрены два контура управления: контур
автоматического регулирования станок — автоматический прибор
и контур ручного управления измерительным прибором, в кото-
157

Рис. 4.55. Скоба измерительного прибора:
1 — корпус; 2 — гильза; 3, 4, 7 — втулки; 5, 11 — шариковые направляющие;
6 — шток; 8 — кронштейн; 9 — цилиндр; 10 — гидроцилиндр; 12 — пружина;
13 — обойма; 14 — гибкая лента
158

ром нет средств автоматического контроля. Результаты ручного кон¬
троля использует рабочий для определения момента проведения
подналадки или остановки станка на ремонт. Для автоматического
контроля и управления применяют измерительно-управляющие
устройства, установленные в рабочей зоне станка или вне ее.
Автоматическое управление точностью распространяется, как
правило, только на один наиболее важный и наименее стабильный
параметр обработки, который поддается регулированию. Осталь¬
ные параметры обратной связью не охватываются.
Рассмотрим конструкции некоторых автоматических приборов.
Навесная двухконтактная измерительная скоба (рис. 4.55) уста¬
новлена на кожухе шлифовального круга круглошлифовального
станка. В корпусе 1 скобы находится гильза 2, служащая направ¬
ляющей механизма преобразователя. В гильзе на шариковых на¬
правляющих 5 перемещается цилиндр 9, на котором с помощью
втулки 7 закреплен кронштейн 8 с нижним измерительным нако¬
нечником и установлены съемная втулка 4 и охранные кольца
преобразователя. В цилиндре 9 на шариковых направляющих 11
перемещается шток 6 с втулками 3 преобразователя перемещений.
Шток оканчивается кольцом с твердосплавным измерительным
наконечником. Измерительное усилие на верхнем наконечнике со¬
здается массой штока, на нижнем — спиральной пружиной 12,
которая через обойму 13 и гибкую ленту 14 подтягивает цилиндр 9
с кронштейном вверх. Измерительные наконечники разводят с по¬
мощью гидроцилиндра 10. Диапазон измерений скобы 15...90 мм,
измерительное усилие (7 ±2) Н.
Схема автомата для комплектования шарикоподшипников по¬
казана на рис. 4.56. Принцип действия автомата заключается в сле¬
дующем: измеряется разность диаметров беговых дорожек колец
подшипников, и по результатам измерения на стенд сборки пода¬
ются шарики нужного диаметра, которые заранее рассортирова¬
ны и уложены в соответствующие бункеры.
К беговым дорожкам наружного 1 и внутреннего 2 колец под¬
шипника на измерительной позиции подводятся сопла пневмати¬
ческой измерительной системы (до определенного упора). Воздух,
давление которого пропорционально разности диаметров беговых
дорожек, поступает в правую полость мембранного датчика 3. Од¬
новременно с этим от распределительного вала приводится в дви¬
жение клин 7, что вызывает постепенное увеличение противодав¬
ления воздуха, подаваемого в левую полость мембранного датчи¬
ка (к клину подводятся два сопла для того, чтобы устранить влия¬
ние непрямолинейности его направляющих).
В определенный момент времени замыкается контакт 4 мемб¬
ранного датчика. В это время щетка 5 находится на контакте ком¬
мутатора 6, связанного с тем бункером, в котором лежат шарики
размером, соответствующим измеренным диаметрам беговых до-
159

Рис. 4.56. Схема автомата для комплектования шарикоподшипников:
1 — наружное кольцо; 2 — внутреннее кольцо; 3 — датчик; 4 — контакт; 5 —
щетка; 6 — коммутатор; 7 — клин
рожек колец подшипника. Срабатывает реле Р, и на стенд сборки
поступает определенное число шариков требуемого размера.
Рассмотренная система относится к активному контролю, по¬
скольку в данном случае по результату измерения осуществляется
управление процессом комплектования шарикоподшипников.
Для измерения параметров шероховатости поверхности кон¬
тактным методом используются приборы показывающего типа
(профилометры) и измерительные преобразователи (профило¬
графы). Принцип действия этих приборов основан на ощупыва¬
нии поверхности, преобразовании параметров колебаний щупа в
напряжения, усилении полученных сигналов, их обработке и выда-
Рис. 4.57. Профилограф-профилометр для измерения шероховатости:
1 — записывающий прибор; 2 — преобразователь перемещений; 3 — привод; 4 —
стойка; 5 — электронный блок; 6 — измеряемая деталь
160

че результатов на отсчетное устройство или записывающий при¬
бор для нанесения на диаграммную бумагу.
Профилографы-профилометры представляют собой настольные
устройства блочного типа. На рис. 4.57 показан прибор, выпол¬
ненный из трех функционально связанных между собой блоков:
стойки 4 с приводом 3 и преобразователем 2\ электронного бло¬
ка 5, включающего блоки питания, измерительный и счетно-ре-
шающий; записывающего прибора 1. На стойке 4 размещены так¬
же предметный стол, измеряемая деталь 6 и другие устройства.
Привод имеет коробку передач, обеспечивающую две-три рабо¬
чие и одну холостую скорости движения преобразователя.
Преобразователь является важнейшим звеном щупового при¬
бора. Для измерения шероховатости поверхности в приборах ис¬
пользуются индуктивные, пьезоэлектрические и электронные пре¬
образователи.
Особый класс измерительных приборов составляют ручные
приборы, которые рассмотрим на примере прибора с пневмати¬
ческим ротаметром-длинномером. Прибор (рис. 4.58) включает в
себя блок, состоящий из фильтров и пружинно-мембранных ста¬
билизаторов давления воздуха,
и отсчетное устройство (рота¬
метр) с гибким шлангом и из¬
мерительной головкой — калиб¬
ром.
Воздух из заводской сети или
от компрессора проходит пос¬
ледовательно: первый фильтр 6,
первый редуктор 7, второй фильтр
8, второй редуктор 9 и отстой¬
ник 10. Далее очищенный воз¬
дух подводится в коническую
стеклянную трубку ротаметра 1,
в которой находится поплавок 2,
и через гибкий шланг 3 — к из¬
мерительной калибр-пробке 4,
контролирующему отверстие де¬
тали 5.
Системы машинного зрения
осуществляют ввод изображения
в компьютер, его анализ и уп¬
равление различными процесса¬
ми или механизмами. Эти сис¬
темы позволяют обеспечить
100%-ный визуальный контроль
качества продукции при непре¬
рывном цикле производства.
Рис. 4.58. Ручной пневматический
измерительный прибор:
1 — ротаметр; 2 — поплавок; 3 — шланг;
4 — калибр-пробка; 5 — контролируе¬
мая деталь; 6, 8 — фильтры; 7,9 —
редукторы; 10 — отстойник
6 Мечников
161

Задачи, связанные с заменой человека на операциях визуаль¬
ного контроля качества, возникают во многих случаях. Это мо¬
жет быть проверка печатных плат, контроль автоматизирован¬
ной сборки изделий, наблюдение за ходом технологических про¬
цессов и т.п. При идентификации объектов (считывание и рас¬
познавание цифробуквенных маркировок, штрихкодов и т.д.)
системы машинного зрения имеют преимущества перед традици¬
онными методами: отсутствие ограничений по формату надписи
и способу ее нанесения, высокая точность распознавания знаков.
Системы удобны для восприятия человеком, что делает их клю¬
чевым элементом, например, в автоматизированной системе кон¬
троля количества заготовок, для учета выпускаемой продукции с
заданными характеристиками и т.д. Для организации контроля за
движением заготовок необходимо считывать различные виды мар¬
кировок со 100%-ной надежностью на большом количестве точек
контроля. Системы машинного зрения позволяют считывать код,
нанесенный различными методами на поверхности с разной сте¬
пенью загрязненности, используя универсальное программное
обеспечение. Управляющая программа осуществляет поиск мар¬
кировки, ее выделение из общего изображения, определение ее
вида и интерпретацию и выдает распознанный код в цифровом
виде на верхний уровень автоматизированной системы управле¬
ния производством, в том числе в систему автоматического кон¬
троля.
Координатно-измерительные машины (КИМ) предназначены для
комплексного контроля сложных деталей (корпусов, лопаток тур¬
бин и др.).
Работа КИМ основана на координатных измерениях, т.е. на
поочередном измерении координат определенного числа точек
поверхности детали и последующих расчетах линейных и угловых
размеров, формы и расположения в соответствующих системах
координат. Используются три основные системы координат: абсо¬
лютная (X, Y, Z), относительная (Х0, Ya, ZQ), а также система
координат детали (Ха, Ya, Za) (рис. 4.59).
Координатные измерения реализуются с помощью комплекса
аппаратных и программных средств. Конструкцию КИМ условно
можно разделить на базовую часть, содержащую узлы координат¬
ных перемещений, измерительные преобразователи (ИП) и из¬
мерительную головку (ИГ), предназначенную для непосредствен¬
ного измерения координат точек на детали, и управляющий вычис¬
лительный комплекс (УВК) на основе ЭВМ, предназначенный для
управления процессом измерения, обработки и представления
данных измерения. Габаритные размеры, конструкция базовой
части КИМ определяются параметрами измеряемых деталей и
условиями эксплуатации. Для определения структуры УВК реша¬
ющими являются типы ИП и ИГ, требуемая степень автоматиза-
162

Рис. 4.59. Структурная схема КИМ:
I — КИМ; II — измеряемая деталь; / — измерительная головка; 2 — базовая часть
КИМ; 3— измерительный преобразователь; 4— электромеханический привод;
5— поворотный стол; 6, 7 — нормирующие преобразователи; 8 — блок управле¬
ния электроприводом; 9 — блок связи; 10 — ЭВМ; 11 — специальный пульт;
12 — образцовая деталь; 13, 14, 15 — периферийные устройства накопления и
ввода данных с перфолент, магнитной ленты и магнитного диска соответствен¬
но; 16 — алфавитно-цифровое печатающее устройство; 17 — графопостроитель;
18 — дисплей
ции измерения, программно-математическое обеспечение КИМ
и требования к форме представления результатов измерения. Со¬
став и показатели программно-математического обеспечения за¬
висят от метрологических задач и степени автоматизации КИМ.
Координаты точек детали измеряются по осям Хм, Yu, ZM сис¬
темы координат машины (см. рис. 4.59) прецизионными линей¬
ными перемещениями ИГ 1. Проверяемая деталь или ИГ переме¬
щаются с помощью узлов координатных перемещений базовой
части КИМ 2. Перемещения отсчитываются посредством ИП 3 по
всем координатным осям системы координат машины.
Перемещения ИГ или детали производятся электромеханичес¬
кими приводами 4 или вручную. Для обеспечения доступа к конт¬
ролируемой поверхности и упрощения расчетных операций при
измерении в полярной, цилиндрической и сферической системах
координат базовая часть КИМ снабжается поворотными столами 5,
позволяющими поворачивать детали относительно одной или не¬
скольких осей, расположенных под различными углами в про¬
странстве.
163

Координаты точек могут считываться при движении узлов КИМ
или в состоянии покоя.
В состав УВК входят нормирующие преобразователи 6 и 7, блок
управления электроприводами 8, которые через блок связи 9 (или
непосредственно) соединены с ЭВМ 10. К нормирующим преоб¬
разователям 7 присоединены счетчики с устройствами цифровой
индикации текущих значений параметров, характеризующих по¬
ложение ИГ относительно детали. Управление подвижными узла¬
ми КИМ в автоматическом режиме осуществляется от ЭВМ, а в
ручном — от специального пульта 11. ЭВМ обрабатывает также
данные измерений.
Для выполнения функций управления КИМ, обработки и пред¬
ставления данных ЭВМ комплектуется следующими основными
периферийными устройствами: накопления и ввода данных — с
перфолент 13, магнитной ленты 14, магнитного диска /5; пред¬
ставления данных — алфавитно-цифровое печатающее устрой¬
ство 16, графопостроитель 17, дисплей 18. Для оперативного про¬
граммирования пульт ручного управления 11 снабжен специаль¬
ной клавиатурой с символическими обозначениями конкретных
подпрограмм измерения. Для определения координат и поправок
с особо высокой точностью используют образцовую деталь 12.
Обычно это сфера или куб, сохраняющие в процессе измерения
постоянное положение.
С применением КИМ повышается точность и достоверность
результатов измерения. Возможность оперативного и диалогового
программирования позволила упростить использование КИМ в
единичном и мелкосерийном производстве.
Благодаря таким качествам, как универсальность и возмож¬
ность автоматизации процесса измерения, КИМ широко приме¬
няются при эксплуатации станков с ЧПУ и в ГПС. КИМ значи¬
тельно упрощает метрологическую подготовку производства но¬
вого изделия, так как отпадает необходимость создания специ¬
альной измерительной оснастки. Протокол с результатами конт¬
роля, выдаваемый КИМ, повышает ответственность изготовите¬
лей за качество обработки.
Измерительные промышленные роботы находят применение для
автоматического контроля часто переналаживаемых параметров
обработки сложных деталей (блоков цилиндров, деталей коробок
передач и др.). Результаты измерений после статистической обра¬
ботки передаются на ЭВМ, управляющую эксплуатацией обору¬
дования. Эффективность применения измерительного промышлен¬
ного робота — в его универсальности благодаря возможности смены
измерительных наконечников при переходе на контроль других
поверхностей детали и других деталей.
Система автоматического контроля качества продукции. Вместе
с технологическим оборудованием контрольные средства различ¬
164

ных типов образуют систему автоматического контроля качества
продукции на уровне цеха или предприятия. На рис. 4.60 приведе¬
на схема системы контроля, принятая на AJI для обработки колец
и сборки конических роликовых подшипников. В этих AJT после
каждой операции предусмотрен контроль: ручной пооперацион¬
ный КР, выполняемый выборочно наладчиком и ОТК; активный
КУ, выполняемый прибором, установленным в зоне обработки;
активный — КВ и КС, выполняемые с помощью автоподналадчи-
ков, установленных соответственно на станке или вне его; при¬
емочный с помощью контрольных автоматов КА.
Структуру системы контроля качества определяют: технологи¬
ческий процесс, программа выпуска, технические требования к
детали (узлу), допустимый процент брака, а также необходимость
сортировки деталей на группы, число групп и др. Входной конт¬
роль заготовок и комплектующих изделий, поступающих на AJI,
позволяет не пропускать на рабочую позицию те из них, которые
не соответствуют техническим условиям (например, с повышен¬
ным припуском, завышенной твердостью и т.д.).
Промежуточный контроль продукции выполняют контролеры
ОТК на контрольных приборах наладчика, кроме того, они ана¬
лизируют статистические карты выпуска продукции на данной
операции в целях проверки налаженности и стабильности техно¬
логического процесса, а также оценки работы наладчика по под¬
держанию точности обработки.
Выходной контроль производят после окончания обработки. Он
гарантирует поставку готовой продукции заданного качества. Ин¬
формацию о наличии бракованных деталей, полученную при при-
Рис. 4.60. Схема системы контроля и интеграции информации, принятая
на AJI:
1 — токарная обработка; 2 — термическая обработка; 3, 4 — предварительное и
окончательное шлифование торцов; 5, 6 — предварительное и окончательное
шлифование наружной поверхности; 7, 8 — предварительное и окончательное
шлифование дорожки качения; 9 — суперфиниширование дорожки качения;
10 — мойка; 11 — сборка подшипников; 12 — упаковка; 13 — подача на сборку
с внутренним кольцом; КУ, КВ, КС, КА, КР — контроль
165

емочном контроле, используют для поддержания на определен¬
ном уровне технологической дисциплины на производстве.
На рис. 4.61 приведена схема автоматического контроля и ин¬
теграции информации о качестве продукции на участке станков с
ЧПУ в системе MeasurLink, представленной на международной
выставке в г. Чикаго (США, 2000 г.) фирмой Mituoyo (Япония).
Первичная информация о качестве полуфабрикатов поступает
от различных компьютеризованных измерительных устройств 1
(КИМ, датчиков и т.д.), большинство которых передает резуль¬
таты измерений через мультиплексор 2 на персональные компью¬
теры 3 рабочих станций, где по результатам полученной инфор¬
мации операторы 4 принимают текущие решения. Далее инфор¬
мация о результатах измерения поступает на сервер 5 базы данных
для анализа и хранения.
Сервер — это ЭВМ, выполняющая определенные функции об¬
служивания пользователей. В вычислительных сетях он управляет
использованием, например баз данных, полученных в результате
измерений. Характер обработки информации зависит от конкрет¬
ной решаемой задачи.
Мультиплексор — периферийное устройство, предназначен¬
ное для дистанционного подключения к ЭВМ нескольких або-
Рис. 4.61. Схема системы автоматического контроля и интеграции ин¬
формации о качестве продукции на участке станков с ЧПУ:
1 — компьютерное измерительное устройство; 2 — мультиплексор; 3 — ПЭВМ;
4 — оператор; 5 — сервер; 6 — система управления контролем и производством
166

нентских пунктов и обеспечивающее работу с ними под управле¬
нием вычислительной системы.
Расширение системы MeasurLink путем подключения новых из¬
мерительных приборов осуществляется в процессе эксплуатации
без остановки производства.
Построение системы по принципу клиент — сервер позволяет
использовать преимущества распределенной системы обработки
данных. В комбинации с многопользовательской базой данных обес¬
печивается сохранение информации и хорошо организованный
доступ различных пользователей, в числе которых служба ремон¬
та оборудования, служба организации и управления эксплуатаци¬
ей измерительных средств, служба анализа измерения, руковод¬
ство производством. Предусмотрено выполнение коммуникаци¬
онных процедур как постоянно в режиме реального времени
(сплошные линии на рис. 4.61), так и по отдельным запросам
(штриховые линии).
Каждая рабочая станция системы MeasurLink связана с базой
данных, информацию от которой анализируют системы 6 управ¬
ления контролем и производством, а также руководство предпри¬
ятия. Для организации эксплуатации системы языки программи¬
рования унифицированы с языками информационной системы
предприятия; предусмотрена связь с САПР, функционирующей
на предприятии. Система MeasurLink способствует эффективному
обеспечению качества продукции; ее применение значительно
сокращает эксплуатационные расходы.
Для определения эффективности вариантов системы контроля
и управления качеством необходимо располагать информацией о
затратах на организацию и проведение контроля, а также о поте¬
рях, связанных с несовершенством системы или чрезмерной
сложностью контрольных средств.
Затраты и убытки, связанные с созданием и эксплуатацией
оборудования и с несовершенством системы контроля, можно под¬
разделить на три категории:
1)	убытки, обусловленные выпуском бракованной продукции
или исправлением дефектов изделий;
2)	затраты на определение уровня качества;
3)	расходы, связанные с предупреждением брака (разработка
системы, подготовка персонала, приобретение контрольных уст¬
ройств и их обслуживание).
Убытки от возникновения брака достигают 65 % затрат на обес¬
печение качества продукции; расходы на определение уровня ка¬
чества продукции составляют 25 %; затраты на предотвращение
брака не превышают 10 %, в том числе на техническое обслужи¬
вание контрольного оборудования 7...9%. Совершенствование
системы контроля и управления качеством сокращает потери про¬
изводства, но при этом возрастают затраты на контроль.
167

4.13. Измерительные преобразователи
систем управления
В системе управления станками применяются различные спе¬
циальные элементы, к числу которых относятся и измерительные
преобразователи (датчики). Они служат для преобразования зна¬
чения измеряемой величины в параметр, позволяющий оценить
качество выполнения той или иной технологической операции
(размеры, форму обработанной детали и т.д.) или техническое
состояние оборудования (температуру, наличие СОЖ и т.д.).
По принципу действия датчики для контроля размеров под¬
разделяются на электроконтактные, пневмоконтактные, индук¬
тивные, емкостные, фотоэлектрические и др.
В основе действия электроконтактного датчика — измерение
электрического сопротивления цепи в момент замыкания кон¬
тактов. Эти датчики могут иметь рычажное и безрычажное испол¬
нение, могут быть выполнены с регулируемыми и нерегулируе¬
мыми контактами. Электроконтактные датчики имеют унифици¬
рованную конструкцию.
Рассмотрим пример. На рис. 4.62 показана принципиальная схема
электроконтактного датчика. Изменение размера контролируемой
детали вызывает перемещение стержня 1 с навернутым на него
съёмным наконечником. При этом на пружинном кресте 4 пово¬
рачивается коромысло 3 с запрессованными в него подвижными
вольфрамовыми контактами 7. Движение передается через твердо¬
сплавную пятку 9 хомутика 10, воздействующего на корундовый
штифт 12, запрессованный в малое плечо коромысла. Измеритель¬
ное усилие создается пружиной 11. На стержне 1 также закреплен
хомутик 13 с регулируемым по ширине пазом, в который входит
неподвижный штифт 14, что предохраняет шток от поворота в
направляющих скольжения.
При замыкании контактов 7 и 2, вмонтированных в оцифро¬
ванные барабаны 6, которые настраивают по образцовым дета¬
лям, выдается сигнал. Если под наконечник установлена деталь,
1 — стержень; 2, 7 — контакты; 3 — коромысло;
4 — пружинный крест; 5, 11 — пружины; 6 —
оцифрованный барабан; 8 — измерительная го¬
ловка; 9 — пятка; 10, 13 — хомутики; 12, 14 —
штифты
Рис. 4.62. Принципиальная схема электрокон¬
тактного датчика:
168

размер которой превышает верхнее контролируемое значение,
пятка отходит от штифта, и под действием пружины 5 замыкается
верхний контакт. В корпусе преобразователя имеется гнездо, куда
может быть установлена измерительная головка 8 для настройки
преобразователя. Датчик работает в любом положении.
Конструкция электроконтакгного датчика приведена на рис. 4.63.
Контролируемое перемещение воспринимается наконечником 1
измерительного стержня 4 и далее через твердосплавный упор 22
и корундовый штифт 23 передается на рычаг 24, контакты кото¬
рого при определенной величине этого перемещения замкнут или
разомкнут электрическую цепь, проходящую через соответствую¬
щую пару вольфрамовых контактов 18, 19 или 8, 27.
Повороту измерительного стержня в бронзовых втулках 3 и 20
препятствуют штифт 5 и вилка 28 с регулируемым по ширине
пазом. Измерительное усилие создается пружиной 25. Требуемое
усилие замыкания электрических контактов обеспечивается пру¬
жиной растяжения 10 и плоской пружиной 26. При большом уси¬
лии замыкания контакты быстро изнашиваются. Контакты замы¬
каются с помощью медных лепестков 29.
Для настройки датчика на выдачу сигнала при заданной конт¬
ролируемой величине служат
настроечные винты 14, жестко
соединенные с барабанами 7,
шкала которых программирована
в единицах длины с ценой деле¬
ния 2 мкм; барабаны изолирова¬
ны от планки 6 текстолитовыми
втулками 15 и 16. Осевой люфт
винта 14 устраняется пружинной
шайбой, величину усилия кото¬
рой регулируют гайкой 13.
Рычаг 24 изолирован от кор¬
пуса 21 и планки 6 корундовым
штифтом 23 и текстолитовыми
Рис. 4.63. Конструкция электрокон-
тактного датчика:
1 — наконечник; 2, 13 — гайки; 3, 12,
15, 16, 20 — втулки; 4 — измеритель¬
ный стержень; 5, 23 — штифты; 6 —
планка; 7 — барабан; 8, 18, 19, 27 —
контакты; 9— упругий крестообразный
шарнир; 10, 25, 26 — пружины; 11 —
держатель; 14 — винт; 17, 29 — медные
лепестки; 21 — корпус; 22 — упор;
24 — рычаг; 28 — вилка
169

прокладками под основание пружинного крестообразного шар¬
нира 9, а также текстолитовым держателем 11.
Гайка 2 служит для перемещения измерительного стержня при
настройке датчика по шкале микрометра, закрепляемого в отвер¬
стии диаметром 8 мм; наконечник микрометра упирается в верх¬
ний торец измерительного стержня 4.
Пневмоэлектроконтактными датчиками называются устройства,
в которых изменение давления воздуха, вызванное изменением
размеров контролируемых деталей, приводит к замыканию или
размыканию электрических контактов. Датчики подразделяются
на следующие основные типы: мембранные одно- и двухконтакт¬
ные; сильфонные двухконтактные с плавающим контактом; силь-
фонные многоконтактные.
К общим характеристикам датчиков относятся рабочее давле¬
ние подводимого воздуха и время срабатывания. Уменьшить влия¬
ние нестабильности давления подводимого воздуха на точность сра¬
батывания мембранных и сильфонных датчиков позволяет диффе¬
ренциальный метод измерения. Этот метод измерения раскрыва¬
ется на примере датчиков сильфонного типа как наиболее рас¬
пространенных. Схема дифференциального пневмоэлектроконтакт-
ного сильфонного датчика представлена на рис. 4.64.
Воздух под давлением р попадает в камеру 4 и следует из нее по
двум направлениям через дросселирующие сопла 3 и 5. Воздух,
прошедший сопло 3, заполняет камеру 10 сильфона и выходит в
атмосферу через регулируемый зазор между соплом 2 и винтом 1.
Воздух, прошедший сопло 5, за¬
полняет камеру 8 и выходит в
атмосферу через сопло б, распо¬
ложенное над контролируемой
деталью 7 с зазором S. Давление
воздуха в камере 8 сильфона за¬
висит от величины зазора S, т. е.
от размера контролируемой де¬
тали. При уменьшении зазора S
давление в камере 8 будет уве¬
личиваться, и после того, как
превысит давление в камере 10,
сильфон сместится влево, повер¬
нет рычаг 9 и замкнет контакт
А",. При увеличении зазора Sзамк¬
нется контакт К2.
Дифференциальный метод
измерения состоит в том, что
чувствительный элемент датчи¬
ка (сильфон) воспринимает раз¬
ность давлений воздуха в двух его
Рис. 4.64. Принципиальная схема
дифференциального пневмоэлек-
троконтактного сильфонного дат¬
чика:
1 — винт; 2, 3, 5, 6 — сопла; 4, 8,
10 — камеры; 7 — деталь; 9 — ры¬
чаг; S — зазор; Кь К2 — контакты
170

Рис. 4.65. Сильфонный двухконтакт¬
ный датчик с плавающим контак¬
том:
1 — сопло; 2, 4, 7, 13, 15 — винты; 3,
14 — электроконтакты; 5, 8 — сильфо-
ны; 6 — плавающий контакт; 9 — план¬
ка; 10, 11 — рычаги; 12 — стрелка
камерах, в которые воздух по¬
ступает от одного и того же ис¬
точника. Колебание давления
подводимого воздуха не будет
влиять на результат измерения.
На рис. 4.65 приведена схема
сильфонного двухконтактного
датчика с плавающим контак¬
том. Сжатый воздух под давле¬
нием р = 0,05...0,2 МПа, прой¬
дя сменные входные сопла 1, за¬
полняет рабочие полости силь¬
фонов 5 и 8, которые соедине¬
ны между собой планкой 9, под¬
вешенной на плоских пружинах
к корпусу. В зависимости от раз¬
мера контролируемой детали
меняется давление воздуха в
сильфоне 8, вследствие чего
смещается планка 9, ас ней по¬
ворачивается рычаг 10, несущий
электроконтакты 3 и 14, а так¬
же рычаг 11, связанный со
стрелкой 12 отсчетного устрой¬
ства. Винт 2 служит для регулирования давления в сильфоне 5.
Неподвижные электроконтакты 14 — регулируемые. Плавающий
контакт 6 используется для контроля отклонений поверхностей
деталей от правильной геометрической формы за цикл измере¬
ния. Для настройки плавающего контакта служит винт 7. Посред¬
ством винтов 2, 7 и 15 датчик устанавливают на предельные раз¬
меры. Винты 4 и 13 ограничивают перемещения сильфонов.
Индуктивные датчики позволяют измерять непрерывно меняю¬
щиеся размеры. Это необходимо при контроле деталей в процессе
обработки, измерении шероховатости поверхности, контроле зуб¬
чатых колес и в других случаях. Принцип действия датчика состо¬
ит в том, что при изменении контролируемого размера непре¬
рывно меняется его индуктивность. В этом случае измерительный
стержень смещается относительно катушек датчика, а следова¬
тельно, смещается и якорь. В результате изменения взаимного рас¬
положения якоря и катушки меняется сопротивление магнитной
цепи датчика, а следовательно, и его индуктивность.
Наиболее часто применяют дифференциальные датчики, имею¬
щие две катушки, между которыми помещен якорь. При смеще¬
нии якоря из нейтрального положения индуктивность одной ка¬
тушки возрастает, а другой — на ту же величину убывает. Это
позволяет увеличить чувствительность датчика вдвое по сравне-
171

Рис. 4.66. Индуктивный датчик:
1 — корпус; 2 — индуктивные катушки;
3 — шток; 4 — якорь
нию с датчиками, имеющими одну ка¬
тушку. Помимо этого, в дифференци¬
альных датчиках значительно уменьша¬
ется влияние нестабильности питающего
напряжения на точность его работы. Для
включения датчиков наиболее часто ис¬
пользуют неуравновешенную мостовую
схему и схему самобалансирующегося
моста.
В основном индуктивные датчики
являются безрычажными, т. е. не содер¬
жат увеличивающих механизмов. Это
объясняется тем, что чувствительность
индуктивных датчиков в большей сте¬
пени зависит от выбранной электричес¬
кой схемы, частоты питающего тока и
в меньшей — от увеличивающего меха¬
низма. Основными узлами безрычажно-
го индуктивного датчика являются кор¬
пус 1 (рис. 4.66), индуктивные катушки 2, измерительный шток 3
с укрепленным на нем одним или двумя якорями 4.
Виброконтактные датчики предназначены для контроля дета¬
лей в процессе обработки.
В цилиндрическом корпусе 1 датчика установлены две катуш¬
ки 5 и 7 (рис. 4.67). Измерительный рычаг 2, подвешенный к
корпусу с помощью плоской пружины 3, имеет два якоря 4 и 6.
Якорь 4 катушки 5 приводит измерительный рычаг в колебательное
движение с частотой 100 Гц. Якорь 6
катушки 7 при смещении проходит
между двумя полюсами 8 и 9 сильного
постоянного магнита 10. Колебание яко¬
ря 6 перед полюсами магнита приво¬
дит к его перемагничиванию, в резуль¬
тате чего в катушке 7 наводится ЭДС,
Рис. 4.67. Схема виброконтактного датчика:
1 — корпус; 2 — измерительный рычаг; 3 — пру¬
жина; 4, 6 — якори; 5, 7 — катушки; 8, 9 —
полюсы постоянного магнита 10
172

пропорциональная скорости изме¬
нения магнитного потока в якоре.
При колебаниях якоря наведен¬
ная в катушке ЭДС имеет макси¬
мальную амплитуду. При ограниче¬
нии перемещения колеблющегося
измерительного рычага контроли¬
руемой деталью амплитуда ЭДС бу¬
дет уменьшаться. Регулировка дат¬
чика позволяет получить линейную
зависимость между изменением раз¬
мера контролируемой детали и ам¬
плитудным значением ЭДС. Датчик
настраивают таким образом, чтобы при наибольшем отклонении
размера детали амплитуда колебаний наконечника составляла при¬
мерно 20 % от амплитуды его колебаний при номинальном разме¬
ре измеряемой детали.
Фотоэлектрические датчики используются для бесконтактных
и контактных измерений. Например, в бесконтактных преобразо¬
вателях прямого действия (рис. 4.68) измеряемая деталь распола¬
гается между осветителем и фотоприемником; для повышения
точности измерения ее помещают в фильере 3. Оптическая систе¬
ма датчика состоит из источника света 7, конденсора 2 и объек¬
тива 4. При измерении размера детали 6 изменяется интенсив¬
ность потока, падающего на фотоприемник 5, что приводит к
изменению фотопотока, фиксируемого исполнительным устрой¬
ством. Для уменьшения влияния помех применяются дифферен¬
циальные схемы включения фотоприемников.
Контрольные вопросы
1.	Что понимается под управлением металлорежущим станком?
2.	Расскажите об управлении станками от программируемого контрол¬
лера. Приведите примеры.
3.	Расскажите об управлении станком от системы ЧПУ. Какие виды
УЧПУ применяются в промышленности?
4.	Расскажите о средствах ручного управления металлорежущим стан¬
ком. Приведите пример.
5.	Для чего служит пульт управления в металлорежущем станке (авто¬
матической линии)?
6.	Что понимается под термином «автоматическое» управление станком?
7.	Какие вы знаете системы управления станками? Назовите области
применения систем управления каждого вида.
8.	Расскажите о работе системы управления станком с распредели¬
тельным валом. Приведите пример.
9.	Расскажите о работе копировальных систем управления станками.
Приведите пример.
Рис. 4.68. Схема фотоэлектриче¬
ского датчика:
1 — источник света; 2 — конден¬
сор; 3 — фильера; 4 — объектив;
5 — фотоприемник; 6 — измеряе¬
мая деталь
173

10.	Расскажите о работе системы циклового программного управле¬
ния станками. Приведите пример.
11.	Что такое следящие системы? Для чего применяются следящие
системы в станках? Приведите пример.
12.	Что такое обратная связь в следящей системе?
13.	Что такое адаптивная система? Приведите пример.
14.	Расскажите об адаптивных системах управления точностью обра¬
ботки и режимами резания.
15.	Что такое микропроцессорное устройство систем ЧПУ? Приведи¬
те пример.
16.	Расскажите о запоминающих устройствах, применяемых в УЧПУ.
17.	Что такое ЭВМ? Для чего они используются и как классифициру¬
ются?
18.	Расскажите о структуре ЭВМ.
19.	МикроЭВМ и ее конструктивные элементы. Чем микроЭВМ отли¬
чается от мини-ЭВМ?
20.	Что такое программируемый контроллер? Для чего он использует¬
ся и какая существует классификация ПК?
21.	Расскажите, из каких элементов состоит ПК.
22.	Какие преимущества имеет ПК перед релейными устройствами
управления?
23.	Что такое автоматическое регулирование? Расскажите о класси¬
фикации систем автоматического регулирования и о характерных при¬
знаках, принятых за ее основу.
24.	Как соединяются динамические звенья для образования систем
автоматического регулирования?
25.	Расскажите о переходных процессах в системах автоматического
регулирования.
26.	Что такое система контроля качества обработки применительно к
выполнению операций на металлорежущих станках?
27.	Нарисуйте принципиальную схему работы прибора активного кон¬
троля на металлорежущем станке.
28.	Для чего применяется профилограф-профилометр?
29.	В каких случаях применяют системы машинного зрения?
30.	Расскажите о координатно-измерительных машинах (КИМ).
31.	Что такое система автоматического контроля и управления каче¬
ством продукции? Для чего такая система создается?
32.	Как оценить эффективность различных вариантов систем автома¬
тического контроля?
33.	Что такое датчик? Расскажите об основных типах датчиков, при¬
меняемых в станках.

Глава 5
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
5.1.	Общие сведения
Одним из путей, способствующих повышению эффективности
обслуживания и ремонта технологического оборудования, явля¬
ется его своевременное диагностирование.
Техническая диагностика — установление и изучение призна¬
ков, характеризующих наличие дефектов в машинах, устройствах,
узлах и т.п., для предсказания возможных отклонений в режимах
их работы и для разработки методов и средств их обнаружения.
Каждое изделие характеризуется определенными выходными
параметрами — величинами, определяющими показатели каче¬
ства данного изделия. Выходными параметрами технологического
оборудования могут быть: показатели точности позиционирова¬
ния, механические и прочностные характеристики, кинематичес¬
кие и динамические параметры и др. В период эксплуатации тех¬
нологического оборудования оно может находиться в работоспо¬
собном или неработоспособных состояниях.
Работоспособность — это состояние изделия, при котором оно
способно выполнять свои функции, сохраняя значения заданных
параметров в пределах, установленных нормативно-технической
документацией. Таким образом, технологическое оборудование
считается работоспособным, если оно не только «может работать»,
т.е. выполнять необходимые функции, но и имеет при этом вы¬
ходные параметры в допустимых пределах. Любое нарушение ра¬
ботоспособности технологического оборудования называется от¬
казом.
Применительно к задачам технической диагностики отказы
классифицируются по следующим признакам:
•	внешнему проявлению — скрытые и явные. Скрытым называ¬
ется отказ, внешние проявления которого могут зависеть от не¬
скольких причин. К явным относятся отказы элементов, которые
можно обнаружить визуально;
•	характеру — функционирования или по параметру. При отка¬
зах функционирования работа станка становится невозможной. При
отказе по параметру размеры обработанной детали выходят за
175

пределы допусков либо время цикла превышает допустимое, од¬
нако работа оборудования может продолжаться;
•	связи между собой — независимые и зависимые. Независи¬
мые отказы происходят по любой причине, кроме действия дру¬
гого отказа. Зависимые (вторичные) отказы вызваны действием
первичного отказа.
Диагностирование позволяет получить объективную информа¬
цию о техническом состоянии каждой единицы оборудования, на
основе которой можно обеспечить оптимальность технического
обслуживания и ремонта. Диагностирование оборудования вклю¬
чает в себя следующие операции (рис. 5.1): сбор информации о
состоянии объекта диагностики (станок, AJI и т.п.); прием ин¬
формации и ее обработка; передача результатов обработанной ин¬
формации; принятие решения о выполнении последующих опе¬
раций или о дальнейшем использовании оборудования на осно¬
вании результатов оценки. Не исключается возможность воздей¬
ствия В[ и В2 на оборудование с целью уточнения диагноза или
управления им в процессе диагностирования, что и определяет
наличие обратных связей. Распределение операций в процессе диа¬
гностирования между техническими средствами и рабочим зависит
от конструкции оборудования и организации его обслуживания.
В процессе эксплуатации оборудования важно не только вы¬
явление исправного или неисправного состояния металлорежу¬
щего станка, но и предсказание (прогнозирование) неисправ¬
ности (предварительного состояния).
Прогнозирование технического состояния металлорежущего стан¬
ка — это определение его будущего состояния на основе анализа
предыстории или оценки состояния в текущий момент. Основной
целью прогнозирования является выявление узлов станка, в ко¬
торых могут возникнуть отказы. Предвидение ожидаемых отказов
в работе оборудования позволяет сократить производственные
потери, связанные с отказами, возникающими неожиданно.
Благодаря техническому диагностированию и прогнозированию
ремонтным и наладочным работам,
выполняемым при эксплуатации
станков, можно придать предупре¬
дительный характер.
Потребность в техническом об¬
служивании и ремонте не опреде-
Рис. 5.1. Схема процесса диагно- ляется только СР°™М работы того
стирования*	или иного станка. Каждому перио-
^	^	‘	г» ДУ времени соответствует не одно,
С — станок; И — информация; Р — J ^	J
результат обработки информации; а множество различных СОСТОЯНИИ.
пи — прием информации; ПР — Поэтому задача диагностирования
принятие решения; в,, в2 — воз- снять эту неопределенность и выя-
действие на станок	вихь из множества СОСТОЯНИЙ ТО
176

5.
(	Si		Si
'	TJlJTTLTLr^
б
Si	s2	s3
I	HJTJTJliWSAAA*-^)
в
S\	s3	s2
,	*	w	*	w	K
•	улллллгишяг-эд
г
Рис. 5.2. Изменение технического состояния металлорежущего оборудо¬
вания в процессе эксплуатации:
а — состояние S\ исправной работы; б — состояние S\ переходит в состояние S2
неисправной работы; в — состояние переходит в состояние S2i которое затем
переходит в состояние S3 — простой из-за отказа; г — состояние S\ переходит
в состояние 53, которое после ремонтных воздействий переходит в состояние S2;
t — время
единственное, в котором на самом деле находится станок. На рис. 5.2
показаны возможные варианты изменения технического состоя¬
ния станка в процессе его эксплуатации. На рис. 5.3 приведена
зависимость диагностического параметра (длительности цикла об¬
работки детали) от фактического состояния станка.
Для получения сведений о диагностическом параметре вы¬
полняют измерения одной или
нескольких величин, характери¬
зующих вибрации, акустические
колебания, постоянные и перемен¬
ные деформации и усилия, произ¬
водительность, режимы резания,
длительность циклов обработки,
проводят дефектоскопию и т.д.
Рис. 5.3. Зависимость диагностическо¬
го параметра т от фактического со¬
стояния S станка:
т | — начальное значение диагностическо¬
го параметра; S{ — S3 — обозначения см. на
рис. 5.2; 1S4 — работоспособное состояние
177

5.2. Классификация методов и средств
диагностирования
Методы диагностирования технического состояния металлоре¬
жущих станков классифицируются следующим образом.
По оснащенности техническими средствами (контрольно-изме¬
рительными приборами и инструментами) методы диагностиро¬
вания подразделяются на выполняемые без технических средств
или с использованием простейших средств для усиления сигнала
(субъективный) и с использованием технических средств (объек¬
тивный). Технические средства могут быть подключаемыми спе¬
циально для диагностирования, автоматически действующими,
встроенными в оборудование или связанными с ним по каналам
связи.
По глубине диагностирования станка методы можно разделить
на общие и поэлементные (углубленные), например для отдель¬
ных узлов.
По объему используемой информации различают методы, обеспе¬
чивающие получение информации о моменте, месте и причине
отказа, и в других случаях — только сведения о месте и причине
отказа.
По видам диагностической информации различают методы, вы¬
являющие сведения о самом процессе, нарушения которого не¬
обходимо определить, или о косвенных показателях, связанных с
прохождением процесса.
По построению процесса диагностирования различают поэлемент¬
ные проверки, групповые проверки и логический анализ симпто¬
мов отказа.
Средства, используемые для технического диагностирования
оборудования, классифицируются по характеру решаемых задач:
•	проверка исправности (полного соответствия оборудования
техническим условиям). Проверка выполняется, например, в пе¬
риод приемки нового оборудования в промышленную эксплуата¬
цию;
•	проверка работоспособности (в состоянии ли оборудование
выполнять рабочий алгоритм функционирования). Эта проверка
менее полная, чем проверка исправности, так как в ходе ее вы¬
полнения могут остаться необнаруженными неисправности, не
препятствующие функционированию станка в нормальных усло¬
виях. Например, для круглошлифовальных станков — это конт¬
роль минимально допустимого значения диаметра шлифовально¬
го круга;
•	проверка правильности функционирования в рабочем цикле.
Например, на станке-автомате перед началом смены проверяется
рабочий цикл и действие наиболее часто работающих, но не всех
блокировок.
178

5.3. Диагностирование металлорежущих станков
Металлорежущее оборудование характеризуется производитель¬
ностью, точностью, виброустойчивостью, уровнем шума и дру¬
гими факторами. Для диагностирования станка используют следу¬
ющие типовые методы: испытание на расход мощности; пробную
обработку заготовки на отдельных режимах; проверку взаиморас¬
положения отдельных узлов станка; проверку кинематических це¬
пей станка с помощью кинематометров; проверку прямолиней¬
ности направляющих с использованием автоколиматоров или ла¬
зерной установки; проверку величины искажения поверхностей
соприкосновения деталей с помощью изотопов и активации по¬
верхностного слоя; проверку величины износа поверхности с по¬
мощью вырезных лунок; акустические испытания; термометрию;
виброметрию; проверку четкости стыков и др.
Рассмотрим методы, характерные для диагностирования тех¬
нического состояния металлообрабатывающего оборудования,
чаще всего применяемые на практике.
Деформацию узлов станка, вызванную неравномерностью на¬
грева отдельных его частей, состояние подшипниковых узлов,
систем смазки, тормозов и муфт сцепления определяют методами
термометрии (измерения температуры обработанных деталей и
узлов станка). Термометрию закрытых механизмов оборудования
выполняют с помощью термопар, а узлов, имеющих наружные
поверхности, — с помощью термоиндикаторных красок, которые
изменяют свой цвет в зависимости от температуры нагрева. Пре¬
имущества термоиндикаторных красок перед другими способами
определения температуры состоят в том, что они не требуют при¬
менения специальной измерительной аппаратуры; действуют в ши¬
роком интервале температур; могут быть использованы для изме¬
рения температур на движущихся деталях.
В процессе эксплуатации металлорежущих станков большин¬
ство деталей (корпусные, червяки, ходовые винты, пиноли, гильзы
и др.) теряют работоспособность в результате изнашивания. Для
измерения износа деталей применяют метод вырезных лунок, при
котором износ определяют по разности глубин лунок до и после
изнашивания. Измерения выполняют с помощью профилографа,
двойного микроскопа, интерференционного микроскопа и др.
Метод поверхностной активации позволяет контролировать
износ деталей в условиях эксплуатации без разборки оборудова¬
ния. На участке изнашивающихся поверхностей трения деталей
путем активации ускоренными заряженными частицами создает¬
ся радиоактивная метка, изотопный состав которой и распреде¬
ление активности по глубине зависят от материала детали, вида и
энергии бомбардирующих частиц. Деталь, прошедшую активацию,
устанавливают в механизм и в процессе эксплуатации непрерыв-
179

Рис. 5.4. Кривые изменения скорости v=f(t) для кривошипно-шатунных
механизмов и некоторых видов поворотных столов с электроприводом:
1 — работа механизма устойчива (эталонная кривая); 2 — дефект направляю¬
щих, повышенный расход мощности привода; 3 — необходимо регулирование
коммутационной аппаратуры для обеспечения плавного торможения; 4 — поте¬
ря мощности привода из-за заклинивания или отсутствия смазки
но или периодически измеряют интенсивность у-излучения меток
с помощью специальной аппаратуры, причем детектор радиоак¬
тивного излучения может быть установлен вне корпуса механизма.
Статистически обработанные данные о снижении активности метки
(за счет ее изнашивания) служат информацией о процессе изна¬
шивания.
Метод распознавания последовательности сигналов использу¬
ют для диагностирования станков-автоматов и любых циклически
действующих технических систем. Метод реализуется наложением
эталонной характеристики на текущую. Разность координат соот¬
ветствующего параметра указывает на отклонение режима работы
механизма от нормы. Характер изменения этой разности во вре¬
мени позволяет определить конкретную причину неисправности
механизма (рис. 5.4). Сравнение фактической характеристики с
эталонной должно осуществляться в реальном масштабе време¬
ни. Этот метод применяется для выявления грубых дефектов уз¬
лов и механизмов и дополняет существующие методы проверки
станков.
На рис. 5.5 представлены эталонная и фактическая осцилло¬
граммы крутящего момента М на распределительном валу при пе¬
ремещении поперечных суппортов и поворотно-фиксирующего
механизма токарного многошпиндельного автомата. Нулевая ли¬
ния осциллограммы крутящего момента проведена через прямые
ее участки, на которых практически отсутствуют нагрузки на при¬
вод, например, при прохождении роликом кривошипа зазора в
пазах мальтийского креста в начале и во второй половине поворо¬
та шпиндельного блока.
Дефекты механизмов, обеспечивающих перемещение попереч¬
ных суппортов, приведены в табл. 5.1.
Использование в качестве диагностического параметра факти¬
ческой длительности цикла в целом или отдельных переходов ра¬
боты станка позволяет определять его техническое состояние, а
180

Рис. 5.5. Эталонная (а) и фактические (б—е) осциллограммы крутящего
момента М на распределительном валу токарного многошпиндельного
автомата:
М0 — момент, соответствующий концу отвода поперечных суппортов при рабо¬
чей скорости вращения распределительного вала; Мх — момент, соответствую¬
щий началу ускоренного отвода поперечных суппортов; М2 — максимальный
момент на участке ускоренного отвода поперечных суппортов; Л/3 — момент,
соответствующий началу расфикции шпиндельного блока; М4 — максимальные
моменты, возникающие в результате удара из-за наличия зазора между роликом
кривошипа и стенками пазов мальтийского креста; М$ — максимальный мо¬
мент, возникающий на участке ускоренного подвода поперечных суппортов и
при фиксации шпиндельного блока; Л/6 — момент, соответствующий началу
работы поперечных суппортов
также повысить фактическую производительность в результате
сокращения внутрицикловых потерь.
Увеличение длительности цикла и отдельных переходов зави¬
сит от состояния соответствующих механизмов (их изнашивания
и разбалтывания соединений, качества выполнения наладочных
и ремонтных работ и др.). На основе логического анализа цикло¬
граммы работы оборудования и взаимосвязи ее с возможными
функциональными отказами устанавливается перечень отказов и
неисправностей оборудования.
181

Таблица 5.1
Карта дефектов работы поперечных суппортов
токарного многошпиндельного автомата
Обозначе¬
ние осцил¬
лограммы
на рис. 5.5
Дефект
Причина дефекта
Способ устранения
б
Нестабильность
включения муфты
ускоренного хода
Нестабильная ра¬
бота механизмов
включения муфты
Отрегулировать
механизм включе¬
ния муфты
в
Нарушен цикл
работы станка на
участке ускоренно¬
го подвода попе¬
речных суппортов
Преждевремен¬
ное переключение
фрикционной муф¬
ты из-за непра¬
вильной наладки
моментов включе¬
ния и выключения
муфты
Отрегулировать
положение кулач¬
ка переключения
муфты
г
Большие силы
трения в попереч¬
ных суппортах и их
кулачковых меха¬
низмах
Не приработаны
поперечные суп¬
порты и их кулач¬
ковые механизмы
Произвести
дополнительную
обкатку станка
д
Отвод попереч¬
ных суппортов при
рабочей скорости
вращения распре¬
делительного вала
происходит рывка¬
ми
Неправильно
отрегулированы
клинья в направ¬
ляющих суппортах
Отрегулировать
зазоры между
салазками и
направляющими
суппортами
е
Удар при уско¬
ренном отводе по¬
перечных суппор¬
тов
Преждевремен¬
ное включение
фрикционной
муфты ускоренного
хода
Отрегулировать
положение кулач¬
ка переключения
муфты ускоренно¬
го хода
Для технического диагностирования применяются специаль¬
ные программы проверок и специальные аппаратные средства,
предусмотренные в конструкции оборудования.
Последние делятся по назначению на две группы: защитно¬
предохранительные и информационные. В качестве защитно-пред-
охранительных используются муфты, реле и другие устройства,
сигнал о срабатывании которых передается на информационное
табло.
Для примера на рис. 5.6 приведена кинематическая схема элек¬
тромеханического силового стола, которым комплектуются агре-
182

Рис. 5.6. Кинематическая схема силового стола:
1 — ходовой винт; 2 — плита; 3 — стол; 4, 5 — электродвигатели; 6 — электро¬
магнитная муфта; 7 — многодисковая муфта
гатные станки и автоматические линии, а на рис. 5.7 — структур¬
ная схема получения диагностических сообщений о состоянии
привода ускоренных перемещений.
Стол 3 (см. рис. 5.6) перемещается по направляющим плиты 2
с помощью ходового винта 1, приводимого во вращение электро¬
двигателем 4 при быстрых ходах и электродвигателем 5 при рабо¬
чей подаче. Электромагнитная муфта 6 служит для разделения
кинематических цепей подач и быстрых ходов. Подпружиненная
многодисковая муфта 7 предназначена для ограничения усилия
подачи при остановке стола на жестком упоре.
Типовые отказы (отсутствие смазки 1 (см. рис. 5.7) на направ¬
ляющих, их загрязнение 2, неправильная регулировка 3 зазора в
направляющих) приводят к перегрузкам элементов кинематичес¬
кой цепи 4 и электродвигателя 5, срабатывает тепловая защита 6
электродвигателя, что предохраняет направляющие от образова¬
ния задиров 7 и элементы кинематической цепи от поломок 8, а
также выход из строя электро¬
двигателя 9. Диагностическая
информация об этих событиях по¬
ступает на информационное таб¬
ло 10 оборудования. На рис. 5.7
сплошными линиями указано
направление развития события
при возникновении перегрузок
во время обработки, пунктирны¬
ми — при срабатывании защит¬
ного устройства (блокировки),
жирной линией — диагностичес¬
кое сообщение.
Рис. 5.7. Структурная схема получе¬
ния диагностической информации
о состоянии привода ускоренных
перемещений силового стола
183

5.4.	Особенности диагностирования режущего
инструмента
Стойкость инструмента относительно невелика, поэтому воп¬
росы его диагностирования актуальны. Разработано большое чис¬
ло систем для контроля изнашивания и поломки инструментов.
Эти системы классифицируются по различным показателям, фак¬
тически определяющим стратегию диагностирования инструмен¬
тов. Так, в зависимости от времени наблюдения за инструментом
системы можно разделить на непрерывно получающие информа¬
цию при обработке и получающие информацию в перерывах про¬
цесса обработки (в этом случае требуется определенное время для
сбора данных о результатах измерений, например после обработ¬
ки некоторого числа заготовок).
Продолжительность наблюдений при первом методе измеряет¬
ся часами, а при втором — секундами. В обоих случаях контроль
обычно проводится на станке, реже — у станка при снятом инст¬
рументе, в особых случаях — в центральной лаборатории. В каче¬
стве датчиков используют динамометрические, оптические, элек¬
трические, виброакустические и другие приборы. Их применение
для прямых методов контроля изнашивания режущего инструмента
в производственных условиях ограничено высокой стоимостью или
недостаточной надежностью. Поэтому контроль состояния инст¬
румента осуществляют с помощью измерительных щупов.
На рис. 5.8, а показана схема прямого контроля состояния инст¬
румента 3 с использованием щупа 4, установленного неподвижно
на задней бабке 5 токарного станка с ЧПУ. Подвод инструмента
к щупу в начале обработки заготовки 2, закрепленной в патро¬
не 1, позволяет оценить размерное изнашивание инструмента за
предыдущую операцию и автоматически ввести коррекцию в УП.
При косвенном контроле состояния инструмента на том же
станке (рис. 5.8, б) щуп 4 устанавливают вместо инструмента на
суппорт 6 станка, а не на заднюю бабку 5. В этом случае при необ¬
ходимости можно обследовать как базовые поверхности станка,
так и саму заготовку.
На рис. 5.8, в приведено устройство для контроля целостности
осевого инструмента на агрегатных станках. У каждого инструмента
установлен датчик, выполненный в виде контактной пружины 7
(щупа) и неподвижного контактного зажима 8, закрепленного на
изолирующем основании 9. Щуп и контактный зажим снабжены
парой контактов. Датчики жестко закреплены на оси 10, которая
после окончания обработки изделия поворачивается, подводя щупы
к вершинам инструментов. Если щупы встречают со стороны ин¬
струментов препятствие, контакты датчиков разрываются, что
свидетельствует о целостности инструментов. Если один из инст¬
рументов поломан, контакты соответствующего датчика не ра-
184

Рис. 5.8. Схемы прямого (а) и косвенного (б) контроля инструментов с
помощью измерительных щупов и устройство для контроля целостности
нескольких осевых инструментов (в):
1 — патрон; 2 — заготовка; 3 — инструмент; 4 — щуп; 5 — задняя бабка; 6 —
суппорт; 7 — пружина; 8 — зажим; 9 — основание; 10 — ось
зомкнутся и исполнительное реле остается во включенном состо¬
янии, диагностическая информация поступит на информацион¬
ное табло и следующий цикл обработки не начнется.
5.5.	Методы диагностирования без применения
специальных технических средств
При отсутствии на станках диагностических устройств место
отказа может быть найдено с использованием рекомендаций тех¬
нической документации или с использованием инженерно-логи-
ческих алгоритмов.
Техническая документация на металлорежущие станки содер¬
жит раздел, посвященный типовым неполадкам, причинам их
возникновения и способам устранения. Эта документация разра¬
батывается проектантом оборудования, и содержащаяся в ней ин¬
формация обычно уточняется в процессе эксплуатации. Перечень
185

отказов (неисправностей), как правило, не является исчерпыва¬
ющим, однако он существенно упрощает диагностирование отка¬
зов в начальный период эксплуатации оборудования.
Если каждая единица оборудования состоит из ряда последо¬
вательно расположенных звеньев с равными и постоянными ве¬
роятностями отказов Р, то вероятное число проверок будет зави¬
сеть от метода поиска неисправностей. Таких методов — четыре.
Метод последовательного поиска неисправностей с одного кон¬
ца ряда г машин. При последовательном поиске неисправностей
вероятное число проверок может достигать г, так как отказавшее
звено может находиться на другом конце ряда, как показано на
рис. 5.9, а. Этот метод применяется при поиске неисправностей в
системах с большим количеством звеньев (например, в электро¬
схемах).
Метод половинного разбиения. При последовательном поиске не¬
исправностей, начиная с точки, которая делит всю совокупность
элементов на две части, вероятное число проверок не может быть
больше г/2 (рис. 5.9, б), так как отказавшее звено может нахо¬
диться только по одну сторону от средней точки. Если при поиске
неисправностей, начиная с середины ряда, каждый раз следую¬
щая проверочная точка будет лежать на середине оставшегося ряда,
то после первого испытания отказ ограничивается г/2 звеньями,
после второго — г/4 звеньями, после TV-го — r/2N звеньями.
На рис. 5.9, б приведен пример использования метода поло¬
винного разбиения при поиске неисправностей для системы с
девятью элементами. Последовательность проверок — Пр\, Пр2,
ПрЪ и Пр4.
Р Р Р Р Р
Входной , г—1 , m . m , Г7~П , П . Выходной
сигнал I II II 1111 I сигнал
а
Входной	Выходной
сигнал	сигнал
Пр4 ПрЪ Пр2	Пр\
б
в
Рис. 5.9. Инженерно-логические алгоритмы диагностирования металло¬
режущих станков по методу последовательного поиска (а), по методу
половинного разбиения (б), по методу «время — вероятность» (в):
Пр\ — Лр4 — последовательность проверок; Р — вероятность отказа
186

Первая проверка Пр\ осуществляется между элементами 5 и 6.
При этом система делится на две подгруппы (элементы 1 — 5 и
6 — 9), и сначала проверяется исправность подгруппы элементов
6—9. Если элементы 6 — 9 исправны, значит неисправен один из
элементов 1 — 5. Элементы 1 — 5 делятся на две подгруппы, и осу¬
ществляется вторая проверка Пр2 в точке между элементами 3 и 4
и т.д. — до определения неисправного элемента. Если в результате
первой проверки Пр1 обнаружено, что один из элементов с 6 по 9
отказал, то последующая проверка осуществляется в точке между
элементами 7 и 8 и т.д. Метод половинного разбиения более опти¬
мален, чем метод последовательного поиска из-за меньшего чис¬
ла проверок, необходимых для выявления любой неисправности.
Однако этот метод в основном применяется в тех случаях, когда
предполагается, что неисправен один элемент и можно использо¬
вать контрольные проверки.
Метод «время —вероятность». При неравной и непостоянной
вероятности отказов звеньев (рис. 5.9, в), известной из опыта экс¬
плуатации данного оборудования, нужно учитывать также время,
необходимое на поиск неисправности для каждого элемента (ну¬
жен демонтаж или достаточно только снять крышку и т.д.). В этом
случае для получения наименьшего времени поиска неисправно¬
стей следует вычислить значения отношений t,/Ph где /,■ — время,
затрачиваемое на просмотр состояния /-го звена; Р, — вероятность
неисправности /-го звена; / = 1, 2, ..., г.
Условно расположив варианты в порядке возрастания дроби,
поиск неисправности целесообразно вести согласно расположе¬
нию членов этой последовательности. Рассмотрим это положение
на примере (табл. 5.2).
Таблица 5.2
Пример диагностирования отказов в гидросистеме станка
Возможные причины
неисправности
Время на
установление
причины
неисправно¬
сти мин
Вероятность
неисправности
элемента P.t
tJP;
Целесо¬
образный
порядок
поиска
неисправ¬
ностей
Насос не подает масло в гидросистему
Неправильное направ¬
ление вращения вала
насоса
50
од
50
4
Недостаточный уро¬
вень масла в гидробаке
1
0,2
5
1
Засор всасывающей
трубы
4
0,2
20
2
187

Окончание табл. 5.2
Возможные причины
неисправности
Время на
установление
причины
неисправно¬
сти мин
Вероятность
неисправности
элемента Pi
t,/p,
Целесо¬
образный
порядок
поиска
неисправ¬
ностей
Подсос воздуха во
всасывающей трубе
10
0,3
33
3
Поломка вала или
ротора насоса
30
0,1
300
5
Чрезмерная вязкость
масла
50
0,1
500
6
Итак, отказ известен — насос не подает масло в гидросистему.
Рабочий (мастер) на основе своего опыта устанавливает возмож¬
ные причины неисправности, затем экспертно оценивает возмож¬
ные затраты времени на установление каждой причины неисправ¬
ности и вероятность ее возникновения. Сумма всех вероятностей
всегда должна быть равна единице. Значения /,/Р,- позволяют при¬
нять наиболее эффективную последовательность поиска неисправ¬
ностей.
Комбинированный метод. Этот метод заключается в последова¬
тельном делении совокупности проверяемых элементов прибли¬
зительно пополам с учетом относительных вероятностей отказов
отдельных звеньев.
5.6.	Создание системы технического диагностирования
на стадии проектирования оборудования
Благодаря развитию вычислительной техники и электроники в
практику конструирования сложных станков как часть разработки
вошла система диагностирования. Используя статистические дан¬
ные о функционировании станков с ЧПУ и автоматических ли¬
ний, конструктор одновременно с проектом станка создает и про¬
ект системы диагностирования (рис. 5.10). Наличие такой системы
(например, в виде таблиц возможных неисправностей и способов
их распознавания) обязательно.
При эксплуатации станка пользователь накапливает статисти¬
ческие данные об отказах и корректирует систему диагностирова¬
ния с их учетом. Одновременно данные об отказах должны попол¬
нять информацию о функционировании подобного оборудования,
имеющуюся у проектанта, и использоваться в дальнейшем при
188

Проектирование станка
Проектант
Статистические
данные
о функциони¬
ровании подобного
оборудования
-
Проект станка
||
Станок
Проект системы
Система
—
технического
-►
технического
диагностирования
!
диагностирования
Эксплуатация анлогичного станка
Пользователь
Статистические
данные
об отказах
Рис. 5.10. Схема создания системы технического диагностирования
металлорежущего оборудования на стадии проектирования
проектировании станков и системы диагностирования. Реализа¬
ция подобного цикла снизит затраты на разработку системы диаг¬
ностирования и повысит ее эффективность.
На рис. 5.11 представлена схема прохождения информации в
системе диагностирования металлорежущего станка. Данные о дей¬
ствительных значениях диагностируемых параметров передаются
в устройство контроля, которое определяет реальное техническое
состояние объекта. Обработанная информация поступает к рабо¬
чему или мастеру для принятия управляющего решения.
В качестве датчиков системы диагностирования используются
как специальные устройства контроля (например, датчики провер¬
ки целостности инструментов или базирования заготовки в приспо¬
соблении и др.), так и элементы системы управления (электри-
Рис. 5.11. Схема прохождения потоков информации в системе диагности¬
рования
189

ческие, гидравлические, пневматические). В зависимости от зада¬
чи, поставленной перед конкретной системой диагностирования,
меняется состав специальных устройств контроля. В самом про¬
стом случае такое устройство представляет собой датчик, сравни¬
вающий действительное значение параметра с заданным. Сравне¬
ние состоит, во-первых, в контроле граничных значений опре¬
деляемых параметров и отслеживании тенденций их изменения,
во-вторых, в контроле процессов, протекающих во времени. В ка¬
честве граничных могут рассматриваться предельно допустимые
значения эксплуатационных показателей (температуры, давления,
пути, продолжительности составляющих цикла и т.п.).
В состав средств контроля входит устройство обработки диаг¬
ностической информации, получающее данные от датчиков сис¬
темы диагностирования и анализирующее их. Для анализа исполь¬
зуют справочный массив данных и алгоритмы оценки техничес¬
кого состояния. Обработанная информация о состоянии оборудо¬
вания позволяет снизить трудоемкость поиска места и причины
отказа (в ряде случаев при раннем обнаружении неисправности —
компенсировать возникшее отклонение параметра с помощью
подналадки станка, работающего совместно с измерительным
прибором) и введения коррекции в систему ЧПУ, дает возмож¬
ность контролировать процесс эксплуатации во времени. Если не¬
обходим ремонт, то подготовительные работы (заказ запасных
частей, планирование работ) целесообразно проводить в нерабо¬
чее время.
Таким образом, система диагностирования металлообрабаты¬
вающего оборудования должна быть комплексной: для ее функ¬
ционирования необходимо информационное, техническое и про¬
граммно-математическое обеспечение.
Контрольные вопросы
1.	Расскажите, что понимается под диагностированием технологиче¬
ского оборудования. Зачем оно проводится?
2.	Как классифицируются методы диагностирования технического со¬
стояния металлорежущих станков?
3.	В чем сущность методов диагностирования металлорежущего станка?
4.	Что такое карта дефектов на примере металлорежущего оборудова¬
ния?
5.	Как проводится диагностирование состояния режущего инстру¬
мента?
6.	Можно ли диагностировать состояние металлорежущего станка без
применения специальных технических средств?
7.	Зачем создается система диагностирования на стадии проектирова¬
ния станочного оборудования?

Глава 6
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТОВ
6.1.	Общие сведения
Термин автоматизация проектирования характеризует любую
проектную деятельность, в рамках которой ЭВМ применяют в
процедурах разработки, анализа или видоизменения проектных
решений. В настоящей главе будут рассмотрены системы автома¬
тизированного проектирования и расчетов (САПР), относящиеся
к изделиям машиностроения.
САПР объединяет технические средства, математическое и про¬
граммное обеспечение, параметры и характеристики которых вы¬
бирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного
проектирования и конструирования. В САПР — человекомашин¬
ной системе — обеспечивается удобство использования программ
за счет применения оперативной связи персонала с ЭВМ, специ¬
альных проблемно-ориентированных языков и информационно¬
справочной базы.
Современные САПР основаны на широком использовании
средств интерактивной машинной графики (ИМГ). Это понятие
охватывает графические системы, ориентированные на потреб¬
ности пользователя и предназначенные для формирования, пре¬
образования и представления информации в наглядной форме или
в виде символов. Пользователем подсистемы ИМГ является разра¬
ботчик, который сообщает машине соответствующие данные и
команды с помощью одного из имеющихся в ее комплекте уст¬
ройств ввода.
Машина взаимодействует с пользователем посредством экрана
электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Разработчик создает нужное ему
изображение на экране ЭЛТ, вводя команды обращения к желае¬
мым стандартным подпрограммам, которые хранятся в памяти
ЭВМ. В большинстве систем изображение на экране конструиру¬
ется из стандартных геометрических элементов — точек, линий,
окружностей и т.п. Сформированное изображение может затем
видоизменяться в соответствии с конкретными командами разра¬
ботчика — увеличиваться, уменьшаться, перемещаться в другое
место экрана, поворачиваться и подвергаться другим преобразо¬
191

ваниям. В процессе выполнения различных манипуляций с изоб¬
ражением формируется требуемая разработка (детали, узлы).
Типичная подсистема ИМГ представляет собой совокупность
аппаратных и программных средств. В состав аппаратных средств
входит центральный процессор, одна или несколько рабочих стан¬
ций (в том числе графические дисплейные терминалы) и набор
внешних устройств (печатающие устройства, графопостроители и
чертежное оборудование). В состав программного обеспечения вхо¬
дят машинные программы обработки графической информации,
а также специальные дополнительные прикладные программы,
предназначенные для реализации конкретных функций проекти¬
рования.
Подсистема ИМГ представляет собой лишь один из компонен¬
тов САПР. Другой важной частью является разработчик, исполь¬
зующий средства ИМГ в качестве инструмента решения конст¬
рукторских задач, усиливающего его творческие возможности. В этом
единстве человека и машины конструктор выполняет ту часть ра¬
боты по проектированию, которая в наибольшей степени соот¬
ветствует его интеллектуальным способностям (концептуальное
представление, независимое мышление). ЭВМ поручаются задачи,
наилучшим образом приспособленные для машинного решения
(требующие высокой скорости вычислений, визуального отображе¬
ния информации и запоминания больших объемов данных). В ре¬
зультате такого гармоничного взаимодействия человека и ЭВМ эф¬
фективность решения задач проектирования оказывается большей,
чем сумма эффектов работы человека и машины в отдельности.
6.2.	Процесс проектирования оборудования
Проектирование — процесс составления описания, необходи¬
мого для создания в заданных условиях еще не существующего
объекта, на основе первичного описания этого объекта и (или)
алгоритма его функционирования. Проектирование включает в себя
комплекс работ по изысканию, исследованию, расчетам и кон¬
струированию, имеющих целью получение такого описания пред¬
мета проектирования, какое необходимо и достаточно для создания
нового изделия или реализации нового процесса, удовлетворяю¬
щего заданным требованиям.
Проектирование любого изделия (станка, приспособления и т.д.)
состоит из шести этапов (рис. 6.1).
Выявление потребностей предполагает установление факта су¬
ществования проблемы, в соответствии с которой необходимо
новое конструкторское решение.
Постановка задачи заключается в детальном описании изде¬
лия, подлежащего проектированию, его физических и функцио-
192

Этапы проектирования
Рис. 6.1. Процедуры автоматизированного проектирования
нальных характеристик, стоимости, качества и рабочих пара¬
метров.
Синтез, анализ и оптимизация проектирования тесно связаны
друг с другом и многократно повторяются в процессе проектиро¬
вания. Итеративный характер этих этапов проявляется в том, что
вначале проектировщик определяет концептуальную основу кон¬
кретного узла создаваемой системы; затем эта концепция подвер¬
гается анализу и усовершенствуется по его результатам; затем сле¬
дует повторное воплощение в проектное решение. Этот цикл по¬
вторяется до тех пор, пока не будет получено решение, опти¬
мальное в понимании разработчика. Спроектированный узел син¬
тезируется в рамках окончательного проектного решения также с
использованием итеративных методов.
Оценка связана с рассмотрением проектных характеристик кон¬
кретного варианта и сопоставлением их с требованиями, опреде¬
ленными на этапе постановки задачи. Для проведения такой оценки
часто бывает необходимо изготовить и испытать опытный обра-
зец-прототип в целях получения реальных рабочих характерис¬
тик, параметров качества, надежности и др.
Представление результатов, заключительная фаза процесса про¬
ектирования, состоит в разработке деталировочных чертежей, спе¬
цификаций, сборочных листов и т.п. Естественно, что для подго¬
товки такой документации необходимо иметь базу данных.
7 Чорм.жо»
193

Традиционно конструкторские чертежи выполняются на чер¬
тежных досках, а принятие проектных решений документируется
в форме деталировочных чертежей, а также общих видов узлов и
станка в целом. Проект систем управления предусматривает под¬
готовку электрических схем, спецификации электронных компо¬
нентов. Традиционный подход состоит в ручной разработке тех¬
нического и рабочего проектов станка или другой машины с пос¬
ледующим анализом проектных решений. Анализ может требовать
сложных инженерных расчетов либо основываться на субъектив¬
ных суждениях о достоинствах конструкции. В результате анализа
выявляется, какие конкретные усовершенствования можно вне¬
сти в проектируемый объект. Процесс проектирования носит ите¬
ративный характер, но не на каждой итерации происходит улуч¬
шение первоначальных проектных решений. Неудобство состоит в
том, что при отсутствии автоматизации каждый цикл анализа за¬
нимает очень много времени и для завершения всего проекта не¬
обходим большой объем трудозатрат.
Разнообразные задачи проектирования, решаемые в современ¬
ных САПР, можно объединить в четыре группы (см. рис. 6.1).
Геометрическое моделирование относится к фазе синтеза, в рам¬
ках которой объект принимает конкретную форму в подсисте¬
ме ИМГ. Инженерный анализ выполняется на четвертом по счету
этапе, связанном с анализом и оптимизацией. Вслед за этим на
пятом этапе осуществляется анализ проектных решений. Для ав¬
томатического изготовления чертежей требуется преобразование
данных о будущем объекте, хранящихся в памяти ЭВМ, в доку¬
ментальную форму. Такое преобразование выполняется на шес¬
том этапе и обеспечивает представление проектных решений в
виде конструкторских чертежей. Рассмотрим задачи САПР более
подробно.
Геометрическое моделирование в рамках САПР связано с полу¬
чением понятного машине математического описания геометри¬
ческих свойств объекта. При наличии такого описания на экране
графического терминала можно воспроизвести образ проектируе¬
мого объекта и манипулировать им посредством различных сигна¬
лов, идущих от центрального процессора САПР. Программные
средства, обеспечивающие геометрическое моделирование, долж¬
ны быть удобны для эффективного использования их как в вы¬
числительном процессе, так и при человекомашинном взаимо¬
действии пользователя-конструктора с системой.
Для проведения геометрического моделирования разработчик
конструирует графическое отображение нужного объекта на эк¬
ране терминала подсистемы ИМГ, вводя в машину команды трех
типов. Команды первого типа обеспечивают формирование базо¬
вых геометрических элементов: точка, линия, окружность. Посред¬
ством команд второго типа осуществляется масштабирование,
194

повороты изображения и прочие преобразования базовых элемен¬
тов. Команды третьего типа производят компоновку целостного
изображения проектируемого объекта из различных элементов.
В ходе геометрического моделирования машина преобразует по¬
ступающие сигналы в компоненты математической модели, запо¬
минает нужную информацию в файлах данных и отображает по¬
лучаемую модель проектируемого объекта в наглядной форме на
экране терминала. Впоследствии эта модель может извлекаться из
машинных файлов в целях проведения обзора, анализа или изме¬
нения.
Возможно несколько методов представления объекта при гео¬
метрическом моделировании. Основной метод — представление
объекта в каркасной форме, когда он отображается совокупнос¬
тью соединительных линий, как показано на рис. 6.2, а. Каркас¬
ное геометрическое моделирование существует в трех видах в за¬
висимости от конкретных возможностей используемой подсисте¬
мы ИМГ: двухмерное (типа 2D) — для плоских объектов; двух с
половиной мерное (типа 2-1/2D), позволяющее воспроизводить
на экране трехмерные объекты, не имеющие деталей с боковыми
стенками; трехмерное (типа 3D), позволяющее моделировать слож¬
ные геометрические объекты в трехмерном отображении.
Однако иногда даже трехмерного каркасного представления
проектируемого объекта оказывается недостаточно для надлежа¬
щего отображения сложных форм. Существуют различные мето¬
ды, расширяющие возможности каркасного моделирования. Воз¬
можно, например, отображение внутренних, невидимых снару¬
жи ребер объекта штриховыми линиями или вообще полное сти¬
рание скрытых линий. На рис. 6.2, б показана та же деталь, что и
на рис. 6.2, а, но без невидимых для наблюдателя линий. В ре¬
зультате изображение стало более наглядным. В одних САПР уда¬
ление скрытых линий происходит автоматически, в других —
пользователь должен сам указы¬
вать линии, подлежащие стира¬
нию. Каркасная модель может
приобрести еще более эстетич¬
ный вид, если воспользоваться
при геометрическом моделиро¬
вании средствами отображения
поверхностей, позволяющими
создать у наблюдателя ощуще¬
ние монолитности представлен¬
ного на экране объекта.
Наиболее совершенный ме¬
тод геометрического моделиро¬
вания — объемное представле¬
ние монолитных тел (рис. 6.3).
Рис. 6.2. Каркасный чертеж детали
(а) и чертеж той же детали с уда¬
ленными скрытыми линиями (б)
195

Рис. 6.3. Монолитная модель де¬
тали сложной формы, отобра¬
женная на экране дисплея под¬
системы ИМГ
Рис. 6.4. Модель, полученная мето¬
дом конечных элементов и исполь¬
зуемая в задачах анализа механи¬
ческих напряжений конструкции
При этом методе проектируемый объект конструируется из моно¬
литных геометрических тел, называемых графическими примити¬
вами.
Еще одна возможность САПР — это цветная графика, что по¬
зволяет сделать изображение на экране дисплея гораздо более
информативным. Цвет позволяет выделять отдельные компоненты
сборочных узлов, подчеркивать объемность и может использоваться
для целого ряда других целей.
При выполнении инженерного анализа проекта конструктор¬
ского назначения требуется разработать процедуру анализа. Она
включает в себя расчеты механических напряжений и усилий,
тепловых процессов и основывается на решении дифференциаль¬
ных уравнений, описывающих динамическое поведение проекти¬
руемого объекта. Процедуры анализа могут быть автоматизирова¬
ны за счет использования ЭВМ. Для этого удается использовать
универсальные программы инженерного анализа. Готовые к не¬
посредственному применению средства САПР могут предусмат¬
риваться в составе системного программного обеспечения либо
могут включаться в процессе эксплуатации в состав библиотек
программ и вызываться для использования в каждом конкретном
случае.
В качестве примера рассмотрим два типа программных средств:
для решения задач анализа свойств и масс и для анализа методом
конечных элементов.
Задачи анализа свойств и масс получили в рамках САПР наи¬
большее распространение. Программные средства для решения этих
196

задач позволяют исследовать такие свойства монолитных объек¬
тов, как площадь поверхности, масса, объем, центр тяжести и
момент инерции.
Наиболее мощный инструмент анализа, имеющийся в САПР, —
метод конечных элементов, в соответствии с которым объект раз¬
бивается на большое число элементов конечных размеров (обыч¬
но прямоугольников или треугольников), образующих сеть узлов
концентрации напряжений. Используя вычислительные возмож¬
ности ЭВМ, можно проанализировать свойства целостного объекта
в аспекте возникающих механических усилий, передачи тепла и
других характеристик, исследуя поведение каждого элемента. Оцен¬
ка поведения целостного объекта производится на основе опреде¬
ления взаимосвязанного поведения всех его узлов.
В САПР возможно автоматическое выделение узлов и получе¬
ние сетевой структуры объекта. Пользователь при этом должен
задать исходные параметры модели на основе метода конечных
элементов, и система самостоятельно произведет все нужные вы¬
числения.
Результат анализа по методу конечных элементов отображается
в графической форме на экране дисплея и легко воспринимается
пользователем благодаря наглядности. Так, при исследовании вли¬
яния развиваемых в объекте механических усилий конечный ре¬
зультат отображен на экране в деформированном виде и совме¬
щен с изображением того же ненагруженного объекта (рис. 6.4).
При этом объект до и после деформации может воспроизводиться
разным цветом. Если полученные результаты анализа свидетель¬
ствуют о нежелательных свойствах поведения проектируемого объек¬
та, конструктор имеет возможность изменить его форму и повто¬
рить анализ методом конечных элементов для новой конструкции.
Анализ проектных решений — третья задача проектирования.
Точность проектирования проверяют с использованием графичес¬
кого терминала. Стандартные программы определения размеров и
допусков, привязывающие размерные характеристики к указыва¬
емым пользователем поверхностям, позволяют сократить число
ошибок в определении размеров. При этом конструктор может
получить изображения интересующих его деталей крупным пла¬
ном и увеличивать соответствующие изображения для проведения
более тщательного анализа.
В процессе обзора решений конструктор использует процеду¬
ру, называемую разбиением на слои. В этой процедуре возможно
наложение геометрических контуров детали после механической
обработки на изображение заготовки. Такая операция гарантиру¬
ет, что размеры заготовки удовлетворяют требованиям к размер¬
ным характеристикам детали после обработки. Указанная процедура
может применяться поэтапно в целях контроля каждого техноло¬
гического перехода изготовления детали.
197

Еще одна процедура, реализуемая в анализе проектных реше¬
ний, состоит в проверке взаимных наложений элементов конст¬
рукции: трубопроводов, электрики, гидравлики, пневматики и др.
Оценка проектных решений в некоторых САПР — это созда¬
ние кинематических моделей. Стандартные пакеты кинематики
обеспечивают возможность динамического воспроизведения дви¬
жения проектируемых механизмов (шарниров, сочлененных зве¬
ньев и др.). Эти средства анализа расширяют возможность наблюде¬
ния за работой нужного механизма, гарантируют отсутствие столк¬
новений с другими объектами.
Автоматическое изготовление чертежей предполагает выпол¬
нение на бумаге конструкторских чертежей на основе информа¬
ции, хранящейся в базе данных САПР. Это позволяет поднять
производительность САПР на указанной операции по сравнению
с чертежником примерно в пять раз.
Ряд функциональных возможностей ИМГ наилучшим образом
проявляется в процедурах изготовления чертежей: автоматичес¬
кое определение размеров, штриховка нужных областей, масшта¬
бирование, а также построение разрезов и увеличение изображе¬
ния конкретных элементов конструкции. Важную роль в черчении
с использованием ЭВМ играет возможность вращения деталей или
выполнения иных преобразований изображений (например, для
получения косоугольных проекций, построения изометрии или
перспективы), как показано на рис. 6.5.
В большинстве САПР предусматривается возможность фор¬
мирования шести проекций детали. Конструкторские чертежи
приводят в соответствие с принятой системой стандартов путем
воплощения требований этих стандартов в конкретные машин¬
ные программы САПР. На рис. 6.6 показан чертеж детали в четы¬
рех проекциях, выполненный автоматически с применением
САПР. Дополнительную информацию дает изометрическая про¬
екция в сравнении с тремя прямоугольными проекциями, обес¬
печивая пользователю более глубокое понимание конфигурации
объекта.
В дополнение к четырем функциям САПР следует отметить еще
одну: ее база данных может использоваться для разработки систе¬
мы классификации и кодирования деталей. Смысл этой системы
состоит в том, что подобные детали группируются в классы, и
свойство их подобия отображается в схеме кодирования. Конст¬
рукторы могут использовать систему классификации и кодирова-
Рис. 6.5. Три вида каркасного
изображения объекта:
а — косоугольное; б — изометричес¬
кое; в — перспективное
а
б
в
198

Рис. 6.6. Конструкторский чертеж в четырех проекциях, выполненный
автоматически с применением САПР
ния для отыскания уже существующих конструкций деталей и не
проектировать их каждый раз заново. Проектируемые объекты могут
быть декомпозированы на отдельные аспекты для их рассмотре¬
ния. Решение задач, связанных с преобразованием или получени¬
ем описаний, относящихся к этим аспектам, называют соответ¬
ственно функциональным, конструкторским и технологическим
проектированием.
Функциональный аспект связан с отображением основных
принципов функционирования, характера физических и инфор¬
мационных процессов, протекающих в объекте, и находит выра¬
жение в принципиальных, функциональных, структурных, ки¬
нематических схемах и сопровождающих их документах.
Конструкторский аспект связан с реализацией результатов функ¬
ционального проектирования, т. е. с определением геометрических
форм объектов и их взаимным расположением в пространстве.
Технологический аспект относится к реализации результатов
конструкторского проектирования, т.е. связан с описанием мето¬
дов и средств изготовления объектов.
199

6.3.	Формирование производственной базы данных
Существенный эффект от внедрения САПР — возможность со¬
здания баз данных, необходимых для последующего изготовления
проектируемых деталей и изделий. В традиционном производствен¬
ном цикле конструкторские чертежи изготовлялись конструкто-
ром-чертежником, а затем использовались инженерами-производ-
ственниками при разработке технологии изготовления и черте¬
жей для рабочих. Таким образом, проектирование изделия отде¬
лялось от функций планирования производства, т. е. существовало
два разных этапа. Такой подход связан с большими затратами вре¬
мени и дублированием усилий конструкторов и производствен¬
ников.
Средства
интерактивной
графики
САПР
Геометрическое
моделирование
Инженерный
анализ
Обзор и оценка
проектных
решений
Автоматическое
изготовление
чертежей
База
данных
АПП
Проектирование
инструмента
и оснастки
Подготовка
программ для
станков с ЧПУ
Автоматизирован¬
ное планирование
технологического
процесса
Объемное и
календарное
планирование
производства
ычымх
Производство
Рис. 6.7. Взаимосвязи интегрированной базы данных САПР/АПП
с процессами проектирования и производства
200

Совсем иначе обстоит дело в интегрированной системе авто¬
матизации проектирования и автоматизации производственных
процессов (САПР/АПП), где устанавливается прямая связь меж¬
ду процессами проектирования и изготовления изделий. В такой
системе ставится задача автоматизировать не только определен¬
ные этапы обоих процессов, но и выполнение перехода от кон¬
струирования изделия к разработке технологии и к изготовле¬
нию. В автоматизированных системах на этапе проектирования
создается основная доля информации и документации, необхо¬
димых для планирования производственного процесса и управле¬
ния технологическими операциями изготовления спроектирован¬
ных изделий.
Производственная база данных — единая для САПР/АПП —
содержит всю информацию об изделии, сформированную в про¬
цессе его проектирования (геометрические размеры, ведомости
материалов и деталей, спецификации материалов и др.), а также
некоторые дополнительные сведения, необходимые для произ¬
водства и получаемые на основе проектных данных. На рис. 6.7
показана структура связей базы данных САПР/АПП с процесса¬
ми проектирования и производства в типичной производствен¬
ной системе (цехе, заводе).
Пример 1. Рассмотрим применение САПР/АПП в процессе про¬
изводства изделий из заготовок. На рис. 6.8 показана деталь из ли¬
стового материала. Трудность изготовления подобных деталей свя¬
зана, в частности, с обеспечением точности раскроя листа метал¬
ла на заготовки требуемых размеров и формы. Дело здесь не толь¬
ко в сложности геометрических форм, но и в том, что исходная
заготовка должна иметь некоторый припуск на обработку (сгиба¬
ние). В составе САПР/АПП имеются специальные программные
средства, предназначенные для выполнения необходимых вычис¬
лений при определении размеров выкройки заготовки.
6.4.	Примеры применения САПР/АПП
а
Рис. 6.8. Чертеж готовой детали (а) и ее за¬
готовки из листового материала (б)
б
201

Рис. 6.9. Чертеж заготовки, подлежащей механической
обработке на станке с ЧПУ
Пример 2. На рис. 6.9 изображен чертеж заготов¬
ки, подлежащей обработке методом обтачивания на
токарном станке с ЧПУ. Форма заготовки — диск.
Деталь изготовляется путем проточек, обозначен¬
ных на рисунке рядом горизонтальных линий. Сред¬
ства САПР/АПП используются программистом для
программирования процесса изготовления деталей
на станках с ЧПУ. В некоторых случаях такое про¬
граммирование может выполняться автоматически
при минимальном участии пользователя.
Пример 3. Комплекс САПР для проектирования
приводных устройств (например, редукторов)
включает в себя следующие подсистемы: чертежно-графический
редактор; модуль трехмерного твердотельного моделирования;
модуль технологической подготовки производства; набор приклад¬
ных библиотек и электронных справочников; систему электрон¬
ного архивирования.
Проектирование любого редуктора (например, редуктора кон¬
вейера) начинается с выбора кинематической схемы в соответ¬
ствии с его назначением. Для проектирования схемы в составе
чертежно-графического редактора САПР есть прикладная библио¬
тека «Элементы кинематических схем», используя которую, мож¬
но скомпоновать будущий механизм, определить необходимое
количество звеньев привода, проанализировать возможные вари¬
анты расстановки шестерен и осей. Такая библиотека содержит
около 200 условных обозначений различных передач, муфт, меха¬
низмов, пружин, кулачков и иных элементов, без которых не об¬
ходится ни один редуктор.
Когда схема спроектирована, проводят динамический расчет
привода и подбирают источник движения (например, электродви¬
гатель). Для этого используют «Библиотеку электродвигателей». Эта
библиотека содержит сведения о более чем 170 марках и типораз¬
мерах асинхронных трехфазных двигателей общего назначения,
более чем 190 марках и типоразмерах асинхронных трехфазных
взрывозащищенных двигателей и т.д. В библиотеке приведены не
только технические параметры двигателей, но и данные об ис¬
полнениях по монтажу, по климатическому исполнению, режи¬
мам работы, а также сведения о разработчиках и изготовителях.
После подбора необходимого двигателя конструктор может
легко перенести его изображение на чертеж в нужном виде и мас¬
штабе, а также автоматически заполнить соответствующую стро¬
ку в спецификации покупных изделий.
202

Расчет и подбор соответствующих передач редуктора — один
из наиболее важных этапов проектирования привода.
Подбор редуктора ведется по бумажным или электронным ка¬
талогам. Подобрать для привода готовый редуктор — оптимальное
решение при проектировании, однако не всегда возможное. В не¬
которых случаях приходится проектировать и изготовлять специ¬
альные детали. Для этого используют набор специализированных
модулей по расчету механических передач и быстрому проектиро¬
ванию деталей типа тел вращения и различных шестерен. При этом
можно не только рассчитать элементы механических передач (ци¬
линдрические и конические зубчатые колеса, червячные, ремен¬
ные и цепные передачи), но и получить рабочие чертежи и таб¬
лицы параметров деталей для контроля. Можно также автомати¬
чески получить трехмерную модель зубчатого колеса для исполь¬
зования ее при моделировании объемной сборки. После расчета
геометрических параметров валов и шестерен можно произвести
прочностный расчет деталей по контактным и усталостным на¬
пряжениям.
Специальный расчетный модуль САПР предназначен для проекти¬
рования пружин. При его использовании конструктор в 15 —20 раз
ускоряет процесс получения рабочих чертежей пружины. Система
сама создаст нужный бланк, нарисует изображение и диаграммы,
заполнит технические требования.
Ни одно техническое устройство не обходится без крепежа.
Вычерчивать каждую крепежную деталь утомительно и нерацио¬
нально. В составе системы есть специальная «Конструкторская би¬
блиотека», содержащая изображения крепежных и иных стандар¬
тизованных изделий (болтов, винтов, шайб, гаек, колец, штиф¬
тов, осей, подшипников и т.д.). Эти элементы не просто рисуют¬
ся на чертеже, но и заносятся в раздел «Стандартные изделия»
спецификации. При редактировании информация в специфика¬
ции обновляется автоматически.
Совершенствование аппаратных средств (увеличение произво¬
дительности компьютеров, повышение объема оперативной па¬
мяти), а также создание пакетов программ позволяют перейти от
плоского проектирования к трехмерному. Модуль трехмерного
(твердотельного) моделирования позволяет проектировать изде¬
лия средней сложности — редукторы, специальные муфты, изме¬
рительные приборы и др.
Интерфейс программы построен таким образом, что проекти¬
рование ведется методами, очень близкими к методам физичес¬
кого изготовления деталей или сборочных единиц. При этом кон¬
структор не превращается в программиста или математика, опи¬
сывая процессы получения отверстий, пазов, буртиков или бобы¬
шек — он может оперировать естественными для него приемами
добавления или удаления материала, накладывать ограничения на
203

взаимное расположение отдельных деталей. Конструктор может
также проверить, не происходит ли нежелательных соударений
перемещаемых деталей при сборке. Задавая для деталей конкрет¬
ный материал, можно автоматически рассчитать массу изделия,
получить массоцентровочные характеристики, измерить площади
поверхностей для расчета потребностей в лакокрасочных матери¬
алах или гальванических покрытиях.
При создании трехмерных моделей, задавая соотношения между
отдельными параметрами (например, между диаметром вала и
посадочным диаметром втулки или подшипника), можно спроек¬
тировать не одно изделие, а размерный ряд одинаковых конст¬
рукций. Метод параметрического проектирования особенно удо¬
бен при разработке изделий, отличающихся друг от друга только
габаритами (ряды муфт или серии асинхронных трехфазных элек¬
тродвигателей). Благодаря трехмерному моделированию повыша¬
ется общий уровень проектирования и решаются задачи, которые
ранее были недоступны в рамках плоского черчения или крайне
сложны для решения — получение сложных поверхностей, плот¬
ной компоновки отдельных элементов, создание условий для проч¬
ностных расчетов методами конечно-элементного анализа и мно¬
гие другие.
В результате получена трехмерная модель редуктора, полнос¬
тью связанная со сборочным чертежом. Все изменения, которые
вносятся в модель редуктора, тут же отображаются на плоском
чертеже. Автоматически получают все возможные виды, разрезы,
сечения. Выносные элементы теперь можно получить также авто¬
матически, прямо на чертеже.
При вычерчивании корпусных деталей широко используется
«Справочник материалов», в который включены марки, физико¬
механические свойства черных и цветных металлов, сплавов и
неметаллических материалов, а также соответствующие ГОСТы.
В этом справочнике приведены виды, типоразмеры и сортамент
различных материалов, лакокрасочных покрытий, металлических
и неметаллических покрытий, масел и смазок. Справочник содер¬
жит также данные о физических свойствах покрытий и смазочных
материалов, об условиях эксплуатации и другие сведения.
Разработка моделей и чертежей проводится для изготовления
изделий на производстве. Технологу помогает специальная про¬
грамма. В составе САПР существует большой модуль технологи¬
ческой подготовки производства, который помогает проектиро¬
вать маршрутно-операционные технологии механообработки,
штамповки, сборки, сварки, литья, термообработки, гальвано¬
обработки и нанесения покрытий. Результат работы этого модуля —
комплекс технологической документации. Система позволяет сфор¬
мировать около 60 вариантов технологических карт в строгом со¬
ответствии с ЕСТПП. В помощь технологам и другим специалис¬
204

там служб подготовки производства предлагается несколько спе¬
циальных модулей: для разработки штампов и пресс-форм, для
разработки инструмента, библиотека станочных приспособлений
и некоторые другие.
6.5.	Эффективность автоматизации проектирования
Автоматизация проектирования обеспечивает ряд преимуществ
и выгод, не всегда поддающихся количественной оценке. Эффек¬
тивность САПР достигается в том числе и за счет неявных факто¬
ров: улучшения качества работы, получения более содержатель¬
ной и полезной информации, совершенствования процесса уп¬
равления. Некоторые другие выгоды сами по себе поддаются ко¬
личественному выражению, однако их результат проявляется на
более поздних стадиях производственного процесса, например при
эксплуатации.
Ряд статей экономического эффекта от внедрения САПР/АПП
поддаются количественной оценке. К их числу относятся: повы¬
шение производительности труда конструкторов и, следователь¬
но, уменьшение требуемого числа конструкторов, сокращение дли¬
тельности циклов производства, сокращение времени на внесе¬
ние изменений в конструкцию изделия, сокращение времени при
ответе на запросы, минимизация числа ошибок по сравнению с
ручным оформлением документов, сокращение количества оши¬
бок при проектировании, сокращение времени на анализ взаимо¬
действий различных компонентов сложных изделий, повышение
качества анализа функционирования проектируемых изделий и
сокращение на этой основе объемов испытаний опытных образ¬
цов, сокращение времени на подготовку технической документа¬
ции (в частности, за счет стандартизации проектных решений),
повышение производительности процесса проектирования инст¬
румента и оснастки для производства изделий, получение деталь¬
ной информации о производственных затратах, сокращение дли¬
тельности периода обучения персонала рутинным операциям чер¬
чения и подготовки программ для станков с ЧПУ, уменьшение
числа ошибок при программировании процесса изготовления де¬
талей на станках с ЧПУ, обеспечение возможности более широ¬
кого применения уже имеющихся конструкций деталей, инстру¬
мента и оснастки, обеспечение соответствия проектируемых из¬
делий имеющимся производственным возможностям, экономия
материалов и затрат станочного времени за счет использования
оптимальных алгоритмов, оперативное получение информации о
состоянии незавершенного производства, эффективное управле¬
ние взаимодействием конструкторов в процессе проектирования,
облегчение задач технического контроля сложных изделий.
205

Контрольные вопросы
1.	Что такое САПР?
2.	Каковы особенности процесса проектирования оборудования в ус¬
ловиях САПР? Какие функции выполняет САПР?
3.	Расскажите о геометрическом моделировании в рамках САПР.
4.	Зачем выполняют обзор и оценку проектных решений, получаемых
в рамках САПР?
5.	В чем заключается автоматическое изготовление чертежей?
6.	Что такое производственная база данных и как она формируется?
7.	Расскажите о комплексе САПР и методике работы с ней на приме¬
ре проектирования редуктора.

Глава 7
МАШИНЫ-АВТОМАТЫ
7.1.	Структурная схема станка-автомата
Рабочая машина, выполняющая с помощью энергии неживой
природы заданный алгоритм функционирования при участии
людей в загрузке и выгрузке или установке и съеме объектов об¬
работки и в периодическом включении машины, называется ма¬
шиной-полуавтоматом.
Металлорежущий станок, который автоматически, без учас¬
тия рабочего, выполняет весь цикл движений инструмента: под¬
вод к заготовке, врезание, рабочую подачу на заданную длину,
отвод инструмента и остановку станка, представляет собой рабо¬
чую машину-полуавтомат. Такой металлорежущий станок будем
называть просто полуавтоматом.
Станок, выполняющий технологический процесс без участия
человека, производя все рабочие и вспомогательные ходы рабо¬
чего цикла, называется автоматом. Человек осуществляет только
контроль и наладку. Конструктивный признак автомата — нали¬
чие полного комплекта целевых механизмов рабочих и вспомога¬
тельных ходов, осуществляющих все движения рабочего цикла, и
системы управления, координирующей их работу.
Рабочий цикл машины — это интервал времени, через который
повторяется одна и та же операция; он состоит из времени рабо¬
чих и вспомогательных ходов.
Рабочими ходами исполнительных механизмов машины назы¬
вают движения, благодаря которым производится непосредствен¬
ное технологическое воздействие на обрабатываемую заготовку:
обработка, контроль, сборка.
Вспомогательными ходами называют движения механизмов,
которые служат для подготовки условий, необходимых для обра¬
ботки: подача и зажим заготовок, подвод и отвод инструмента,
переключение скоростей. Некоторые рабочие и вспомогательные
ходы могут совмещаться во времени.
На рис. 7.1 приведена классификация механизмов автомата —
его структурная схема. Автомат, как и любая рабочая машина,
имеет двигательный, исполнительный и передаточный механиз-
207

Рис. 7.1. Структурная схема автомата
мы. Исполнительный механизм автомата в отличие от исполни¬
тельного механизма неавтоматизированного станка должен вклю¬
чать механизмы рабочих ходов, вспомогательных ходов и управ¬
ления.
Полуавтомат отличается от автомата тем, что в комплекте его
целевых механизмов отсутствует один из основных механизмов и
соответствующий элемент рабочего цикла выполняют вручную или
с помощью средств механизации. Таким образом полуавтомат ра¬
ботает в автоматическом цикле, для повторения которого требу¬
ется вмешательство человека (загрузка заготовок, съём изделий,
ориентирование, зажим заготовок).
Современные станки-автоматы ввиду большого разнообразия
конструкций и компоновок классифицируют по следующим при¬
знакам.
1.	По технологическому назначению: токарные, шлифовальные,
сборочные, упаковочные и т. п.
2.	По количеству шпинделей: одношпиндельные и многошпин¬
дельные.
3.	По степени универсальности:
универсальные, предназначенные для обработки деталей раз¬
ных наименований (токарные прутковые и патронные автоматы и
полуавтоматы). В качестве программоносителя они могут иметь
кулачки и копиры, что типично для крупносерийного производ¬
ства. При автоматизации серийного и мелкосерийного производ¬
ства используются станки с ЧПУ с программоносителями в виде
магнитных лент, перфолент, магнитных дисков, а также с опера¬
тивной системой управления;
208

специализированные, предназначенные для обработки узкой
группы однотипных изделий;
специальные, в расчете на изготовление конкретного изделия,
типичные для массового производства. К ним относятся агре¬
гатные станки-автоматы, которые компонуются из разнотипных
унифицированных механизмов и узлов с минимальным количест¬
вом оригинальных конструктивных элементов. Они предназна¬
чаются обычно для выполнения сверлильных и расточных опера¬
ций, нарезания резьбы в отверстиях, фрезерования плоскостей
и пазов.
4.	По расположению шпинделей: автоматы вертикальной и го¬
ризонтальной компоновки.
7.2.	Средства автоматизации в одношпиндельных
автоматах
Наиболее распространенные типы одношпиндельных токарных
прутковых автоматов: фасонно-отрезные, продольного (фасонно¬
продольного) точения и токарно-револьверные.
Фасонно-отрезные автоматы используются для изготовления
из прутка (или бунта) мелких деталей простой формы (рис. 7.2).
Пруток 2 закрепляется во вращающемся шпинделе с помощью
цангового патрона 3. Обработка ведется резцами 4 и 7, закреплен¬
ными в суппортах 1 и 5, перемещающихся только в поперечном
направлении. Заданная длина детали обеспечивается выдвижени¬
ем прутка до подвижного упора 6. Некоторые модели фасонно¬
отрезных автоматов имеют продольный суппорт для сверления
отверстий.
Автоматы продольного точения предназначены для изготовле¬
ния из прутка высокоточных деталей относительно большой дли¬
ны и малого диаметра (рис. 7.3).
Обработка производится непод-	■	*
1, 5 — суппорты; 2 — заготовка (пру¬
ток); 3 — цанговый патрон; 4, 7 — рез¬
цы; 6 — подвижный упор; Dr — глав¬
ное движение; Ds — движение
вижными или поперечно пере-
Рис. 7.2. Схема обработки заго¬
товки на фасонно-отрезном
автомате:
подачи
1
209

Рис. 7.3. Схема обработки заготовки на автомате продольного точения:
7 — приспособление; 2 — люнет; 3 — шпиндельная бабка; 4 — заготовка (пру¬
ток); 5, 6, £, 10, 72 — резцы; 7, 9, 77, 7J — суппорты; 74 — суппортная стойка;
75 — ось; 76— шпиндель; 77— обработанная деталь; Ддют Ashp, Айюст“ попереч¬
ное, продольное и поступательное движения подачи соответственно; DrU Drl —
вращательное главное движение по часовой стрелке и против часовой стрелки
соответственно
мешающимися резцами 5, 6, 8, 10 и 12, закрепленными в суп¬
портах 7, 9, 11 и 13, при продольном движении подачи DSnp вра¬
щающегося прутка 4. Вращательное главное движение Drl и дви¬
жение подачи Ds„р прутка осуществляется шпинделем 16 и шпин¬
дельной бабкой 3 соответственно. Для уменьшения прогиба и
вибрации прутка под действием сил резания передний конец
его пропускается через люнет 2, закрепленный на суппортной
стойке 14. На стойке смонтированы три (или два) вертикальных
суппорта 7,9 и 11. Суппорт 13 балансирного типа несет два резца
5 и 12 и совершает качательное движение вокруг оси 15. Сочета¬
ние продольного DSnp и поперечного Дя,0п перемещений резца по¬
зволяет получить на заготовке заданные фасонные поверхности.
Отрезной резец в конце рабочего хода (после отрезки обработан¬
ной детали 17) при последующем разжиме цангового патрона и
отходе шпиндельной бабки в положение, соответствующее началу
цикла обработки следующей заготовки, служит упором для прутка.
Обработка центрального отверстия (сверление, развертывание,
нарезание резьбы метчиком), а также нарезание наружной резь¬
бы плашкой производится с помощью двух- или трехшпиндель¬
ных приспособлений 1, которые могут совершать независимые
поступательное движение DSnост и вращательное Drl.
Токарно-револьверные автоматы находят применение при из¬
готовлении деталей сложной конфигурации (рис. 7.4). Для разме¬
щения большого числа инструментов, необходимых для обработ¬
ки таких деталей, эти автоматы оснащены продольным суппор¬
том 5 с шестипозиционной револьверной головкой 4, нескольки-
210

Рис. 7.4. Схема обработки на токарно-револьверном автомате:
1 — шпиндельная бабка; 2 — шпиндель; 3 — верхний суппорт; 4 — револьверная
головка; 5 — продольный суппорт; 6 — упор; 7 — пруток; 8 — поперечный
суппорт; I—VI — позиции револьверной головки; остальные обозначения см.
на рис. 7.3
ми поперечными суппортами 8 (передним и задним) и одним
(двумя) верхним 3. В отличие от автоматов продольного точения
шпиндельная бабка 1 токарно-револьверного автомата установле¬
на на станине жестко и продольного перемещения не совершает.
Шпиндель 2 автомата для нарезания резьбы на заготовке невра-
щающимся инструментом вращается в двух направлениях: по ча¬
совой стрелке DrX (для свинчивания инструмента) и против часо¬
вой стрелки Drl (при нарезании резьбы). После отрезки обрабо¬
танной детали и разжима цангового патрона пруток 7 подается до
упора 6, ограничивающего величину перемещения прутка. Инст¬
рументы, размещенные на суппортах и в револьверной головке,
могут работать как последовательно, так и параллельно.
Различные средства автоматизации в одношпиндельных авто¬
матах определяют структуру управления. Структурная схема авто¬
мата выявляет функции и принципиальное построение механиз¬
мов, осуществляющих цикл обработки; она необходима также для
оценки возможных вариантов систем управления.
На рис. 7.5 показаны две структурные схемы, по принципу ко¬
торых построены одношпиндельные автоматы.
На первой структурной схеме (рис. 7.5, а) показан цикл рабо¬
ты автомата при управлении одним распределительным валом (РВ),
который дает команду механизмам рабочих (РХ) и холостых (XX)
ходов. Шпиндель автомата получает вращение от электродвигате¬
ля М через звено настройки /„. Частота вращения РВ, а следова-
211

Рис. 7.5. Структурные схемы одношпиндельного автомата продольного
точения (а) и токарно-револьверного автомата (б):
Ш — шпиндель; ВВ — вспомогательный вал; РВ — распределительный вал;
РХ — рабочий ход; XX — холостой ход; МФ1, Мф2 — муфты; /„ is — звенья
настройки
тельно и время цикла регулируются звеном настройки is. По тако¬
му принципу работают одношпиндельные автоматы продольного
точения.
На второй структурной схеме (рис. 7.5, б) показан принцип
работы одношпиндельного автомата, у которого управление ме¬
ханизмами РХ и XX осуществляется не только от РВ, но и от
вспомогательного вала (ВВ), который в отличие от РВ вращается
с постоянной скоростью, т.е. не имеет звена настройки частоты
вращения. Скорость вращения шпинделя настраивается звеном
настройки а частота вращения РВ — звеном настройки is. Вспо¬
могательный вал через механизмы холостых ходов осуществляет
реверс шпинделя и изменение частоты его вращения, управляя
муфтами Мф1 и Мф2. По такой структурной схеме выполнено боль¬
шинство отечественных токарно-револьверных автоматов.
На распределительном валу одношпиндельных автоматов рас¬
полагаются кулачки: продольной подачи револьверной головки (в
токарно-револьверных автоматах) или шпиндельной бабки (в ав¬
томатах продольного точения); включения муфт привода подачи
и зажима прутка; включения поворота револьверной головки (на
токарно-револьверных автоматах); подачи приспособлений (на
автоматах продольного точения); ряд других командных дисковых
кулачков, необходимых для полной автоматизации рабочих и хо¬
лостых ходов. Кроме того, от кулачка осуществляется остановка
автомата при отсутствии прутка (или при его малой длине) в по¬
дающей трубе автомата (рис. 7.6). На оси рычага, перемещающего
от кулачка 4 салазки с подающей трубой 1, установлено зубчатое
колесо 2, находящееся в зацеплении с рейкой 8. Эта рейка под
действием пружины 7 стремится переместиться вниз и через ко-
212

Рис. 7.6. Механизм автоматического
отключения автомата при отсутствии
прутка:
1 — подающая труба; 2 — зубчатое ко¬
лесо; 3 — рычаг; 4 — кулачок; 5 — паз
кулачка; 6 — конечный выключатель;
7 — пружина; 8 — рейка; 9 — винт
лесо 2 повернуть нижнее плечо
рычага 3 направо. На пути пе¬
ремещения рейки установлен ко¬
нечный выключатель 6, осущест¬
вляющий остановку автомата.
Паз 5 на кулачке, по которому
перемещается ролик рычага 3,
выполнен так, что в конечной
точке его поворота, когда салаз¬
ки с подающей трубой отведены назад, он имеет увеличенную
ширину. Поэтому здесь ролик под действием пружины 7 может
оторваться от левой стороны паза (точка А) и перейти к его правой
стороне (точка В), в результате чего рычаг 3 получает дополнитель¬
ный поворот и позволяет рейке 8 опуститься ниже обычного.
Если пруток находится в подающей трубе и длина его доста¬
точно велика, то ролик рычага 3 при отходе салазок назад не от¬
рывается от левой стороны паза (точка А), так как усилие обхвата
прутка подающей цангой будет больше усилия пружины 7. Рейка
в этом случае не доходит до конечного выключателя 6.
Если в подающей трубе остался пруток небольшой длины, то
подающая цанга при отходе салазок назад сходит с прутка. Здесь
уже ничто не мешает пружине 7дополнительно повернуть рычаг 3,
поджимая его ролик к правой стороне паза (точка В). Рейка допус¬
кается и, нажимая на конечный выключатель 6, останавливает
автомат. Необходимое усилие пружины 7 настраивается винтом 9
при наладке автомата.
Таким образом, управление в токарных прутковых одношпин¬
дельных автоматах осуществляется с помощью распределительно¬
го вала (а по второй структурной схеме еще и вспомогательного
вала) и кулачков. Такая система позволяет путем построения цик¬
лограмм заранее спроектировать и рассчитать рабочий цикл любой
сложности, обеспечив строгое выполнение заданного технологи¬
ческого процесса за определенный промежуток времени. Система
получила широкое применение в автоматах различного технологи¬
ческого назначения для крупносерийного и массового производства.
В системе управления кулачками с распределительным валом
каждой программе соответствуют определенные кулачки, проек¬
тирование, изготовление и установка которых требует больших
213

затрат времени и средств. Однако в массовом производстве эти
системы получили широкое применение во всех областях произ¬
водства благодаря простоте синхронизации движений. На базе си¬
стем управления с РВ созданы современные высокопроизводи¬
тельные специальные и универсальные металлорежущие автома¬
ты и полуавтоматы.
Для современных машин-автоматов важно, как автоматически
совершаются те или иные холостые ходы: чем быстрее холостые
ходы автомата, тем выше его производительность.
Скорость холостых ходов зависит от технологического процес¬
са и конструкции целевых механизмов, их совершающих. Она не
беспредельна, поскольку зависит также от динамической проч¬
ности механизмов холостых ходов.
7.3.	Средства автоматизации в многошпиндельных
автоматах
В многошпиндельных автоматах получила дальнейшее развитие
концентрация операций. Заготовки одновременно или последова¬
тельно обрабатываются сразу на нескольких позициях станка не¬
сколькими инструментами. Многошпиндельные автоматы поэто¬
му называют многопозиционными. Все многопозиционные стан¬
ки делятся на автоматы параллельного, последовательного, па¬
раллельно-последовательного действия и ротационные. На рис. 7.7
показана схема работы горизонтального шестишпиндельного прут-
Рис. 7.7. Схема работы горизонтального шестишпиндельного пруткового
автомата последовательного действия:
1 — шпиндельный блок; 2 — поперечные суппорты; 3 — продольный суппорт; 4 —
центральная гильза; 5 — приводной вал; 6 — шпиндели; 7 — центральное зубча¬
тое колесо; I, II, IV, V, VI — позиции шпинделей при обработке; остальные
обозначения см. на рис. 7.3
214

Рис. 7.8. Схема работы горизонталь¬
ного многошпиндельного полуавто¬
мата параллельного действия:
I — IV — позиции одновременной обра¬
ботки четырех заготовок; остальные обо¬
значения см. на рис. 7.3
кового автомата последователь¬
ного действия. На таких автома¬
тах в каждой позиции произво¬
дится различная обработка, на¬
пример: на позиции I — цент¬
рирование заготовки с продоль¬
ного суппорта и протачивание на
ней канавки с поперечного суп¬
порта; на позиции II — сверле¬
ние отверстия и протачивание
второй канавки; на позиции III —
сверление отверстия меньшего
диаметра и большей глубины с
продольного суппорта и фасон¬
ная обточка контура с попереч¬
ного суппорта; на позиции IV —
накатка рисок; на позиции V —
нарезание резьбы в отверстии; на
позиции VI — отрезка заготовки и подача прутка до упора.
Для обработки простых заготовок применяют многошпиндель¬
ные автоматы параллельного действия. Принцип их работы пока¬
зан на рис. 7.8, из которого видно, что на каждой позиции произ¬
водится одинаковая обработка заготовки, т.е. заготовки обраба¬
тываются параллельно.
Многошпиндельные станки вертикальной компоновки обыч¬
но работают в полуавтоматическом цикле, так как предназначе¬
ны для обработки штучных заготовок, а при работе станка было
бы неудобно заправлять прутковый материал. Они, как и горизон¬
тальные многошпиндельные автоматы, бывают последовательно¬
го и параллельного действия.
На рис. 7.9 представлена схема работы вертикального многошпин¬
дельного полуавтомата последовательного действия. Заготовки на
таких полуавтоматах обрабатываются несколькими группами ре¬
жущего инструмента, расположенного на суппортах 2 в различ¬
ных позициях, через которые последовательно проходят обраба¬
тываемые заготовки. Заготовки крепятся в патронах 1. Все шпин¬
дели, кроме позиции I, получают главное вращательное движе¬
ние Dr. Они располагаются на общем шпиндельном блоке, выпол-
215

А	^4
(увеличено)
IV
I
Рис. 7.9. Схема работы вертикаль*
ного многошпиндельного полу¬
автомата последовательного дей¬
ствия:
1 — патрон; 2 — суппорт; 3 — ко
5 лонна; 4 — поворотный стол; 5 — ос¬
нование; I —VI — позиции шпин¬
делей при обработке; остальные
обозначения см. на рис. 7.3
ненном в виде поворотного стола 4. По окончании обработки за¬
готовок на всех позициях стол поворачивается относительно не¬
подвижного основания 5 и колонны 3, несущей на своих гранях
продольные суппорты с режущим инструментом. Поперечных суп¬
портов в этих полуавтоматах нет.
При повороте стола все шпиндели с обрабатываемыми заго¬
товками перемещаются в следующие позиции, где обработка про¬
должается другой группой инструмента. Во время поворота стола
вращение всех шпинделей прекращается. В загрузочной позиции
шпиндель с заготовкой не вращается. Здесь производится замена
готовой детали на новую заготовку.
Вертикальный многошпиндельный полуавтомат параллельного дей¬
ствия (рис. 7.10, а) представляет собой как бы блок нескольких
одношпиндельных полуавтоматов, поставленных вертикально по
окружности на общей карусели 7, которая при обработке загото¬
вок медленно вращается вокруг неподвижной колонны 4, установ¬
ленной на основании 5. На каждой позиции полуавтомата имеется
свой суппорт 2 с одной и той же группой режущего инструмента.
Привод суппортов осуществляется от одной группы неподвижных
кулачков 3 при вращении карусели 1 со всеми суппортами вокруг
колонны 4. Таким образом, обработка заготовок производится от
начала до конца на одной позиции и только одной группой режу¬
щего инструмента. Готовая деталь с полуавтомата снимается после
каждого поворота карусели на одну позицию. Выгрузка готовой
детали и загрузка новой заготовки на таких полуавтоматах произ¬
водятся на ходу, когда очередная позиция со шпинделем прохо-
216

5
а	б	в
Рис. 7.10. Схема работы вертикального многошпиндельного полуавтомата
параллельного действия (а) с непрерывным (б) и с периодическим (в)
вращением карусели:
1 — общая карусель; 2 — суппорт; 3 — кулачок; 4 — неподвижная колонна;
5— основание; остальные обозначения см. на рис. 7.3
дит мимо рабочего в зоне загрузки (рис. 7.10, б). В этот момент
шпиндель в зоне загрузки не вращается, а суппорт находится в
верхнем положении.
На рис. 7.10, в показан вариант полуавтомата параллельного
действия с остановкой карусели на время выгрузки готовой дета¬
ли и загрузки новой заготовки. Во время остановки выключается
вращение только шпинделя на загрузочной позиции, а обработка
на других позициях продолжается. Периодическая остановка кару¬
сели облегчает условия загрузки-выгрузки и упрощает автомати¬
зацию этих операций.
Среди многошпиндельных полуавтоматов, обрабатывающих
штучные заготовки, имеются горизонтальные полуавтоматы, ко¬
торые аналогичны по конструкции многошпиндельным горизон¬
тальным автоматам. Отличается только узел рабочего шпинделя.
Это объясняется тем, что обработка на полуавтоматах ведется в
патронах, а загрузка-выгрузка осуществляется вручную. Кроме того,
в конструкции всех шпинделей полуавтомата предусмотрена воз¬
можность остановки их вращения в загрузочной позиции и уста¬
новлены гидравлические механизмы зажима и разжима обрабаты¬
ваемых заготовок. В шестишпиндельных полуавтоматах установле¬
но только пять поперечных суппортов — отсутствует передний
суппорт напротив загрузочной позиции.
На рис. 7.11 представлена гидравлическая схема механизма, осу¬
ществляющего зажим заготовки и разжим обрабатываемой дета-
217

Рис. 7.11. Гидравлическая схема горизон¬
тального многошпиндельного полуавто¬
мата последовательного действия:
1 — резервуар для масла; 2 — фильтр; 3 —
сдвоенный лопастной насос; 4, 5, 9, 14 —
золотники; 6, 10, 11, 13 — магистрали; 7 —
трехходовой кран; <? — манометр; 12 — реле
давления; I—VI — позиции обработки
лей в загрузочной позиции, остановку и включение вращения
шпинделя в этой позиции, поддержание постоянного усилия за-
жима обрабатываемых заготовок на всех остальных рабочих пози¬
циях полуавтомата.
Масло подается в гидросистему полуавтомата из резервуара 1
через фильтр 2 сдвоенным лопастным насосом 3, от которого
поступает к гидропанели управления. Секция сдвоенного насоса 3
производительностью 5 л/мин служит для поддержания давления
в зажимной полости гидроцилиндров шпинделей рабочих пози¬
ций и компенсации возможных утечек. Давление в магистрали 13
рабочих позиций устанавливается напорным золотником 4 в пре¬
делах 1...3 МПа (в зависимости от требуемой силы зажима) по
манометру 8. Это давление автоматически контролирует реле дав¬
ления 12, которое при понижении давления отключает электро¬
двигатель привода главного движения.
Секция насоса 3 производительностью 12 (или 8 — в зависи¬
мости от типа станка) л/мин питает магистраль 6управления гид¬
роцилиндрами загрузочных позиций. Давление в этой магистрали
устанавливается напорным золотником 5 в пределах 1...2 МПа.
Манометр 8 установлен на трехходовом кране 7, который позво¬
ляет подключать его к одной из контролируемых магистралей. После
настройки и контроля давления кран должен быть установлен в
218

среднее положение для отключения манометра во избежание его
быстрого выхода из строя.
Потоками масла (в магистраль 10 — зажим, в магистраль 11 —
разжим) управляет четырехходовый трехпозиционный золотник 9.
К гидроцилиндрам шпинделей масло подается через централь¬
ный золотник 14, который выполнен поворотным, с фиксацией
в каждой позиции; поворачивая его, можно любую позицию сде¬
лать управляемой, чтобы остановить шпиндель и снять заготовку.
Следует отметить, что горизонтальные многошпиндельные по¬
луавтоматы уступают вертикальным многошпиндельным полуав¬
томатам по нескольким параметрам. В частности, последние имеют
меньшую производственную площадь, в них улучшаются условия
и точность базирования заготовок в патроне, так как прижим к
торцовым установочным базам происходит за счет массы заготов¬
ки. Поэтому применение вертикальных многошпиндельных полу¬
автоматов для черновой и получистовой обработки деталей слож¬
ной формы (дисков, фланцев, заготовок зубчатых колес и др.)
предпочтительнее.
При сопоставлении структурных схем многошпиндельных стан¬
ков становится очевидным, что их средства автоматизации и си-
Рис. 7.12. Структурные схемы многошпиндельных автоматов с одинако¬
вой (а) и индивидуальной (б) частотой вращения всех шпинделей:
1—6 — номера команд
219

стемы управления отличаются от одношпиндельных автоматов.
На рис. 7.12 показаны структурные схемы многошпиндельных ав¬
томатов (наличие двух шпинделей на схемах указывает на много-
шпиндельность станка). В отличие от одношпиндельных автоматов
(см. рис. 7.5) их распределительный вал имеет в течение одного
оборота две скорости вращения: медленную для рабочих ходов и
быструю для холостых ходов (сектор с концентрическими окруж¬
ностями).
Рассмотрим работу многошпиндельного автомата по первой
схеме (рис. 7.12, а). От электродвигателя М вращение через звено
настройки /„ поступает на центральный вал, а от него с одинако¬
вой частотой на все шпиндели Ш автомата. На распределитель¬
ный вал РВ вращение приходит через звено настройки is. Когда
заканчиваются рабочие ходы, механизм управления У включает
муфту МФ1 быстрого хода и выключает муфту Мф2; РВ вращается
быстро и осуществляются холостые ходы. К моменту окончания хо¬
лостого хода механизм управления У дает команду на выключение
муфты Мф1 и тем самым обеспечивает переключение скорости РВ
на рабочий ход. Таким образом, холостые ходы при данной схеме
осуществляются на больших скоростях. По такой схеме построены
многие горизонтальные многошпиндельные автоматы.
Некоторые современные многошпиндельные автоматы и по¬
луавтоматы имеют очень сложные рабочие циклы. В качестве при¬
мера на рис. 7.12, б приведена структурная схема одного из таких
многошпиндельных полуавтоматов. От электродвигателя М полу¬
чают вращение шпиндели Ш. Помимо того, что цепь главного
движения имеет звено настройки каждый шпиндель может вра¬
щаться со своей индивидуальной частотой — в его цепи есть свое
звено настройки (например, /„,). Здесь имеются РВ и ВВ, который
может приводиться во вращение от руки. Командой 1 включается
муфта Мф1. Затем ВВ дают команду 2 на включение муфты Мф2,
вследствие чего РВ получает быстрое вращение (на схеме обозна¬
чено концентрическими окружностями). Затем ВВ дает команду 3
на самовыключение. На схеме останов ВВ обозначен линией-ради¬
усом. Потом РВ выключает муфту Мф2 и включает Мф3, в резуль¬
тате чего он получает рабочий ход (команды 4 и 5). Скорость вра¬
щения РВ на рабочем ходу медленнее, чем на холостом, настраива¬
ется звеном is. По окончании рабочего хода механизм управления
У включает муфту МФ1 (команда 6) и ВВ приводится снова во
вращение; включается Мф2 и выключается Мф3; РВ совершает хо¬
лостые ходы и дает команду на самовыключение полуавтомата.
Итак, средствами автоматизации в многошпиндельных авто¬
матах являются распределительные валы (в некоторых моделях
совместно с вспомогательными валами); кулачки, управляющие
приводами перемещений инструмента, подачей прутка, зажимом-
разжимом цанги, включением-выключением муфт, командоап-
220

паратов; путевые выключатели. В патронных полуавтоматах исполь¬
зуют гидроприводы для зажима-разжима заготовки, контроля силы
зажима, а также для выполнения некоторых других функций.
Повышение производительности многошпиндельных автома¬
тов достигается не только за счет концентрации операций (одно¬
временной многоинструментальной обработки сразу нескольких
заготовок), но и благодаря повышению скорости вращения РВ на
холостых ходах, применению синхронизаторов и тормозов, оста¬
навливающих инерционное вращение шпинделя в зоне разгрузки.
7.4.	Средства автоматизации в роторных автоматах
Роторные автоматы построены по принципу многошпиндель¬
ных вертикальных полуавтоматов параллельного действия, одна¬
ко загрузка-выгрузка в них автоматизирована транспортными ро¬
торами, при этом не затрачивается время на загрузку.
В роторных автоматах все технологические операции выпол¬
няются в процессе непрерывного транспортного движения обраба¬
тываемой детали и инструмента. Траектория транспортного переме¬
щения заготовки имеет замкнутую форму: обычно это окружность,
но может быть и другая кривая.
На рис. 7.13, а показана схема роторного автомата с транспорт¬
ным роторным барабаном 1, на котором равномерно по окружности
установлены инструментальные блоки 3. На одной оси с инстру¬
ментальным блоком находится блок 2 изделия (на схеме обозначен
черным кружком). При вращении барабана инструментальный блок
и блок изделия не изменяют своего положения относительно друг
друга.
На рис. 7.13, б показана схема роторного автомата, в котором
транспортным элементом служит непрерывная роторная цепь 4,
приводимая в движение звездочкой 5.
Рассмотрим принцип работы роторного автомата, развертка
которого показана на рис. 7.14. На инструментальном барабане 1
установлены инструментальные шпиндели 2 с шагом h, соосно с
которыми на транспортном барабане 3 расположены обрабатыва¬
емые изделия 4. Скорость транспортного 3 и инструментального 1
Загрузка Выгрузка
Рис. 7.13. Схема роторного авто¬
мата с барабаном (а) и с непре-
1 — барабан; 2 — блок изделия (чер¬
ный кружок); 3 — инструментальный
рывной цепью (б):
блок; 4 — цепь; 5 — звездочка
а
б
221

Рис. 7.14. Развертка роторного
автомата:
1 — инструментальный барабан; 2 —
инструментальный шпиндель; 3 —
транспортный барабан; 4 — обраба¬
тываемое изделие
барабанов одинакова. При вращении барабана с транспортной
скоростью i>T инструментальный шпиндель 2 обрабатывает изде¬
лие на пути транспортирования LT. Все инструментальные шпинде¬
ли оснащены одинаковыми инструментами и выполняют только
один вид обработки.
Технологическое время на обработку одного изделия
Т = LT/vT.
Полный цикл работы один инструментальный шпиндель 2 со¬
вершает за время
Тп = (Ln - h) /vT,
т.е. за один оборот барабана; Ьп — полная длина развертки ин¬
струментального барабана.
Число изделий 4, обработанных за один оборот барабана, рав¬
но числу шпинделей 2, т. е. время на обработку одного изделия
Г, = h/vT.
На роторном автомате путем подбора скорости vT перемещения
транспортного барабана и шага h между шпинделями можно полу¬
чить заданную производительность станка. В роторных автоматах
время на загрузку-выгрузку совмещено с временем обработки. Прак¬
тически производительность роторного автомата ограничена раз¬
мером Ь„ и временем на загрузку заготовки, которое не должно
превышать технологическое время Т на обработку одного изделия.
Роторные автоматы применяются в большинстве случаев для
технологических процессов, в которых отсутствует сливная струж¬
ка, а изделия благодаря своей форме могут закрепляться в клеще¬
вых захватах.
Немаловажную роль играет траектория главного движения: она
должна быть прямолинейной. В связи со сказанным выше, наибо¬
лее широкое применение роторные автоматы поучили в техноло¬
гических процессах штамповки, вытяжки, прессования, таблети-
рования, дозирования, сборки, контроля и т.п.
222

Контрольные вопросы
1.	Назовите средства автоматизации одношпиндельных автоматов.
2.	Какие вы знаете структурные схемы одношпиндельных автоматов и
чем они отличаются?
3.	В чем различие структурных схем одношпиндельного и многошпин¬
дельного автоматов?
4.	В чем состоит отличие средств автоматизации многошпиндельного
автомата и многошпиндельного полуавтомата?
5.	Перечислите средства автоматизации вертикального многошпин¬
дельного полуавтомата.
6.	В чем состоят сходство и различие между многошпиндельным полу¬
автоматом параллельного действия и роторным автоматом?
7.	Приведите примеры деталей, которые обрабатываются на горизон¬
тальных многошпиндельных автоматах и вертикальных многошпиндель¬
ных полуавтоматах. Есть ли разница в заготовках, которые поступают для
обработки на эти многошпиндельные станки?
8.	Приведите примеры изделий, которые обрабатываются на ротор¬
ных автоматах. Какие технологические операции выполняются на этих
автоматах?
9.	Что ограничивает производительность роторного автомата?
10.	Назовите средства автоматизации роторного автомата.
11.	Является ли станок с ЧПУ автоматом?
12.	Что общего и в чем состоит различие между автоматом и полуавто¬
матом?
13.	Нарисуйте структурную схему станка-автомата.

Глава 8
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
8.1.	Классификация автоматических линий
Автоматические линии предназначены для массового и круп¬
носерийного производства в отраслях промышленности с устано¬
вившимся характером производства.
Автоматическая линия (AJI) представляет собой совокупность
технологического оборудования, установленного в последователь¬
ности технологических операций, соединенного автоматическим
транспортом, оснащенного автоматическими загрузочно-разгру¬
зочными устройствами, управляемого одной общей или несколь¬
кими взаимосвязанными системами управления. Загрузка, разгрузка
и межоперационное перемещение заготовок и деталей от станка к
станку осуществляется, как правило, автоматической транспорт¬
ной системой, имеющей накопитель первичной загрузки. AJI дол¬
жна содержать не менее двух автоматических станков.
Линия, в каждом цикле работы которой выполнение части
операций происходит с непосредственным участием оператора,
называется полуавтоматической.
Часть АЛ, технологическое и транспортное оборудование в
которой объединены общим назначением или компоновочным
решением, называется участком автоматической линии. Участок
АЛ может действовать самостоятельно.
АЛ классифицируются по различным признакам, влияющим
на их структуру и организацию эксплуатации.
По виду связи между станками (агрегатами) AJI бы¬
вают сблокированные и несблокированные.
Сблокированная автоматическая линия — это АЛ, в которой
автоматический транспорт и система управления объединяют ра¬
боту встроенного технологического оборудования общим циклом.
В сблокированной АЛ, показанной на рис. 8.1, а, изделия загру¬
жаются, обрабатываются, разгружаются и передаются от станка
к станку одновременно или через кратные промежутки времени.
В этих линиях нет межоперационных активных заделов, поэтому в
случае выхода из строя любого станка все другие станки выклю¬
чаются и линия простаивает.
224

а
\ i	? / \
Рис. 8.1. Схемы сблокированной (а) и несблокированной (б) автомати¬
ческих линий:
/ — накопитель первичной загрузки; 2 — станки; 3 — транспортер; 4 — заготов¬
ки; 5 — накопители; I, II, III — номера участков
Несблокированная автоматическая линия — это AJI, в которой
автоматический транспорт и система управления обеспечивают в
определенных пределах независимый цикл работы каждой едини¬
цы встроенного технологического оборудования. В нёсблокирован-
ной AJI изделия обрабатываются и передаются от станка к станку
не одновременно. На рис. 8.1, б показано, как после обработки на
станке изделие попадает в межоперационный накопитель: в этих
линиях имеются межоперационные активные заделы, что позво¬
ляет в случае выхода из строя любого станка всем другим продол¬
жать работу до истощения межоперационных заделов.
Межоперационный задел составляют заготовки, расположенные
между двумя станками (или участками) AJI и предназначенные
для обеспечения бесперебойной работы станков (или участков)
при их различной производительности или в случае поломки од¬
ного из них.
Устройство для приема, хранения и выдачи межоперационно-
го задела, расположенное между станками или между участками
станков (см. рис. 8.1, б) AJI, называется накопителем заделов.
Из рис. 8.2 очевидно, что несблокированная AJI может обеспе¬
чивать несинхронную связь между станками (рис. 8.2, а) или меж¬
ду участками (при синхронной связи между станками участка —
см. рис. 8.2, б).
По виду обрабатываемых изделий различают AJI
для обработки корпусных деталей, валов (прямоосных, коленча¬
тых, распределительных), дисков, деталей подшипников и др.
По характеру транспортирования изделий AJI
делятся на спутниковые и бесспутниковые. Спутниковая AJIтакая,
8 Моников
225

3	2	1	2	1	4
а
Рис. 8.2. Схемы автоматических линий с накопителями, расположенны¬
ми между станками (а) и между участками (б):
1 — накопители; 2 — станки; 3 — первичные накопители в начале AJI;
4 — накопители обработанных деталей в конце AJI
в которой заготовки базируются, обрабатываются и транспорти¬
руются на приспособлениях-спутниках (ПС). В транспортную сис¬
тему таких линий входят транспортеры для возврата ПС на пози¬
цию загрузки.
На рис. 8.3 показана AJI для обработки корпуса клапана, кото¬
рый из-за формы, неудобной для непосредственного базирова¬
ния, устанавливают на ПС. Данная AJI имеет замкнутую транс¬
портную систему, состоящую из продольных и поперечных шаго¬
вых конвейеров 2, 3, 5 и 10, перемещающих обрабатываемые
детали 4 по рабочим позициям Б, В, Г, Д и возвращающих ПС 6
к позиции А ручной загрузки-выгрузки обрабатываемых изделий
(на позициях А, В и Г верхняя плита у ПС не показана). Последова¬
тельная обработка детали происходит на станках 7, 8 и 1. На
позиции Б растачиваются отверстия и подрезаются торцы левого
и среднего фланцев. На позиции В сверлятся отверстия и подреза¬
ется торец правого фланца. На столе 9 ПС вместе с деталью пово¬
рачивается в горизонтальной плоскости на 180° и поступает на
позицию Г для сверления отверстий в торцах правого и среднего
фланцев. После обработки ПС с деталью поступает на позицию Д
для очистки от стружки, а затем на позицию А для контроля от¬
верстий, снятия с ПС обработанной детали и установки на ПС
новой заготовки.
Приспособления-спутники базируются на AJI двумя способа¬
ми: по нижним опорным плоскостям с прижимом сверху (при
этом базовая поверхность одновременно является и транспорт¬
ной) и по верхним плоскостям с поджимом снизу (при этом ба¬
зовая поверхность не является транспортной). При базировании
вторым способом базовые поверхности можно предохранять от
попадания стружки и грязи, и поэтому они более долговечны.
226

Рис. 8.3. Однопредметная автоматическая линия для обработки корпуса
клапана с ПС:
1, 7, 8 — станки; 2, 3, 5, 10 — шаговые конвейеры; 4 — обрабатываемая деталь;
6	— ПС; 9 — стол; А — позиция контроля и загрузки-выгрузки; Б, В, Г, Д —
рабочие позиции
На рис. 8.4 показан ПС со станцией 1, предназначенной для
фиксации и закрепления ПС на позиции AJI во время обработки
заготовки 5корпусной детали. Изделие, поступающее на ПС, име¬
ет уже обработанные опорные поверхности лап, в которых про¬
сверлены и развернуты отверстия. Заготовку 5 устанавливают на
лапах на плите 12 и фиксируют по двум отверстиям с помощью
штырей 18. Плита 12 ПС базируется на станции по пазам 13 и
двум фиксаторам 4, выдвигаемым гидроцилиндрами 3 с помо¬
щью угловых рычагов 2.
ПС (совместно с заготовкой 5) крепится четырьмя Г-образными
прихватами 21, действующими от гидроцилиндров 19. Криволиней¬
ные пазы 20, выполненные на цилиндрических поверхностях при¬
хватов 21, обеспечивают поворот прихватов во время установки
ПС. В целях предотвращения деформации заготовки 5 в процессе
обработки на ПС предусмотрены подводимые опоры 7, укреплен¬
ные в верхней плите 11 и поджимаемые пружинами 8 к четырем
приливам заготовки 5. В рабочем положении опоры фиксируются
с помощью плунжера гидроцилиндров 6. Во время загрузки заго¬
товки 5 опоры 7 отводятся гидроцилиндром 10 с помощью план¬
ки 9, в которой закреплены хвостовики опор 7. Перемещение ПС
по направляющим 14 и /7 транспортера производится упором 15
227

4
3
2
1
20	1	\	18	17	16
15
1 — станция AJ1; 2 — угловой рычаг;
3, 6, 10, 19 — гидроцилиндры; 4 —
фиксатор; 5 — заготовка корпусной
детали; 7 — опора; 8— пружина; 9 —
планка; 77, 12 — плиты; 13, 20 —
пазы; 74, 77 — направляющие кон¬
вейера; 75 — упор; 16 — штанга;
Рис. 8.4. Приспособление-спутник
18 — штырь; 21 — прихват
на позиции AJI:
19
и штангой 16, совершающей возвратно-поступательное и кача-
тельное движения.
На рис. 8.5 показаны типовые схемы возврата ПС на позицию
загрузки-выгрузки, где снимается обработанная деталь и устанав¬
ливается следующая заготовка. На рис. 8.5, а показан возврат ПС 2
конвейером 3, расположенным под рабочим конвейером 4, в конце
которого находится опускатель 5. Подъемник 6 перемещает ПС в
вертикальной плоскости, после чего осуществляется автоматичес¬
кая загрузка заготовки 1 в спутник и подача ПС (вместе с заготов¬
кой) в станок 7. Эта схема применяется при обработке относи¬
тельно мелких деталей, так как в противном случае при возврате
крупных ПС в нижней части ослабляется станина станка.
На рис. 8.5, б изображены конвейеры 3 возврата, расположен¬
ные в одной горизонтальной плоскости с рабочим конвейером 4.
Недостаток этой схемы — увеличение площади, занимаемой AJI,
и некоторые неудобства при ее обслуживании.
Схема перемещения ПС по замкнутой траектории показана на
рис. 8.5, в. Здесь конвейер возврата отсутствует. Компоновка AJT
обеспечивает возможность обработки пяти поверхностей изделия.
При компоновке AJI из вертикальных станков и близком располо¬
жении рабочих параллельных конвейеров становится возможной
обработка на двух позициях одним агрегатным станком. Следова¬
тельно, уменьшается количество станков в линии. Преимущество
такой схемы состоит еще и в том, что позиции загрузки-выгрузки
совмещены в одну. В целом экономится производственная пло¬
щадь, занимаемая AJ1.
При компоновке AJ1 из вертикальных станков, когда на одной
станине монтируются с противоположных сторон два силовых узла,
228

Загрузка
7ч	Выгрузка
3	2	7	3
Позиция
загрузки-
выгрузки
в
6 43 2
Рис. 8.5. Схемы возврата ПС в автоматических линиях:
а — расположение конвейера возврата под рабочим конвейером; б — конвейер
возврата и рабочий конвейер, расположенные в одной горизонтальной плоско¬
сти; в — конвейер возврата отсутствует; г — линия с портальным манипулято¬
ром; 1 — изделия; 2 — ПС; 3 — конвейеры возврата; 4 — рабочие конвейеры; 5 —
опускатель; 6 — подъемники; 7 — станки; 8 — захваты; 9 — каретка; 10 — пор¬
тальный манипулятор; I — транспортирование заготовок; II — транспорти¬
рование готовых деталей
изделие транспортируется в горизонтальной плоскости (см. рис. 8.3).
По такой схеме строятся AJI для обработки крупных изделий.
В некоторых линиях для обработки деталей сложной формы
(например, коленчатых валов) ПС 2 (рис. 8.5, г) служат только
для транспортирования изделий 7 между станками 7. В этом случае
изделие 7 снимается со спутника 2 и переносится для обработки
на станок 7 с помощью портального манипулятора 10.
По типу встроенных станков различают AJI из уни¬
версальных (автоматов или полуавтоматов), специальных и агрегат¬
ных станков. Иногда AJI компонуется из станков различных типов.
По способу передачи изделий со станка на
станок различают следующие AJI:
со сквозным транспортированием через рабочую зону. Преиму¬
щество такого способа — удобство компоновки, недостаток — ус¬
ложнение обслуживания оборудования. Такие AJT применяются при
обработке корпусных деталей, при обработке наружных колец под¬
шипников на бесцентровых круглошлифовальных автоматах и т.д.;
с верхним транспортированием. Преимущество — облегчение
обслуживания станков AJT, недостаток — усложнение транспорт¬
229

ной системы. Такие AJI применяются при шлифовальной обра¬
ботке коленчатых валов;
с боковым (фронтальным) транспортированием. При этом тре¬
буется дополнительное устройство для поперечной загрузки заго¬
товок в рабочую зону и съема готовых деталей. Такие АЛ применя¬
ются при обработке валов электродвигателей, зубчатых колес,
железнодорожных подшипников;
с комбинированным транспортированием.
По числу типов одновременно обрабатываемых
деталей АЛ делятся на однопредметные и многопредметные.
Пример спутниковой АЛ для обработки одного изделия, назы¬
ваемой однопредметной, или однономенклатурной, приведен ранее
(см. рис. 8.3).
AJI, предназначенная для производства изделий нескольких ти¬
поразмеров или наименований, называется многопредметной, или
многономенклатурной.
Многопредметная АЛ должна быть переналаживаемой — ее тех¬
нологическое и транспортное оборудование за счет автоматичес¬
кого или ограниченного по времени и трудоемкости ручного ре¬
гулирования или замены элементов технологической оснастки,
автоматического транспорта и автоматических загрузочно-разгру¬
зочных устройств должны позволять проводить обработку разных
изделий в заранее установленном диапазоне размеров.
Обработка, при которой каждая операция (переход) выполня¬
ется только на одном изделии, называется однопоточной, а рабо-
Рис. 8.6. Схемы однопоточных AJ1 из одного (а) и двух (б) участков:
1 — заготовки; 2 — станки; 3 — конвейеры; 4 — поворотные столы
230

Рис. 8.7. Схема многопоточной AJI:
1, 2, 3 — заготовки; 4 — станки
тающая по этому принципу AJI — линией последовательного дей¬
ствия (рис. 8.6).
Обработка, при которой одна и та же операция (переход)
выполняется одновременно на нескольких изделиях, называет¬
ся многопоточной, а работающая по такому принципу AJI —
линией параллельно-последовательного действия (рис. 8.7). Увели¬
чение числа потоков связано с необходимостью увеличения вы¬
пуска изделий.
По расположению оборудования различают замк¬
нутые и незамкнутые AJI. Замкнутые AJI загружаются и разгружа¬
ются с помощью транспортного устройства, ПР или оператора в
одном месте, что является их достоинством; недостаток — затруд¬
ненный доступ к оборудованию, что усложняет его обслуживание.
Большинство АЛ — незамкнутые, т. е. расположение оборудования
может быть прямолинейным, Т-образным, П-образным, Ш-об-
разным и т.д. Такие AJI позволяют выполнять много операций,
обеспечивают удобный доступ при обслуживании и ремонте, но
требуют большого числа обслуживающих рабочих.
По технологическому назначению различают AJI
механообрабатывающие, механосборочные, сборочные, заготови¬
тельные, штамповочные, термические, контрольно-измеритель-
ные, электроэрозионные, упаковочные, консервационные. Для AJI
комплексной обработки характерно сочетание технологических
операций: обработка резанием, давлением, сборка, контроль,
мойка.
8.2.	Средства автоматизации загрузки-разгрузки
оборудования, работающего в составе АЛ
В AJI в качестве средств автоматизации загрузки заготовок и
выгрузки обработанных деталей используются загрузочные уст¬
ройства, встроенные в станки-автоматы, а также манипуляторы и
промышленные роботы. В AJI с поперечным расположением стан¬
ков и сквозным перемещением деталей через рабочую зону загру¬
зочные устройства обычно отсутствуют — их функции выполняют
транспортные средства.
231

Загрузочные устройства, встроенные в станки-автоматы. Рассмот¬
рим типовые конструкции встроенных загрузочных устройств,
применяемых в различных станках-автоматах.
На рис. 8.8 показано загрузочное устройство последовательно¬
го действия к многошпиндельному горизонтальному токарному
станку-автомату 7. Оно имеет возможность в процессе обработки
поворачивать обрабатываемую заготовку 16 на 180°. Устройство
снабжено магазином с подводящим лотком 15 и отсекателем 8,
кантователем 77 и отводящим лотком 12. Кантователь может пово¬
рачиваться на оси 10 на 180° с помощью гидроцилиндра 13 через
реечную передачу 14. Ниже магазина размещен питатель, пред¬
ставляющий собой ось 7 с поворотной рукой 3 и захватом 2, фик¬
сирующим заготовку 16. Руке 3 сообщается возвратно-поступатель-
ное перемещение от гидроцилиндра 6 и вращательное — от гид¬
роцилиндра 5 через реечную передачу. После поворота шпиндель¬
ного блока 4 патроны станка становятся на загрузочные позиции:
патрон с готовой деталью на позицию V, а патрон с полуфабрика¬
том (заготовкой, обработанной с одной стороны) на позицию VI.
При перемещении питателя вперед патроны станка 7 разжимают¬
ся, и обрабатываемые детали 16 оказываются зажатыми в захватах
2	механической руки 3. Питатель отходит назад, вынимая детали
из патронов, поворачивается к кантователю и снова движется впе¬
ред; при этом готовая деталь входит в открытую полость А канто¬
вателя 14, а полуфабрикат — в закрытую полость Б. Подпружи¬
ненные собачки 9, имеющиеся на лицевой стенке кантователя,
при отходе питателя снимают с захватов полуфабрикат и готовую
деталь, которая выкатывается из кантователя в отводящий лоток 12.
Кантователь поворачивается на 180°, нажимая на выступ отсека-
теля 8, и очередная заготовка из лотка 75 вкатывается в полость А.
Рис. 8.8. Загрузочное устройство,
встроенное в горизонтальный мно¬
гошпиндельный станок-автомат:
1 — станок; 2 — захват; 3 — рука; 4 —
шпиндельный блок; 5, <5, 13 — гидро¬
цилиндры; 7, 10 — оси; 8 — отсека-
тель; 9 — собачка; 11 — кантователь;
12	— отводящий лоток; 14 — реечная
передача; 15 — подводящий лоток;
16 — заготовка; А, Б — полости кан¬
тователя; V, VI — позиции патронов
232

Рис. 8.9. Устройство загрузки-выгруз-
ки, встроенное в одношпиндельный
токарный автомат:
1 — пружина; 2 — патрон; 3 — обра¬
ботанная деталь; 4 — отводящий лоток;
5 — рука; 6 — подводящий лоток; 7, 9,
10	— гидроцилиндры; 8 — питатель
Далее питатель движется по циклу: вперед-назад к кантователю;
поворот к станку — вперед-назад. В результате происходит пере¬
нос заготовки в патрон на позицию VI, полуфабриката — в пат¬
рон на позицию V.
В устройстве загрузки-выгрузки к одношпиндельному токарно¬
му автомату (рис. 8.9) обработанная деталь 3 (кольцо, фланец)
пружиной 1 выталкивается из разжатого патрона 2 в подошедший
отводящий лоток 4. После отхода лотка назад (от гидроцилиндра 10)
питатель 8 (а вместе с ним и заготовка, заранее захваченная меха¬
нической рукой 5 из подводящего лотка 6) перемещается (от гид¬
роцилиндра 7) в левое крайнее положение и загружает заготовку
в патрон 2. При захвате заготовки рука 5 совершает поворот на
угол а посредством гидроцилиндра 9 через реечную передачу. Да¬
лее питатель возвращается в
исходное положение.
Конструкция загрузочно¬
го устройства, встроенного
во внутришлифовальный ав¬
томат, показана на рис. 8.10.
Загрузка заготовок (колец),
в автомат происходит через
загрузочный лоток 1 устрой¬
ства. При перемещении (от
Рис. 8.10. Загрузочное устрой¬
ство, встроенное во внутришли¬
фовальный автомат:
1 — загрузочный лоток; 2 — рычаг;
3 — упор; 4 — заготовка; 5 — экс¬
центриковый палец; 6 — планка;
7— обработанная деталь (кольцо);
8 — магнитный патрон; 9 — ради¬
альная опора; 10— рука; 11 — гид¬
роцилиндр; 12 — толкатель; 13 —
отводящий лоток
233

Рис. 8.11. Типовое загрузочное уст¬
ройство, встроенное в зубофрезер¬
ный станок:
1 — заготовка; 2 — кассета; 3 — обра¬
ботанная деталь; 4 — зажимное устрой¬
ство; 5 — фреза; 6 — захват; 7, 8 —
поворотные руки
гидроцилиндра 11) толкателя 12
вверх рука 10 поворачивается в
верхнее положение и выгружает
обработанное кольцо 7 в отво¬
дящий лоток 13. В конце подъе¬
ма руки толкатель 12 поворачивает на угол а рычаг 2 с регулируе¬
мым клиновым упором 3, который отсекает очередную заготовку 4
от остальных. Заготовка перемещается вперед и задерживается на
эксцентриковом пальце 5. При возвращении толкателя 12, руки 10
и рычага 2 в исходное положение заготовка 4 соскальзывает с
пальца 5 и по качающейся планке 6 поступает в руку 10, которая
укладывает заготовку на радиальные опоры 9 базирующего уст¬
ройства станка и прижимает ее торцом к магнитному патрону 8.
Загрузка заготовки и выгрузка обработанной детали на зубо¬
фрезерном станке (рис. 8.11) осуществляется посредством пово¬
ротных рук 7 и 8 с вертикальной осью вращения. Заготовка 1 из
кассеты 2 передается рукой 7 с захватом 6 на зажимное устрой¬
ство 4 станка. После нарезания зубьев фрезой 5 обработанная
деталь 3 переносится рукой <?в кассету 2. Необходимые повороты
и вертикальные возвратно-поступательные перемещения рук (на¬
правление А) осуществляются гидравлически.
Манипуляторы. Техническое устройство, предназначенное для
выполнения вспомогательных и транспортных операций (загрузка
заготовок и выгрузка готовых деталей) путем воспроизведения
некоторых двигательных функций руки человека, называется ма¬
нипулятором. Манипуляторы способны двигаться с большим чис¬
лом степеней свободы — от двух до пяти; время автоматической
смены детали 5... 15 с; точность установки детали на станок в пре¬
делах ±0,25 мм.
Манипуляторы используются в AJI с поперечным (а при необ¬
ходимости и с продольным) расположением станков.
На рис. 8.12 представлен наиболее распространенный порталь¬
ный манипулятор, используемый в AJI для перемещения деталей
типа валов, фланцев, колец. Портальный манипулятор имеет две
руки: одной он загружает в станок заготовку 1, другой держит
обработанную деталь, которую (после загрузки очередной заго¬
товки) транспортирует на конвейер или в кассету. Портальный
манипулятор представляет собой портал 5 со стойками 2, по ко-
234

11
Рис. 8.12. Портальный манипулятор с двумя руками:
1 — заготовка (обработанная деталь); 2 — стойка; 3 — клещевой захват; 4 —
устройство выгрузки; 5 — портал; 6 — реечная передача; 7 — подводящая цепь;
8	— собственно манипулятор; 9 — устройство загрузки; 10 — гидросистема
Рис. 8.13. Манипуляторы, расположенные консольно на портале,
для загрузки деталей в станки:
а — с двумя руками; б — с одной рукой
235

торому перемещается (от гидромотора посредством реечной пе¬
редачи 6) собственно манипулятор 8, несущий рабочие органы
устройства загрузки 9 и выгрузки 4. Рабочие органы снабжены
клещевыми захватами 3 для зажима (разжима) заготовки (обрабо¬
танной детали) 1. Перемещения рабочих органов осуществляются
посредством гидроцилиндров, встроенных в манипулятор. Для
удержания детали при падении давления в гидросистеме 10 пре¬
дусмотрен предохранительный механизм, а также механизм, фик¬
сирующий поршень в верхнем положении. Масло подается к гид¬
роагрегатам манипулятора от гидростанции по гибким шлангам,
закрепленным в подводящей цепи 7. Заданный цикл работы мани¬
пулятора выполняется по программе с помощью устройства управ¬
ления, электрически связанного с оборудованием АЛ. Необходимая
электроаппаратура управления смонтирована в электрошкафу.
На рис. 8.13 изображены манипуляторы, консольно располо¬
женные на портале. Они предназначены для перемещения и загруз-
Технологическая классификация
№
груп¬
пы
Общее исполнение
Подвиж¬
ность
корпуса
Грузо¬
подъем¬
ность
Коли¬
чество
манипу¬
ляторов
Система
коорди¬
нат
Тип
привода
Испол¬
нение
Точ¬
ность
позици¬
ониро¬
вания
I
Непо¬
движный
Сверх¬
легкие
(до 10 Н)
1
Прямо¬
угольная
Пневма¬
тический
Нор¬
мальное
Низкая
(погре¬
шность
1,5...
3 мм)
II
Подвиж¬
ный на¬
польный
Легкие
(10...
100 Н)
2
Цилинд¬
рическая
Гидрав¬
лический
Пылеза¬
щищен¬
ное
Средняя
(0,1 ...
1 мм)
III
Подвиж¬
ный под¬
весной
Средние
(100...
1000 Н)
Много-
манипу-
лятор-
ные
Сфери¬
ческая
Электро¬
механи¬
ческий
Тепло¬
защи¬
щенное
Высокая
(менее
0,1 мм)
IV
Тяжелые
(свыше
1000 Н)
Комби¬
ниро¬
ванная
Комби¬
ниро¬
ванный
Пожаро-
и взры¬
вобез¬
опасное
236

ки-выгрузки деталей типа валиков, фланцев и плоских деталей
(в последнем случае захват должен быть вакуумный или электро¬
магнитный). По конструкции такие манипуляторы могут иметь две
руки (рис. 8.13, а) или одну (рис. 8.13, б).
Промышленные роботы. Автоматический быстропереналажива-
емый манипулятор с программным управлением, способный с
помощью механических рук захватывать, ориентировать и транс¬
портировать обрабатываемые изделия или выполнять разнообраз¬
ные операции, относящиеся к деятельности человека, называет¬
ся промышленным роботом (ПР).
Промышленные роботы имеют различные конструктивные ис¬
полнения и технические характеристики, которые определяют
их технические возможности и области применения в AJI.
Классификационные особенности (табл. 8.1) определяются об¬
щим конструктивным исполнением, подвижностью и способом
управления ПР.
Таблица 8.1
промышленных роботов
Подвижность
Управление
Степень
универ¬
сально¬
сти
Степень
подвиж¬
ности
Ход
манипу¬
ляторов
Быстро¬
действие
Тип
управ¬
ления
Метод
програм¬
мирования
Объем
памяти
Коли¬
чество
внешних
команд
Специ¬
альный
Малая
(с чис¬
лом сте¬
пеней
свободы
до 3)
Малый
(до
300 мм)
Малое
(линей¬
ная ско¬
рость до
0,5 м/с)
Цикло¬
вое
про¬
грам¬
мное
Обучением:
ручное,
полуавто¬
матическое,
автомати¬
ческое
Малый
(менее
100
кадров)
Малое
(до 15)
Специ¬
ализиро¬
ванный
Средняя
(4 ...6)
Средний
(300...
1000 мм)
Среднее
(0,5...
1 м/с)
Пози¬
ционное
про¬
грам¬
мное
Аналити¬
ческое:
механизи¬
рованный и
автоматиче¬
ский расчет
программ
Сред¬
ний
(100...
600
кадров)
Сред¬
нее
(15...60)
Универ¬
сальный
Высокая
(6 и
более)
Большой
(свыше
1000 мм)
Высокое
(свыше
1 м/с)
Кон¬
турное
про¬
грам¬
мное
Самообу¬
чением: с
участием
оператора,
в процессе
работы
Боль¬
шой
(свыше
600
кадров)
Боль¬
шое
(свыше
60)
Адап¬
тивное
237

Промышленные роботы применяются как для выполнения
основных технологических операций (окраска, резка, точечная
сварка), так и для выполнения вспомогательных операций (об¬
служивание оборудования, выполнение загрузки-выгрузки при об¬
служивании металлорежущего, сборочного, кузнечно-прессового
и другого оборудования).
Промышленные роботы — одно из основных средств достиже¬
ния гибкости AJI. Они обеспечивают гибкость обрабатывающему
оборудованию при выполнении основных операций и придают
гибкость обслуживающему оборудованию в целом при выполне¬
нии вспомогательных операций.
ПР могут работать самостоятельно или в составе различного
оборудования, выполнять разнообразные операции. Области при¬
менения ПР при обслуживании оборудования, входящего в AJI
механообработки, в последовательности прохождения заготовок
от склада до обрабатывающего оборудования и с учетом сопут¬
ствующих операций (контроля, смены инструмента, уборки от¬
ходов) приведены в табл. 8.2.
Таблица 8.2
Применение ПР на различных операциях механообработки
Назначение ПР
Условное обозначение
Складской
ПРск
Транспортный подвижный:
подъемный
напольный (робокар)
ПРШ
ПРтрк
Неподвижный напольный для обслуживания
конвейеров:
подвесных
напольных
ПРнпк
ПР„к
Подвижный для обслуживания станков:
подвесной
напольный
ПРпп
ПРпн
Неподвижный, устанавливаемый на станке
ПР„с
Неподвижный напольный для обслуживания
станков
ПР„нс
Для транспортировки контрольных средств
ПРж
Для непосредственного контроля
ПРк
Для замены инструмента в магазинах
ПРИМ
Для установки заготовок на паллеты
ПРзп
Для удаления стружки из зоны резания
ПРор
238

В AJI механообработки основные операции, выполняемые на
металлорежущем оборудовании различных видов с ЧПУ, автома¬
тизированы, и обеспечивается быстрая его перенастройка при пе¬
реходе к изготовлению других изделий. Вспомогательные опера¬
ции по загрузке заготовок и выгрузке обработанных деталей из
зоны резания станков с ЧПУ могут выполнять ПР. Это такие опе¬
рации, как взятие заготовок из накопительно-ориентирущих уст¬
ройств, транспортировка и установка их в зону обработки, взятие
готовых кассет с обработанными изделиями, транспортирование
и укладка их в тару или на промежуточные устройства для выпол¬
нения последующих операций и т.д. Применение ПР обеспечива¬
ет автоматизацию и необходимую гибкость при перенастройке ос¬
новного технологического оборудования.
На рис. 8.14 приведена схема выполнения ПР операций при
обслуживании станков с ЧПУ в составе АЛ.
В АЛ можно применять разнообразные ПР: с неподвижными,
подвижными напольными и подвижными подвесными корпуса¬
ми; различной грузоподъемности и с разными приводами; одно-
и двухманипуляторные; специализированные и универсальные; с
четырьмя—шестью степенями подвижности (в прямоугольной,
цилиндрической, сферической и комбинированных системах ко¬
ординат); с ходом манипуляторов 300... 1000 мм и более; с быстро¬
действием от 0,5 до 1 м/с; с погрешностью позиционирования
до 1 мм; с позиционными и контурными устройствами програм¬
много управления, а в ряде случаев и с цикловыми устройствами.
Рис. 8.14. Блок-схема выполнения ПР операций при обслуживании
станков с ЧПУ в составе AJI
239

По степени подвижности корпусов ПР различают их исполнения:
с неподвижным корпусом, устанавливаемые перед станком (ПРННС)
или непосредственно на станке — на верхней части передней баб¬
ки (ПРНС); подвижные напольные ПРпн и подвесные ПРпп для об¬
служивания нескольких станков.
Важная принадлежность ПР — захваты. Заготовки берутся за¬
хватами за наружную, внутреннюю, а иногда и за боковую поверх¬
ность. Захваты должны обеспечивать работу в довольно широком
диапазоне размеров транспортируемых изделий. Для сокращения
времени на снятие готовой детали и установку новой заготовки
широко применяют двойные захваты, расположенные друг над
другом и поворачивающиеся вокруг оси манипулятора на 180° и
более. Следует предусматривать возможность автоматической сме¬
ны захватов при переходе к обработке других групп изделий.
Конструкция накопительно-ориентирующих устройств ПР оп¬
ределяется конструктивными особенностями обрабатываемых из¬
делий. Основные требования, предъявляемые к этим устройствам:
обеспечение подачи заготовок для захвата ПР и автоматическая
смена или перенастройка при переходе к обработке других из¬
делий.
Заготовки в форме дисков (шестерни, кольца подшипников)
на одно- и многошпиндельных патронных автоматах с горизон¬
тальным и вертикальным расположением шпинделей, а также на
ряде зубообрабатывающих станков поступают для обработки в стро¬
го ориентированном положении в специальной таре, кассетах или
переносных магазинах, устанавливаемых на промежуточных сто¬
лах или специальных приемных устройствах. При рассредоточе¬
нии заготовок требуются более совершенные ПР, что связано с
необходимостью взятия заготовок из разных зафиксированных мест
их расположения. При использовании кассет или магазинов, обес¬
печивающих поштучную выдачу заготовок, можно применять бо¬
лее простые ПР.
К центровым или патронно-центровым станкам с ЧПУ заго¬
товки типа валов поступают в таре или кассетах. Из тары заготов¬
ки должны быть перегружены в накопительно-ориентирующие
устройства, а пустые кассеты заменены на заполненные. Выгрузка
заготовок из кассет и смена кассет выполняются роботом для транс¬
портных операций. Из накопительно-ориентирующих устройств и
кассет заготовки поштучно передаются роботом в зону обработки.
Выгрузка обработанных деталей в обоих случаях производится
теми же роботами, что и загрузка заготовок. Готовая деталь после
захвата ПР (и разжима в патроне станка) выносится из зоны об¬
работки и укладывается в тару для готовой продукции.
Автоматизация загрузочно-разгрузочных операций в станках
фрезерно-расточной группы, работающих в составе AJT, прово¬
дится по двум направлениям:
240

обработка на паллетах;
подача заготовок на обработку в свободном виде без установки
на паллеты, но в специальной таре, кассетах и магазинах.
Во втором случае операции взятия, транспортирования и уста¬
новки в зону резания выполняют ПР с характеристиками, анало¬
гичными характеристикам ПР, применяемым при автоматизации
станков токарной группы.
При работе основного технологического оборудования в со¬
ставе AJI необходимо обеспечивать в автоматическом режиме смену
отдельных инструментов и инструментальных блоков по мере их
износа. Переход к изготовлению новых групп деталей также свя¬
зан с периодической сменой инструментального оснащения, а в
ряде случаев и измерительных средств. На рис. 8.15 показана схема
применения ПР и выполнения операций в автоматизированной
системе инструментального обеспечения (АСИО).
Рис. 8.15. Блок-схема операций, выполняемых ПР в АСИО
241

На станках токарной группы с ЧПУ инструмент устанавлива¬
ется с помощью специальных промежуточных оправок в специ¬
альных револьверных резцедержателях (револьверных головках)
с вертикальной и горизонтальной осью вращения. Поштучная
смена инструмента в резцедержателях с применением ПР доста¬
точно сложна, поэтому в станках токарной группы целесообраз¬
нее применять не отдельные режущие инструменты, а целые ин¬
струментальные блоки. Новый инструментальный блок поступа¬
ет на позицию смены (приема) в таре в строго фиксированном
положении. Из тары ПР перекладывает его на промежуточный
стол, снимает со станка и помещает в тару подлежащий замене
инструментальный блок. После этого берет новый блок с проме¬
жуточного стола и устанавливает его на рабочее место. Правиль¬
ность положения закрепленного блока контролируется. Извле¬
ченный из станка инструментальный блок ПР в таре отправляет
на склад.
Таким же образом и в аналогичной последовательности проис¬
ходит смена инструментальной оснастки для крепления ее в про¬
цессе обработки. Описанные работы могут выполнять подвесные
ПР и робокары с манипуляторами.
Практически все станки токарной группы имеют свободный
доступ сверху для обслуживания ПР. В связи с этим для загрузки
заготовок и выгрузки готовых изделий следует применять подвес¬
ные подвижные роботы — ПРпп.
Если фронтальная часть станка занята загрузочно-разгрузоч-
ными ПР, приемными, накопительными и другими устройства¬
ми, то робокар с манипуляторами ПРтрк может выполнять опера¬
ции по инструментальному обслуживанию только с задней сторо¬
ны станка (при наличии доступа). При разработке планировок AJI
необходимо предусмотреть подходы к станкам с обеих сторон. Для
инструментального обслуживания применяют робокары с мани¬
пуляторами тех же исполнений, что и для загрузки-выгрузки об¬
рабатываемых изделий на станке. При работе станков фрезерно¬
расточной группы и ОЦ необходимо обеспечивать автоматичес¬
кую смену инструмента. Инструмент в оправках устанавливается в
инструментальных магазинах станков; по мере необходимости ав¬
тооператор станка устанавливает необходимый инструмент из
магазина в шпиндель станка.
Инструментальные магазины ОЦ имеют разнообразные конст¬
рукции. Цепные и дисковые магазины, расположенные в верти¬
кальной плоскости, могут обслуживаться робокарами ПРТ(Ж, снаб¬
женными манипуляторами с такими же характеристиками, что и
при обслуживании станков токарной группы с ЧПУ.
На AJI устанавливаются и промежуточные магазинные устрой¬
ства с большим объемом накопления инструмента, которые об¬
служивают несколько станков. Режущий инструмент поступает в
242

промежуточные магазинные устройства одним из описанных спо¬
собов, а затем специальными ПРИМ по заданной программе пода¬
ется в магазины станков.
Состав инструментальной оснастки станков фрезерно-расточ¬
ной группы определяется способом обработки изделий: на палле¬
тах или без них. Паллеты хранятся на складе с кодом под опреде¬
ленные детали и оттуда вместе с заготовками подаются транспорт¬
ными ПРСК непосредственно на позиции AJI.
При обработке без паллет необходимо обеспечить автомати¬
ческую подачу инструментальной оснастки и различных зажим¬
ных приспособлений на станки с целью крепления заготовок. Для
этого приспособления со склада робокарами ПРтрк или подвесны¬
ми ПРпп подаются в накопительные устройства, установленные
возле станков. С помощью автооператоров и простых транспорт¬
ных механизмов одни крепежные приспособления снимаются со
станков и укладываются на полки стеллажей, а другие загружают¬
ся в соответствии с заданной программой. Часть использованных
приспособлений забирается со стеллажей и отправляется транс¬
портными средствами на склад.
Для бесперебойной работы основного технологического обо¬
рудования в составе AJI необходимо обеспечить регулярное удале¬
ние стружки из зоны резания и от станка. На рис. 8.16 представле¬
на блок-схема применения ПР в автоматизированной системе уда¬
ления отходов производства (АСУО).
Рис. 8.16. Блок-схема операций, выполняемых ПР в АСУО
243

Из зоны резания стружка попадает в стружкоприемник и далее
в тару — непосредственно или по конвейерной системе. Напол¬
ненная стружкой тара выдвигается автооператором станка на по¬
зицию выдачи, а на ее место ставится новая тара. Робокар ПР^
забирает заполненную тару и отвозит ее к месту приема стружки,
где специальный автооператор принимает тару, освобождает от
стружки и возвращает на робокар ПРтрк, который доставляет пус¬
тую тару к месту ее хранения или к станку на позицию загрузки.
Наполненную и подготовленную тару можно транспортировать
с помощью подвесных ПРпп, выполняющих перевозку заготовок
и обработанных деталей.
Витую стружку необходимо дробить, поэтому удаление ее из
зоны резания с использованием ПР связано со значительными
техническими трудностями. Для этой цели приемлемы специаль¬
ные ПРстр, снабженные элементами технического зрения. Выведен¬
ная из зоны резания витая стружка попадает в стружкоприемную
часть с дробильными устройствами, а после дробления — в тару.
Очистку и подготовку установочных мест для заготовок перед
обработкой выполняют автооператоры станка. В токарных станках с
ЧПУ необходимо очищать от остатков стружки инструментальную
оснастку для последующей установки и крепления заготовок. В стан¬
ках фрезерно-расточной группы и в ОЦ очистке подлежат устано¬
вочные поверхности для самих деталей и для паллет с деталями.
Промышленные роботы применяют в транспортной системе
AJI для транспортирования обрабатываемых изделий, что позво¬
ляет:
упростить конструкцию встраиваемых в линию станков, по¬
скольку отпадает необходимость их оснащения загрузочными и
разгрузочными механизмами;
останавливать при переналадке только часть оборудования, а
остальное использовать для создания задела обрабатываемых де¬
талей;
упростить транспортную систему, так как отпадает необходи¬
мость в приспособлениях-спутниках, системах возврата, кантова¬
телях и т.п.;
сократить сроки проектирования, изготовления, освоения и
монтажа новых AJ1, так как ПР можно изготовить и отладить за¬
ранее;
переналаживать AJI на обработку новых (не запланированных
при создании AJT) деталей, так как вопрос их транспортирования,
загрузки и выгрузки решается с помощью уже имеющихся ПР.
Планировка переналаживаемой AJI, обслуживаемой ПР и пред¬
назначенной для обработки поворотных кулаков типов А и Б гру¬
зовых автомобилей приведена на рис. 8.17.
Подаваемые конвейером 1 заготовки оператор устанавливает
на станок 2, где производятся сверление отверстий во фланце и
244

Рис. 8.17. Поворотные кулаки двух типов (а) и переналаживаемая AJI
для их обработки, обслуживаемая ПР (б):
1 — конвейер; 2, 14, 17, 22 — станки; 3 — контрольное устройство; 4, 13, 16 —
накопители; 5, 18, 21 — ПР; 6, 12, 15 — позиции обдувки; 7, 8, 9, 19, 20 —
позиции станков; 10, 23 — фрезерные головки; И — салазки
развертывание базового отверстия для выполнения последующих
операций. Затем оператор проверяет изделие на контрольном уст¬
ройстве 3 и укладывает его во вращающийся накопитель 4. ПР 5
подает изделие из накопителя на позицию 6 обдувки и поворачи¬
вает под струями сжатого воздуха, чтобы деталь очистилась от
оставшейся стружки. Затем ПР перемещает изделие в вертикаль¬
ном положении на позицию 7 фрезерного станка 22. Последний
имеет фрезерные головки 23 и 10 и салазки 11, на которых уста¬
новлены два приспособления: одно предназначено для зажима
изделия во время первого фрезерования (при движении от пози¬
ции 7 до позиции 8), другое — для зажима его во время второго
фрезерования (при движении от позиции 8 до позиции 9).
245

При отводе салазок в позицию 7 ПР 5 продувает приспособле¬
ние, устанавливает на нем изделие и дает команду на зажим. За¬
тем ПР 5 отводится от позиции обработки и дает команду на на¬
чало рабочего цикла.
После выполнения головкой 23 фрезерования приспособление
подается на позицию 8. Устройство, смонтированное на позиции 8,
продувает приспособление и берет обработанное изделие, а са¬
лазки возвращаются в исходную позицию. Одновременно с этим
изделие, установленное на втором приспособлении, перемещает¬
ся с помощью автоматического устройства на позицию 9.
С позиции 9 изделие передается ПР 21 на позицию 12 обдувки
и затем устанавливается в вертикальном положении над пози¬
цией 20 фрезерного станка 14, рабочий цикл которого аналоги¬
чен рабочему циклу станка 22. ПР 18 берет изделие с позиции 19,
устанавливает его на позицию 15 обдувки, затем на сверлильный
агрегат 17. Далее изделия подаются на транспортер для дальней¬
шей обработки.
Переналадку AJI с обработки кулака типа А на обработку кула¬
ка типа Б (или наоборот) выполняют в следующем порядке:
1)	налаживают станок 2 для обработки кулака типа Б, заменяя
установочные штифты и зажимы приспособления (при этом AJI
продолжает обрабатывать кулаки типа А, используя их запас в
накопителе 4);
2)	по окончании обработки кулаков типа А останавливают
фрезерный станок 22 и монтируют оснастку для обработки кула¬
ков типа Б (при этом станок 2 уже обрабатывает кулаки типа Б,
укладываемые оператором в накопитель 4, а станки 14 и 17 про¬
должают обрабатывать кулаки типа А, поступающие из накопите¬
лей 13 и 16) ;
3)	после отладки фрезерного станка 22 и истощения запаса
кулаков типа А в накопителе 13 ПР 5 начинает загрузку кулаков
типа Б на фрезерный станок 22, а ПР 21 выгружает изделия и
укладывает их в накопитель 13; одновременно заменяется оснаст¬
ка фрезерного станка 14.
Таким образом AJI последовательно переналаживается на вы¬
пуск кулака другого типоразмера.
Поскольку захватные устройства — сменные элементы ПР, то
можно переналаживать линию на изготовление не только одно¬
типных деталей, но и изделий других наименований.
На рис. 8.18 показаны различные захватные устройства ПР —
они отличаются по типу привода.
В гидромеханическом рычажном устройстве (рис. 8.18, а) захват
изделия / клещами 2 происходит при повороте рычагов 3, дей¬
ствующих от гидроцилиндра.
В гидромеханическом реечном устройстве (рис. 8.18, б) захват
изделия 1 клещами 2 происходит при повороте рычагов 3 с зубча-
246

2
Рис. 8.18. Захватные устройства ПР:
а — гидромеханическое рычажное; б — гидромеханическое реечное; в — механи¬
ческое клиновое; г — вакуумное; д — магнитное; е — эластичное с пневматикой;
1 — изделие; 2 — клещи; 3 — рычаги; 4 — гидроцилиндр; 5 — рейка; 6 — клин;
7	— захват; 8 — электромагнит; 9 — электрические обмотки; 10 — резиновые
камеры
тыми секторами, находящимися в зацеплении с рейкой 5, пере¬
мещаемой гидроцилиндром 4.
В механическом клиновом устройстве (рис. 8.18, в) захват изде¬
лия 1 клещами 2 производится при повороте рычагов 3, переме¬
щаемых клином 6.
В вакуумном устройстве (рис. 8.18, г) изделия 7 удерживаются
захватами 7, оснащенными резиновыми прокладками. При под¬
ходе руки ПР к изделию из полости захватов откачивается воздух,
в результате чего образуется зона низкого давления и захваты под
действием атмосферного давления прижимаются к изделию и удер¬
живают его.
В магнитном устройстве (рис. 8.18, д) изделия 7 захватываются
электромагнитами 8, в которых (после включения обмоток 9 в элект¬
росеть) возникает магнитный поток, замыкающийся с изделием.
В эластичном устройстве с пневматикой (рис. 8.18, е) захват из¬
делия 7 осуществляется при откачке воздуха из эластичных рези¬
новых камер 10, имеющих форму пальцев. В результате пальцы
сводятся к центру и удерживают изделие.
247

8.3. Транспортные устройства АЛ
Классификация транспортных систем. Комплекс автоматических
устройств, совершающих загрузку, разгрузку, межоперационное на¬
копление и перемещение заготовок и обработанных деталей со
станка на станок, называется транспортной системой AJI.
По виду связи между станками транспортные системы, как и
AJT, делятся на сблокированные и несблокированные.
Сблокированные транспортные системы обеспечивают жесткий
режим работы AJI, перемещая детали между всеми станками ли¬
нии одновременно в момент, когда закончилась работа станка с
наибольшим временем рабочего цикла.
Несблокированные транспортные системы обеспечивают гибкий
режим работы АЛ, перемещая детали от станка к станку не в одно
время, а по мере завершения рабочего цикла каждого из станков
(или группы станков); при этом создается межоперационный за¬
дел деталей, для хранения которого используются пристаночные
накопители.
Транспортные системы подразделяются также на ветвящиеся и
неветвящиеся. В ветвящихся системах (рис. 8.19, а) с помощью
устройства 1 поток обрабатываемых деталей 2 разделяется на не¬
сколько потоков; при этом число потоков равно числу параллель¬
но работающих станков, к которым требуется подать детали. Не¬
ветвящиеся транспортные системы (рис. 8.19, б) характеризуются
одним потоком деталей.
Изделия перемещаются в транспортных системах с помощью
приводных устройств (принудительные системы) или под действием
собственного веса (самотечные системы). Кроме того, транспорт¬
ные системы работают периодически (прерывистые системы) или
безостановочно (непрерывные системы), а также могут обладать
несколькими из указанных свойств в различной комбинации.
В качестве транспортных сис¬
тем используются конвейеры
(шаговые, цепные, вибрацион¬
ные, ленточные, винтовые, ро¬
ликовые и др.), подъемники
(цепные, вибрационные и др.),
лотки, автоматические накопите¬
ли деталей (бункеры, магазины).
Рис. 8.19. Ветвящиеся (с) и неветвя¬
щиеся (б) транспортные системы:
1	— устройство разделения потока; 2 —
транспортируемая деталь
248

Конвейеры. Прерывистое принудительное перемещение изде¬
лий возможно на шаговых, вибрационных, пильчатых и гребен¬
чатых конвейерах, а также на шаговых конвейерах с управляемы¬
ми подъемными или толкающими собачками. Такие конвейеры
обеспечивают перемещение деталей на один шаг. Величина шага
изменяется в значительных пределах: от 0,1... 0,8 м (для шаговых
конвейеров) до 0,02...0,05 м (для пильчатых и гребенчатых кон¬
вейеров).
Шаговый конвейер с упирающимися собачками (рис. 8.20, а) ис¬
пользуется для перемещения деталей (в основном корпусных) со
скоростью до 10 м/мин. Конвейер состоит из нижних и боковых
направляющих 4, по которым штангой 1 (с приводом от гидроци¬
линдра 5) перемещается деталь 3. На штанге на осях 7закреплены
(через шаг) собачки 2, упирающиеся в шпильку 8 и стремящиеся
занять вертикальное положение под действием пружины 6. При
движении штанги вперед собачки упираются в деталь и переме¬
щают ее на шаг. При обратном ходе штанги собачки, наталкиваясь
задней стороной на деталь, утапливаются в гнездо штанги. При
дальнейшем движении штанги собачки под воздействием пружи¬
ны 6 принимают исходное положение.
Шаговый конвейер с поворотными захватами (рис. 8.20, б) при¬
меняется для перемещения деталей со скоростью свыше 10 м/мин
и позволяет с большой точностью фиксировать транспортируемую
деталь. Штанга 1, перемещаясь под действием гидроцилиндра 5
вперед, транспортирует детали 3 по направляющей 4 с помощью
захватов 9, находящихся на штанге. По окончании хода штанга 1
с помощью гидроцилиндра 11 через рычаг 10 поворачивается в
такое положение, при котором захваты 9 не касаются деталей.
Штанга возвращается в исходное положение, а ее захваты опуска¬
ются вниз, захватывая новые детали для последующего переме¬
щения.
Рис. 8.20. Шаговые конвейеры с упирающимися собачками (а) и с пово¬
ротными захватами (б):
1 — штанга; 2 — собачка; 3 — деталь; 4 — направляющие; 5, 11 — гидроцилиндры;
6 — пружина; 7 — ось; 8 — шпилька; 9 — захват; 10 — рычаг
249

Пильчатый конвейер (рис. 8.21) имеет два разделителя, кото¬
рые делят на два потока (I и II) детали 4, поступающие с шагово¬
го конвейера 3. Каждый из разделителей оснащен двумя непо¬
движными 10 и двумя подвижными 9 пилообразными рейками,
которым сообщаются возвратно-поступательные движения от гид¬
роцилиндра 2 через угловые рычаги 5, 7 и тяги 1, 6. Во время хода
подвижных реек 9 вверх-вниз детали 4 перемещаются от центра
к краю конвейера в результате их переноса через вершины непо¬
движных реек 10 и дальнейшего скатывания по наклонной части
зубьев. С пильчатых конвейеров детали забираются шаговыми кон¬
вейерами 8 и 11. Пильчатые конвейеры наряду с функцией пере¬
мещения деталей выполняют роль накопителей заделов.
Гребенчатые конвейеры (рис. 8.22) предназначены для пере¬
мещения и накопления деталей с заплечиками (типа шатуна). Транс¬
портирование шатунов 1 происходит по двум стенкам 2, на кото¬
рых висят шатуны (с наклоном 6... 10° от вертикали по ходу движе¬
ния). Между стенками установлена гребенка 3, на зубья которой
опирается нижняя головка шатуна. Гребенке сообщается возврат-
но-поступательное движение с амплитудой 8... 10 мм от электро¬
двигателя 5 через эксцентриковый валик 4. При подъеме гребенки 3
шатун смещается большой головкой по верхней стороне стенок
влево, а при опускании гребенки — малой головкой в ту же сто-
Рис. 8.21. Пильчатый конвейер:
1,6 — тяги; 2 — гидроцилиндры; 3, 8, 11 — шаговые конвейеры; 4 — транспор¬
тируемые детали; 5, 7 — рычаги; 9 — подвижные рейки; 10 — неподвижные
рейки; I, II — потоки деталей
250

рону. Выдача шатунов с конвей¬
ера (через упор, находящийся в
конце стенки 2) осуществляет¬
ся штоком пневмоцилиндра 6.
Конвейеры для непрерывного
перемещения деталей — транс¬
портные устройства, перемеща¬
ющие детали посредством непре¬
рывной ленты, цепи, приводных
роликов. С помощью таких кон¬
вейеров детали на несущей по¬
верхности движутся непрерыв¬
ным потоком (до упора). При
остановке деталей лента (цепь)
продолжает двигаться, проскаль¬
зывая под ними. Возможность перемещения деталей сплошным
потоком позволяет использовать такие конвейеры в качестве на¬
копителей.
Цепной конвейер для непрерывного перемещения деталей, сто¬
ящих на торцах или в приспособлениях-спутниках, состоит из
многорядных втулочно-роликовых цепей 6 (рис. 8.23), натянутых
на звездочки 4 и 9. Последние смонтированы в каркасах 3, уста-
Рис. 8.22. Гребенчатый конвейер:
1	— транспортируемая деталь (шатун);
2	— стенки; 3 — гребенка; 4 — экс¬
центриковый валик; 5 — электродви¬
гатель; 6 — пневмоцилиндр
Рис. 8.23. Цепной конвейер для пере¬
мещения деталей на торцах или в ПС:
1 — основание; 2 — стойки; 3 — каркасы;
4, 9 — звездочки; 5 — отсекатели; 6 — вту-
лочно-роликовые цепи; 7 — транспортиру¬
емые детали; 8 — ПС; 10 — электродвига¬
тель; 11 — цепная передача
251

новленных на регулируемых по высоте стойках 2 основания 7.
Цепям сообщается движение от электродвигателя 10 с редуктором
через цепную передачу 11. На каркасах 3 установлены отсекатели 5,
обеспечивающие при необходимости остановку движущихся де¬
талей 7 (или ПС 8 с деталями).
Конвейеры для перемещения деталей в ПС используются в AJI, в
которых загрузка заготовок на станки и выгрузка деталей произ¬
водится манипуляторами.
На рис. 8.24 показан конвейер для перемещения деталей в ПС 7
посредством подъемника 7, приводных роликов 6и опускателя 77.
Приспособления-спутники 7 вместе с деталями 8 перемещаются
17
8	А-А	21
Рис. 8.24. Конвейер для перемещения деталей в ПС посредством подъем¬
ника и опускателя:
I	— подъемник; 2— гидроцилиндры; 3, 15 — звездочки; 4, 10, 13, 14 — цепи; 5 —
каретки; 6, 19 — ролики; 7— ПС; 8— транспортируемая деталь; 9— отсекатели;
II	— опускатель; 12 — электродвигатель; 76, 18 — оси; 77 — рамы; 20 — направ¬
ляющие; 21 — фрикционные втулки; 22 — преобразователь перемещений
252

по верхнему ряду роликов 6, смонтированных на осях 16 рамы 17,
а возврат разгруженных ПС происходит по нижнему ряду. Враще¬
ние роликам сообщается от электродвигателя 12 с редуктором по¬
средством звездочек 15 и приводных замкнутых цепей 10, 13 и 14.
В вертикальном направлении ПС /перемещаются подъемником 1
и опускателем 11, в которых каретки 5 (с роликами 6, несущими
ПС 7) передвигаются гидроцилиндрами 2. Необходимые горизон¬
тальные перемещения ПС 7 с каретки подъемника на конвейер и
с конвейера на каретку опускателя осуществляются роликами 6
кареток 5, приводимых во вращение звездочкой 3 гидромотора
через цепи 4. Для предотвращения поперечного движения ПС 7
Загрузка
i^i * /1
=ng±
Выгрузка
у4	5
Рис. 8.25. Конвейер для перемещения деталей в ПС с помощью замкну¬
тых цепей:
1 — ПС; 2 — транспортируемая деталь; 3 — цепи; 4 — отсекатели; 5, 9 — звез¬
дочки; 6 — цепная передача; 7— электродвигатель; 8— упор; 10— поводок; 11 —
преобразователь перемещений; 12 — рамы; 13, 17 — ролики; 14 — уголок; 15 —
скоба; 16 — полка
253

на конвейере предусмотрены направляющие 20, между которыми
находятся ролики 19, оси 18 которых закреплены в ПС 7. Враще¬
ние осей 16 передается приводным роликам 6 через фрикцион¬
ные втулки 21, запрессованные в ролики, что обеспечивает про¬
буксовку роликов, находящихся под ПС во время их остановки.
Управляют перемещениями ПС бесконтактные преобразователи
перемещений 22, воздействующие на отсекатель 9, останавлива¬
ющий ПС в заданном месте.
Конвейер, представленный на рис. 8.25, также предназначен
для перемещения деталей в ПС, но имеет другое конструктивное
решение. ПС 1 с деталями 2 перемещаются по верхним ветвям
многорядных втулочно-роликовых цепей 3, а разгруженные ПС —
по нижним ветвям. Цепи 3 натянуты на звездочки 5 и Р. Привод¬
ные звездочки 5 вращаются от электродвигателя 7 с редуктором
через цепную передачу 6. Ролики 7 7 цепи 3 перемещаются по пол¬
кам 16 рамы 12 конвейера. На роликах цепей свободно стоят ПС 7.
Скобы 75, прикрепленные к ПС, предотвращают их выпадение с
роликов. Смещение ПС в поперечном направлении предотвраща¬
ется роликами 13, находящимися между неподвижными уголка¬
ми 14 рамы 12. ПС перемещаются с верхних ветвей цепей на ниж¬
ние под действием собственного веса по роликам звездочек 5; с
нижних ветвей цепей на верхние поднимаются по роликам звез¬
дочек 9 поводком 10, вращающимся совместно со звездочками 9.
Поводок при подъеме упирается в упор 8 ПС. Перемещением ПС
управляют бесконтактные преобразователи перемещений 77, воз¬
действующие на отсекатели 4, которые останавливают ПС в за¬
данном месте.
Для перемещения и загрузки деталей типа колец на бесцентро¬
вые круглошлифовальные станки используется двухвалковый кон¬
вейер (рис. 8.26), состоящий из валков 7, приводимых во вращение
электродвигателем 8 через ременную 10 и цепную 77 передачи.
Валки установлены в корыте 4 на шарнирных опорах 3 и 9. Коры¬
1 2 +■
1.
Рис. 8.26. Двухвалковый конвейер:
1 — валки; 2 — транспортируемые
детали; 3, 9 — шарнирные опоры;
4 — корыто; 5, 6 — ходовые винты;
7 — тумба; 8 — электродвигатель;
10 — ременная передача; 11 — цеп¬
ная передача
254

то 4 с валками 1 совершает установочные перемещения в гори¬
зонтальном (от ходового винта 5) и вертикальном (от ходового
винта 6) направлениях. Опора ходового винта 6 крепится в тумбе 7.
Конвейер, сообщающий деталям 2 одновременно поступательное
и вращательное движения, обеспечивает возможность остановки
деталей без остановки вращения валков.
Подъемники. Подъемники не¬
прерывного и периодического
действия (цепные, толкающие
и вибрационные) служат для
перемещения деталей в верти¬
кальном направлении. Наиболь¬
шее распространение получили
цепные подъемники непрерыв¬
ного действия.
В цепном подъемнике-распре¬
делителе (рис. 8.27) перемеща¬
емые детали (кольца, фланцы)
базируются по своей наружной
поверхности. Подъемник харак¬
теризуется тем, что в процессе
перемещения один поток дета¬
лей может разделяться на не¬
сколько потоков. Подъемник
состоит из основания 1, карка¬
са, сваренного из двух швелле¬
ров 25, и крышки 11. Между
швеллерами на звездочках 2 и 9
натянута двухрядная втулочно¬
роликовая цепь 20 с прикреп¬
ленными (шаг 300...500 мм)
площадками 21, на которых рас-
Рис. 8.27. Цепной подъемник-рас¬
пределитель деталей по потокам:
1 — основание; 2, 9, 17 — звездочки;
3, 14, 15 — лотки; 4 — планки; 5, 10,
19— винты; 6, 8— копиры; 7 — элект¬
ромагнит; 11 — крышка; 12— каретка;
13	— цепная передача; 16 — редуктор;
18 — кронштейн; 20 — втулочно-ро¬
ликовая цепь; 21 — площадка; 22 —
направляющие; 23 — скалки; 24 — ры¬
чаг; 25 — швеллеры; 26 — транспорти¬
руемая деталь
Й	10
255

полагаются детали 26. Цепь получает движение от электродвигате¬
ля с редуктором 16 через звездочку 17 и цепную передачу 13.
Натяжение цепи передачи 13 регулируется перемещением крон¬
штейна 18 (с редуктором) посредством винта 19; натяжение це¬
пи 20— перемещением посредством вита 10 каретки 12, в которой
размещен вал верхней звездочки 9. Для предотвращения выпаде¬
ния (при движении) деталей 26 с площадок 21 предусмотрены
две боковые направляющие 22, закрепленные на винтах 5 в план¬
ках 4, приваренных к швеллерам 25. Расстояние между направля¬
ющими 22 регулируется в зависимости от диаметра перемещае¬
мых деталей. С лицевой стороны каркаса предусмотрены две скал¬
ки 23, установленные на поворотных рычагах 24. Расстояние ска¬
лок от цепи 20 регулируется в зависимости от ширины перемеща¬
емых деталей. Последние поступают в подъемник по лотку 3, а
выходят по лоткам 14 и 15, число которых (1 — 3) соответствует
числу потоков деталей. С площадки 21 в верхний лоток 14 деталь
выдается при ее наталкивании на скошенную часть неподвижного
копира 8. Выдача детали в последующий (второй, третий) лоток 15
осуществляется поворотным копиром 6, действующим от элект¬
ромагнита 7.
В цепном подъемнике (рис. 8.28) для крупных колец, гильз,
поршней, фланцев детали перемещаются по вертикальным це¬
пям, установленным на звездочках 1 и 12. Детали 9 перемещаются
Загрузка
256

подъемником вверх крестообразными люльками 4, свободно под¬
вешенными (через определенный шаг) на осях 14 к двум замкну¬
тым цепям 10 и 11. Цепям сообщается движение от электродвига¬
теля с редуктором 3, передающим вращение звездочке 1 через
цепную передачу 2.
В подъемник детали 9 поступают и выдаются из него по на¬
клонным лоткам 5 и 13 соответственно, состоящим из боковых
планок, в которых на осях (на шарикоподшипниках) укреплены
свободно вращающиеся длинные 6 и короткие 7 ролики. Между
этими планками и роликами образуется крестообразная щель для
прохода цепей 10 ж 7 / и люлек 4. При поступлении из наклонного
лотка 5 на короткие ролики 7 очередная деталь соприкасается с
упорами 8 планок. При подъеме люлька 4 проходит через щель в
коротких роликах и снимает с них деталь. При опускании люлька
проходит через аналогичную щель в лотке 13, в результате чего
деталь остается на коротких роликах и благодаря наклонному рас¬
положению лотка выкатывается.
Лотки. В АЛ широко используются наклонные лотки для само¬
течного транспортирования деталей 1 под действием собственно¬
го веса, подразделяющиеся на жесткие прямые (рис. 8.29, а),
гибкие прямые (рис. 8.29, б—д) и изогнутые (рис. 8.29, е—к). Опор¬
ной плоскостью для деталей в лотках может быть полоса 2 (см.
рис. 8.29, а, б), пруток 5(см. рис. 8.29, и), шарикоподшипники 77
(см. рис. 8.29, з) или ролики 14 (см. рис. 8.29, к).
Угол наклона лотков устанавливается опытным путем в зави¬
симости от массы и формы деталей: 10... 15° при качении колец,
дисков, базирующихся по их наружной поверхности; 20...25° при
скольжении поршней, гильз, базирующихся по торцам; 3...50 при
качении деталей, базирующихся торцами по роликам. На спираль¬
ной части гибких лотков угол наклона увеличивается на 20...30°.
Перемещая детали, лотки одновременно и ориентируют их.
Лотки собираются из унифицированных деталей. Особеннос¬
тью гибких лотков является то, что их при сборке можно подго¬
нять по месту в зависимости от расположения оборудования.
Гибкие лотки изготовляются из стальной ленты, поставляемой
в бунтах. Ширина заготовки лотка определяется габаритом дета¬
лей 7. В листе выштамповывают прорези для прохода соединитель¬
ных шпилек 4. Стенки 3 соединяются с боковыми полосами 6 по¬
средством шпилек 4 с промежуточными втулками 9, на гайки 7
обязательно ставят контр-шайбы 8. Для предотвращения выпаде¬
ния деталей из лотков сверху предусматриваются предохранитель¬
ные полосы 10. Шарикоподшипники 77 укрепляются на стенках с
помощью осей 12 и гаек 7(см. рис. 8.29, з). В лотках с роликами 14
(см. рис. 8.29, к) стенки 3 соединяются между собой скобками 13.
Средний радиус Т^р изгиба лотка (см. рис. 8.29, ж) составляет
3	— 5 наружных диаметров транспортируемой детали.
9 Черплко»
257

9	4	14	11	13
ж	к
Рис. 8.29. Лотки для самотечного перемещения деталей:
а — жесткий прямой; б — д — гибкие прямые; е—к — изогнутые; 1 — транспор¬
тируемые детали; 2, 6, 10 — полосы; 3 — стенки; 4 — шпильки; 5 — прутки; 7 —
гайки; 8— шайба; 9— втулки; 11 — шарикоподшипники; 12— ось; 13 — скобка;
14	— ролик
Наклонные лотки для полусамотечного перемещения легких (мас¬
сой до 0,5 кг) деталей (рис. 8.30) применяются в тех случаях,
когда требуемый угол у наклона лотка не должен превышать 2,5... 3°.
Уменьшению силы трения между поверхностями лотка и детали,
движущейся под собственным весом, способствует вращение вал¬
ков 1 (рис. 8.30, а), несущих детали 2.
258

2	345
Рис. 8.30. Наклонные лотки с вращающимися валками (а) и воздушной
прослойкой (б) для полусамотечного перемещения деталей:
1 — валки; 2 — деталь; 3 — лоток; 4 — отверстие; 5 — распределительный канал
В пневматических полусамотечных лотках (рис. 8.30, б) для умень¬
шения силы трения вводят воздушную прослойку (толщиной
0,01 ...0,02 мм) между поверхностями детали 2 и лотка 3. Сжатый
воздух под давлением 0,01 ...0,02 МПа подается в распределитель¬
ный канал 5 и далее через отверстия 4 поступает под опорные
плоскости деталей 2.
Автоматические накопители. Указанные накопители подразде¬
ляются на бункеры и магазины. В бункерах детали (заготовки) за¬
сыпаются и хранятся навалом, а выдаются в ориентированном
положении. В магазинах детали принимаются, хранятся и выдают¬
ся только в ориентированном положении. Накопитель встраивают
в AJI таким образом, чтобы обеспечить работу как с накопите¬
лем, так и без него. В последнем случае детали подаются через
обходной лоток.
Автоматический бункер (рис. 8.31, а) состоит из основания 7,
чаши 2 с открытым верхом, наклонного подъемника 3, лотка
выдачи 7, лотка 7/ возврата деталей 6. В подъемнике имеются две
замкнутые цепи 5, натянутые на верхние и нижние пары звездо¬
чек. Верхним звездочкам сообщается вращение от электродвигате¬
ля с редуктором 12 через цепную передачу 10. Угол а наклона
подъемника 3 может изменяться путем поворота его вокруг оси 13
посредством вращения муфты 9 и изменения длины тяг 8. На це¬
пях 5 укреплены наклонные планки 4 для захвата деталей из чаши
и подъема их к лотку выдачи. Планки 4 в зависимости от исполне¬
ния (I, II, III) бункера могут быть наклонены вправо, влево и в
обе стороны.
Автоматический магазин со спиральным лотком (рис. 8.31, б),
предназначенный для перемещения поршней, крупных колец,
гильз, представляет собой каркас, сваренный из четырех верти¬
кальных швеллеров 20, основания 7 и двух дисков 14. На дисках
укреплены стяжки 16 с кронштейнами 19, несущими один или
несколько наклонных лотков 15, образующих однозаходную или
многозаходную спираль в зависимости от числа лотков.
259

в	6	35
Рис. 8.31. Автоматические накопители:
а — бункер; б — магазин со спиральным лотком; в — многодисковый магазин с
щетками; г — лотковый магазин; д — бункер с ножевым захватом; е — магазин
с барабанным захватом; 7 — основание; 2 — чаша; 3 — подъемник; 4 — планка;
5 — цепи; 6 — деталь; 7, 11, 75, 27 — лотки; 8 — тяга; 9 — муфта; 10 — цепная
передача; 72— редуктор; 13— ось; 14 — диски; 16— стяжка; 77— проволока; 18 —
скоба; 19 — кронштейн; 20 — швеллер; 21 — отсекатель; 22 — крышка; 23 — вал;
24 — щетка; 25 — щеткодержатель; 26 — зубчатые колеса; 28 — уголок; 29 —
распределительный механизм; 30— сварной каркас; 31 — механизм выдачи; 32 —
нож; 33 — сбрасыватель; 34 — трубка; 35 — барабан; 36, 39 — конвейеры; 37 —
шибер; 38 — гидроцилиндр
260

При выходе из магазина на лотке предусмотрен отсекатель 21
для поштучной выдачи деталей 6 (поршней, клапанов и др.).
В магазине, предназначенном для приема, хранения и выдачи
клапанов, спиральный лоток изготовляется из проволоки 17 диа¬
метром 8... 10 мм, закрепляемой на кронштейне 19 скобами 18.
Угол наклона спирали лотка составляет 10... 15°.
Автоматический многодисковый магазин с щетками (рис. 8.31, в)
для перемещения деталей 6 (колец и фланцев) состоит из карка¬
са, сваренного из четырех швеллеров 20, основания 1 и крышки
22. На швеллерах к уголкам 28 прикреплены диски 14 с лотками
15, выполненными из полос в виде архимедовой спирали. В цент¬
ре магазина проходит вал 23, закрепленный в подшипниках крыш¬
ки 22 и основания 1. На валу, над каждым диском установлены по
четыре щеткодержателя 25, несущие щетки 24 с капроновыми
нитями. Валу 23 через пару конических зубчатых колес 26 сообща¬
ется вращение от электродвигателя с редуктором 12, смонтиро¬
ванным на основании 1. Детали 6 поступают в магазин через на¬
клонный лоток, соединенный с лотком верхнего диска 14, а вы¬
ходят по лотку выдачи 7 нижнего диска. Все лотки дисков соеди¬
нены между собой соединительными лотками 27. Детали, посту¬
пившие в лоток верхнего диска, перемещаются вращающимися
щетками от периферии к центру. Дойдя до отверстия в диске,
детали проваливаются в соединительный лоток и по нему посту¬
пают к началу лотка второго диска, где их движение повторяется.
Автоматический лотковый магазин (рис. 8.31, г) для транспор¬
тирования деталей 6 (колец и фланцев) представляет собой свар¬
ной каркас 30 с установленными в нем в несколько рядов на¬
клонными лотками змееобразной формы. Детали 6 перемещаются
по лоткам под действием собственного веса. Детали подаются в
магазин посредством распределительного механизма 29, а выда¬
ются из магазина с помощью механизма 31. Распределительный
механизм 29 и механизм выдачи 31 приводятся в действие от пнев¬
моцилиндров.
На рис. 8.31, д представлен автоматический бункер с ножевым
захватом для перемещения деталей 6 (роликов). Он имеет чашу 2
с открытым верхом и боковыми наклонными стенками, между
которыми располагается плоский нож 32 с призматическим уг¬
лублением на верхней рабочей части. Нож крепится к чаше на оси
13 и может совершать относительно нее качательное движение от
электродвигателя с редуктором 12. Напротив ножа расположена
трубка 34 выдачи деталей 6. При подъеме ножа в верхнее положе¬
ние ролики оказываются в призматическом углублении ножа, со¬
скальзывают по нему к отверстию сбрасывателя 33 и, пройдя его,
поступают в трубку 34. При неправильном положении на ноже
ролик 6 сбрасывается в чашу. Угол а наклона рабочей части ножа
в его верхнем положении составляет 30...35°.
261

Автоматический магазин с барабанным захватом (рис. 8.31, е)
для транспортирования деталей 6 (валиков) представляет собой
чашу 2 со скошенными к центру стенками, между которыми раз¬
мещен барабан 35 с тремя продольными прорезями, ширина ко¬
торых соответствует диаметру валика 6. В левой скошенной стенке
чаши предусмотрено отверстие, через которое шибером 37 за¬
гружается валик 6. Шибер 37приводится в действие гидроцилинд¬
ром 38. Напротив отверстия находится отсекатель 21, предотвра¬
щающий выпадение валиков из чаши в то время, когда шибер
находится в нижнем положении.
При выгрузке валиков барабану 35 сообщается вращательное
движение от электродвигателя с редуктором 12. Загрузка магазина
валиками может производиться либо сверху чаши, либо с подво¬
дящего конвейера 36 через наклонный лоток 7 и шибер 37. Валики
из магазина выдаются на отводящий конвейер 39 при повороте
барабана 35.
На автоматических линиях в качестве накопителей применя¬
ются также бункеры с дисковыми захватами и вибробункеры, кон¬
струкции которых описаны в гл. 3 (см. рис. 3.13, ей рис. 3.15 соот¬
ветственно).
Автоматические поворотные устройства. В процессе обработки
на AJI часто возникает необходимость повернуть детали в разных
плоскостях (обычно на 90° или 180°), для чего используют пово¬
ротные столы (для поворота деталей в горизонтальной плоско¬
сти), барабаны (для поворота деталей в вертикальной плоскости)
и кантователи (для поворота деталей вокруг наклонной оси).
На рис. 8.32, а показан поворотный стол для поворота деталей
типа вала. Наверху на оси 7укреплена поворотная планка 4 с приз¬
матическим углублением, служащим для удержания ориентируе¬
мой детали 2 (вала). Штанговый конвейер вводит вал в углубление
планки и после поворота выталкивает его на направляющую 3
транспортного устройства. Планка 4 поворачивается гидроцилинд-
1
7
22 уголок; 17 — упор; 18 — конеч¬
ный выключатель; 20— барабан;
^ со; 14 — зубчатый сектор; 16 —
20 ось; 8— шаговый конвейер; 12 —
шток-рейка; 13 — зубчатое коле-
а — стол; б — барабан; 1 — ог¬
раждение; 2, 10 — ориентируе-
мые детали; 3, 19 — направляю-
щие; 4, 9, 15 — планки; 5 — стой-
у* ка; 6, 11 — гидроцилиндры; 7 —
79 поворотные устройства:
Рис. 8.32. Автоматические
а
б
21 — ролик; 22 — основание
262

ром 6, смонтированным на стойке 5, посредством шток-рейки,
находящейся в зацеплении с реечным колесом, жестко соединен¬
ным с осью 7. Для безопасности работы поворотная планка имеет
ограждение (круговые щиты) 1, закрепленное на стойке 5.
Барабанное устройство (рис. 8.32, б) представляет собой осно¬
вание 22, в отверстии которого на свободно вращающихся роликах
21 установлен барабан 20 с закрепленными внутри него направля¬
ющими планками 9, удерживающими обрабатываемую корпусную
деталь 10. Шаговый конвейер £ вводит деталь на планки барабана и
после поворота выталкивает ее на направляющие 19 транспортного
устройства. Поворот барабана происходит от гидроцилиндра 11 че¬
рез шток-рейку 12, реечное колесо, зубчатое колесо 13 и связан¬
ный с ним зубчатый сектор 14, привинченный к барабану. Поло¬
жение барабана контролируется конечными выключателями 18, сра¬
батывающими от упоров 17. Последние закрепляются в Т-образном
пазу планки 15, которая с помощью уголка 16 соединена со шток-
рейкой 12 и перемещается синхронно с ней.
8.4.	АЛ для обработки корпусных деталей
Автоматическая линия для обработки корпуса клапана была
рассмотрена ранее (см. рис. 8.3), поэтому здесь будем рассматри¬
вать систему автоматических линий (CAJI) для обработки деталей
в условиях крупносерийного и массового производства.
CAJI для обработки блока цилиндров дизельного двигателя ав¬
томобиля КамАЗ (рис. 8.33, а) состоит из 22 автоматических ли¬
ний (1—20); AJI 17 и 18 работают параллельно, поэтому в систе¬
ме предусмотрено две такие AJT. Кроме того, в CAJI установлены
автоматизированное участки 22— 25 и четыре моечных агрегата 21.
Блоки цилиндров перемещаются в AJI шаговыми конвейерами 26,
27 и 28. Заготовкой блока является чугунная отливка.
В AJI и на автоматизированных участках производятся следую¬
щие операции:
AJI 1 — фрезерование базовых поверхностей р, ш и обработка
отверстия щ (рис. 8.33, б, в, г);
AJI 2 и 3 — фрезерование поверхностей а, б, г, д, ж, м, у, ф;
обработка отверстий под болты 29 для установки крышки 30 ко¬
ренных опор, обработка отверстий н под клапаны (рис. 8.33, б);
AJI 4, 5 и 6 — фрезерование поверхностей к и о, растачивание
отверстий л под гильзы, чистовое протягивание базовых поверхнос¬
тей б и г для установки крышек 30, сверление отверстий и, п и др.;
AJ1 7 и 8 — сборка блока с крышкой 30, завертывание болтов 29,
заштифтовка; чистовое фрезерование поверхностей д под поддон;
AJI 9—14 — обработка отверстий в плоскостях д, м, о, ф и
сверление каналов для подвода масла;
263

Подача заготовок
г
Рис. 8.33. САЛ для обработки блока цилиндров дизельного двигателя
автомобиля КамАЗ:
а — планировка САЛ; б — блок цилиндров; в — АЛ Г, г — технологический процесс
обработки; 1 — 20— автоматические линии; 21 — моечный агрегат; 22— 25 —
автоматизированные участки; 26, 27, 28, 37, 38 — шаговые конвейеры; 29 —
болты для установки крышки; 30— крышка; 31 — пульт; 32 — заготовка; 33, 40 —
конвейеры-накопители; 34, 35 — станки; 36 — станция централизованной смазки;
39 — поворотный стол; 41 — барабан
264

AJI 15—20— чистовое растачивание отверстий аи т под опо¬
ры коленчатого и распределительного валов, контроль диаметра
указанных отверстий, чистовое растачивание отверстий л под гиль¬
зы, обработка отверстий и под крепление головок цилиндров;
автоматизированные участки 22 и 23 — контроль герметичности
каналов для подвода масла, контроль полостей водяного охлажде¬
ния;
участок 24 — ремонт забракованных блоков;
участок 25 — ручной контроль.
На рис. 8.33, в показана AJI 1, входящая в САЛ. Остальные АЛ
и участки имеют в основном аналогичную структуру. АЛ состоит
из двух параллельных потоков, соединяющихся в конце AJI в один.
Каждый из потоков имеет специальный семишпиндельный фре¬
зерный 34 и сверлильный 35 станки. Заготовка 32 блока устанав¬
ливается на конвейер-накопитель 33, который имеет приводные
ролики. Оттуда шаговым конвейером J7подается в зажимное при¬
способление фрезерного станка 34 и после обработки следует на
сверлильный станок 35.
Далее конвейерами 37и 38 блок подается на стол 39, где пово¬
рачивается на 180° в горизонтальной плоскости, а затем конвейе-
ром-накопителем 40— в барабан 41, где поворачивается на 180° в
вертикальной плоскости. По окончании обработки блок конвейе¬
ром 26 передается на АЛ 2. Управление каждым потоком АЛ про¬
изводится с пульта 31. Смазывание станков осуществляется цент¬
рализованно от станции 36.
8.5.	АЛ для обработки деталей типа тел
вращения
В этих линиях расположение станков относительно транспорт¬
ной системы может быть поперечным или продольным. При по¬
перечном расположении станков транспортная система может
проходить через рабочую зону или размещаться перед ними. В пер¬
вом случае функции загрузочных устройств выполняет транспорт¬
ная система АЛ, а во втором — питатели или ПР.
Рассмотрим средства автоматизации АЛ для обработки тел вра¬
щения на примере АЛ для обработки валов.
На рис. 8.34 представлен участок такой АЛ с поперечным
расположением станков и со сквозной трассой прохождения по¬
тока.
Из наклонного цепного магазина-накопителя 1 заготовки 2
поступают на призмы штанг шагового конвейера 3, с помощью
которого производится загрузка заготовки в станок 4 для фрезе¬
рования торцов и сверления центровых отверстий. После обработ¬
ки тем же конвейером детали передаются последовательно на гид-
265

рокопировальные станки 5 и 6, где обрабатывается правый конец
детали.
Наибольшее распространение получили AJI для обработки валов
с поперечным и продольным расположением станков с транспорт¬
ной системой, размещенной сбоку, с использованием порталь¬
ных манипуляторов. Такая компоновка AJI обеспечивает оптималь¬
ные условия обслуживания, возможность быстрой переналадки
линии при переходе на обработку деталей другого типоразмера,
сокращение простоев линии благодаря наличию между станками
межоперационных заделов и гибкой транспортной связи. Детали в
процессе обработки обычно перемещаются в ПС, имеющих вид
скоб с призматическими вырезами, поэтому валы укладываются
без крепления.
На рис. 8.35, а представлена AJI для обработки валов электро¬
двигателей, обслуживаемая портальным манипулятором. AJI со¬
стоит из наклонного цепного накопителя 1 и различных станков
(4, 5, 11—16), расположенных перпендикулярно к двум транс¬
портным системам. Одна из систем с длинным конвейером 22 пред¬
назначена для подачи заготовок и отвода обрабатываемых дета¬
лей 23 на операциях II, III, IV, VI, VII, VIII, для каждой из
которых предусмотрено по одному станку. Вторая система с ко¬
ротким конвейером 21 используется совместно с первой систе¬
мой для отвода валов 23 на операцию V, где предусмотрены два
параллельно работающих станка 12. Наличие двух транспортных
систем облегчает перемещение валов, находящихся на разных
стадиях обработки.
266

Рис. 8.35. AJI для обработки валов электродвигателей, обслуживаемая портальными манипуляторами:
а — общий вид, б — технологический процесс обработки; 1 — цепной накопитель; 2 — заготовка; 3, 27, 22 — конвейеры; 4, 5, 77—
^	16— станки-автоматы; 6— стойка; 7— портал; 8, 10— руки манипулятора; 9, 17— манипуляторы; 18— клещи; 19— отсекатели;
^	20	— опускатели; 23 — обрабатываемая деталь (вал); 24 — ПС; 25 — подъемник; I—VIII — номера операций

Над станками и транспортными системами установлены восемь
манипуляторов 9 и 17для загрузки-выгрузки обрабатываемых дета¬
лей. Манипуляторы размещены на порталах 7, смонтированных
на стойках 6.
Каждая транспортная система обеспечивает перемещение ПС 24
с валами 23 по верхним роликам конвейеров 22 и 21 и возврат
разгруженных ПС с помощью опускателя 20, нижних роликов
конвейера и подъемника 25.
Загруженные ПС 24 перемещаются по конвейерам до тех пор,
пока не задерживаются отсекателями 19, установленными напро¬
тив каждого станка. Отсекатели срабатывают от электромагнитов,
управляемых от конечных выключателей в зависимости от этапа
цикла работы станков и портальных манипуляторов. После обра¬
ботки вала на операции VIII ПС с помощью портального манипу¬
лятора помещается в контейнер.
При установившейся работе AJI валы обрабатываются в следую¬
щем порядке. Загружаемые вручную заготовки 2 с наклонного на¬
копителя 1 шаговым конвейером 3 подаются на фрезерно-центро¬
вальный автомат 4 (операция I обработки торцов и сверления цен¬
тровых отверстий, рис. 8.35, б), затем детали тем же конвейером
передаются на гидрокопировальный токарный автомат 5 для чер¬
нового точения правой части вала. Клещами 18 руки однорукого
портального манипулятора 17, обслуживающего операцию II и рас¬
положенного над автоматом 5, обработанный вал захватывается и
переносится на свободный ПС 24, удерживаемый на роликах длин¬
ного конвейера 22 отсекателем 19. По команде от портального ма¬
нипулятора отсекатель открывается, и ПС с валом перемещается
до следующего закрытого отсекателя 19. Манипулятор 9, обслужи¬
вающий операцию III и находящийся над конвейером 22, захваты¬
вает рукой 8 вал, обработанный на операции II, вместе с ПС. Затем
тот же манипулятор рукой 10 укладывает в ПС вал, обработанный на
операции III, и перемещается к гидрокопировальному автомату 16.
Вначале с помощью клещей 18 свободной руки 10 манипуля¬
тора снимается обработанный на автомате 16 вал, а затем рукой 8
загружается новый вал для чистового обтачивания шеек и прорез¬
ки канавок правого конца вала. Далее манипулятор, обслуживаю¬
щий операцию III, возвращается к конвейеру для загрузки-вы-
грузки валов.
Аналогично манипулятор, обслуживающий операцию IV, вы¬
полняет зазгрузку-выгрузку валами гидрокопировального автома¬
та 11 для чернового точения шеек левой части вала. При этом
портальный манипулятор, обслуживающий операцию IV, пово¬
рачивает вал (перед загрузкой в автомат 77) в горизонтальной
плоскости на 180°. После обработки вал манипулятором, обслу¬
живающим операцию IV, переносится на ПС длинного конвей¬
ера 22, обеспечивающего его перемещение к отсекателям двух стан¬
268

ков 12, осуществляющих операцию V. Затем два манипулятора,
которые обслуживают операцию V, переносят валы к гидрокопи¬
ровальным токарным автоматам 72 для чистового обтачивания шеек
и прорезки канавок левого конца вала. Обработанный вал переда¬
ется на ПС короткого конвейера 21. На операции VI портальный
манипулятор загружает вал с короткого конвейера на накатной ав¬
томат 13, а обработанный вал выгружает на длинный конвейер 22.
На последующих операциях VII и VIII загрузка и выгрузка валов с
ПС соответствующими портальными манипуляторами осущест¬
вляется только с длинного конвейера 22.
На накатном автомате 13 (операция VI) происходит выдавли¬
вание рифлений на наружной поверхности, необходимых в буду¬
щем для запрессовки пакета железа якоря. На круглошлифоваль¬
ном автомате 14 (операция VII) шлифуется наружная поверхность
рифлений и шейки. На шпоночно-фрезерном автомате 15 фрезе¬
руется шпоночная канавка (операция VIII).
8.6.	Системы АЛ
Системы AJI наиболее полно представлены в отечественной
промышленности при производстве подшипников. На их примере
рассмотрим средства автоматизации CAJI.
Массовое производство подшипников качения различных ти¬
пов выполняется в CAJI, где изготовляются штучные заготовки
колец, выполняется токарная, термическая, шлифовальная обра¬
ботка и контроль колец, сборка, контроль и упаковка подшипни¬
ков. Необходимые для сборки подшипников шарики, ролики,
иголки и сепараторы изготовляются на других AJI. Процессы об¬
работки колец и комплектующих деталей, сборки и упаковки под¬
шипников, а также их транспортирование и межоперационное
складирование на линиях полностью автоматизированы. Кольца
шариковых и роликовых подшипников с диаметром наружной по¬
верхности до 80 мм обычно изготовляются из труб; кольца боль¬
шего диаметра — из штучных заготовок, полученных методами
штамповки и раскатки или полугорячей калибровки; небольшие
кольца карданных подшипников — из штучных заготовок, полу¬
ченных из прутка методом холодного выдавливания.
Для перемещения колец диаметром до 160 мм (по образующей
наружной цилиндрической поверхности) используются транспорт¬
ные устройства в виде цепных конвейеров, подъемников, прямых
и спиральных наклонных лотков.
Кольца крупных железнодорожных и других подшипников ди¬
аметром свыше 160 мм перемещаются на торцах посредством кон¬
вейеров с приводными роликами, цепных подъемников с под¬
весками и роликовых лотков.
269

Обычно CAJI, состоящая из 8—10 самостоятельно действую¬
щих AJI, налажена на выпуск массового подшипника одного типа.
На рис. 8.36, а показаны две AJI для токарной обработки колец
шарикоподшипников. Заготовки колец (штамповки 3 и 26) загру¬
жаются навалом в чашу бункеров 2 и 24, откуда наклонными
подъемниками 4 и 25 и гибкими лотками 5 и 23 передаются в
горизонтальные патронные шестишпиндельные автоматы 6, 15 и 18,
в которых обрабатываются одновременно два кольца (с загрузкой
двух заготовок и выгрузкой двух готовых деталей). Заготовки на¬
ружных колец поступают в автомат 6, где производится черновое
и чистовое точение торцов (рис. 8.36, б). Токарная обработка дру¬
гих поверхностей не выполняется, так как заготовки имеют не¬
большие припуски непосредственно под шлифование. Заготовки
базируются в патронах по поверхности желоба. По окончании обра¬
ботки кольца по лотку 22, подъемнику 21 и лотку 7 передаются в
дисковый магазин 14(см. рис. 8.36, а) и из него посредством подъем¬
ника 13 и лотка 12 следуют на линию термической обработки.
Заготовки внутренних колец передаются в автомат /<?для рас¬
тачивания отверстия и точения торца и внутренней фаски. Заго¬
товки базируются по желобу. Обработанные кольца по лотку 20,
подъемнику 19 и лотку перемещаются в автомат 15 для обработки
наружной поверхности, торца, чернового и чистового точения
желоба и снятия внутренней фаски. Заготовки базируются по от¬
верстию. После обработки кольца по лотку 17, подъемнику 16 и
лотку 8 заготовки транспортируются в магазин 9 и из него лот¬
ком, подъемником 10 и лотком 11 — на линию термической об¬
работки. Удаление стружки от токарных автоматов осуществляется
винтовым конвейером 1, находящимся в канале пола цеха.
После термической обработки кольца поступают на AJI для
шлифования (рис. 8.37, а). Вначале производится черновое и чис¬
товое шлифование торцов одновременно у наружных 28 и внут¬
ренних 29 колец на двух двусторонних торцешлифовальных авто¬
матах 3 и 4, в которые кольца в комплекте (рис. 8.37, б) переда¬
ются автоматическим укладчиком 2 из лотков 1 и 30 на AJI термо¬
обработки. При выходе из станка 4 комплект колец разделяется в
раскладчике 5 на наружные и внутренние кольца, из которых пер¬
вые лотком 6 и подъемником 8 передаются в магазин 9, а вторые
лотком 27 и подъемником 7 — в магазин 26.
Наружные кольца из магазина 9 подъемником 10 и лотком 11
направляются в укладчик 25 для организованной укладки колец
на двухвалковый конвейер 24, подающий кольца в бесцентровые
круглошлифовальные станки 12 и 13 для чернового и чистового
шлифования наружной поверхности. Передача колец между ука¬
занными автоматами производится также двухвалковыми конвейе¬
рами. Обработанные кольца со станка 13 с помощью подъемника 14
следуют в магазин 15, а из него — в подъемник-распределитель 16,
270

б
Рис. 8.36. AJI для токарной обработки колец шарикоподшипников:
°бщ"й ?”д; 6 ~ технологический процесс обработки; 1 - конвейер удаления стружки; 2, 24 - бункеры; 3, 26 - заготовки* 4
, 3, 16, 19, 21, 25 — подъемники; 5, 7, 8, 11, 12, 17, 20, 22, 23 — лотки; 6, 15, 18 — шестишпиндельные автоматы; 9, 14 —
н-	магазины;	I—VI — позиции обработки

Обработка наружных колец
7	8	9	1011	12	25
Рис. 8.37. АЛ для шлифования колец шарикоподшипников:
а — общие виды; б — технологические процессы обработки; 1, 6, 77, 77, 18, 22,
27, 30, 32, 33 — лотки; 2, 25 — укладчики; 3, 4, 12, 13, 19, 20, 34, 35, 36, 39 —
шлифовальные автоматы; 5 — раскладчик; 7, 8, 10, 14, 16, 21, 31 — подъемни¬
ки; 9, 15, 26 — магазины; 23, 24 — конвейеры; 28 — наружное кольцо; 29 —
внутреннее кольцо; 37 — установка для клеймения; 38, 40 — моечные агрегаты
откуда по лоткам 17 и 18 подаются на два параллельно работаю¬
щих автомата 19 для чернового шлифования желоба. Кольца бази¬
руются по наружной поверхности (на жестких радиальных опо¬
рах) с прижимом кольца базовым торцом к магнитному патрону
автомата. Обработанные кольца лотком 22 и цепным конвейером 23
передаются посредством подъемника 21 на следующие два авто¬
мата 20 для чистового врезного шлифования желоба. Далее анало¬
гичными транспортными устройствами кольца передаются вначале
на два автомата 39 для финишной абразивной обработки желоба,
а затем в агрегат 40 для мойки, после чего кольца следуют на
линию контроля, сборки и упаковки.
272

Внутренние кольца с прошлифованными торцами из магази¬
на 26 подъемником 31, лотками 32 и 33 последовательно подают¬
ся на автоматы 34 для врезного шлифования желоба, на автоматы
35 для шлифования отверстия, на автоматы 36 для суперфиниши¬
рования желоба, на установку 37 для электрохимического клей¬
мения (нанесения на торец клейма с указанием типа подшипни¬
ка, года выпуска и завода-изготовителя), на агрегат 38 для мойки.
При обработке кольца устанавливаются на базах, указанных на
рис. 8.37, б. После обработки кольца следуют на линию сборки,
контроля и упаковки.
На AJI для сборки, контроля и упаковки шарикоподшипников
(рис. 8.38) операции выполняются в такой последовательности.
б
Рис. 8.38. AJI для сборки, контроля и упаковки шарикоподшипников:
а — общий вид; 6 — технологический процесс; 1, 13, 20, 27 — столы; 2 —
наружное кольцо; 3, 6, 8, 11, 21 — подъемники; 4, 10 — накопители; 5, 7,9 —
контрольные автоматы; 12 — внутреннее кольцо; 14 — ленточный конвейер; 15,
18, 26 — автоматы; 16 — полусепараторы; 17 — заклепка; 19 — моечный агрегат;
22 — подшипник; 23 — агрегат для консервации; 24 — шарики; 25 — лоток
273

Вначале наружные и внутренние кольца из агрегатов мойки
(предшествующих AJI) поступают на круглые вращающиеся сто¬
лы 1 и 13, где осматриваются на наличие на поверхности колец
нежелательных чернот, трещин и других дефектов. После визу¬
ального контроля наружные кольца 2 с помощью подъемников 3
и внутренние кольца 12 посредством подъемника 11 через спи¬
ральные лотковые накопители 4 и 10 передаются на контрольные
автоматы 5 и 9 для 100%-ной проверки диаметров наружной и
внутренней поверхностей и высоты. После контроля наружные и
внутренние кольца посредством подъемников 6 и 8 и лотка пе¬
редаются в контрольный автомат 7 для проверки диаметров же¬
лобов у каждого комплекта наружного и внутреннего колец, для
определения разности диаметров желобов и размера группы ша¬
риков, смещения внутреннего кольца к наружному и засыпки в
межкольцевое пространство требуемого числа шариков 24 необ¬
ходимого размера из соответствующего отсека контрольно-сор-
тировочного автомата, в котором предусмотрено 20 отсеков для
двадцати размерных групп, рассортированных по диаметру через
2 мкм.
С помощью ленточного конвейера 14 комплект колец с шари¬
ками из контрольного автомата 7 передается в автомат 15 для рас¬
пределения шариков 24 в межкольцевом пространстве через рав¬
ные промежутки, укладки на пары (сверху и снизу) двух полусе-
параторов 16. Затем комплект колец, шариков и полусепараторов
передается на следующий автомат 18 для приготовления заклепок 17,
укладки их в отверстия сепараторов и расклепывания с нижней
стороны для жесткого соединения полусепараторов. Готовые под¬
шипники 22 ленточным конвейером 14 перемещаются в агрегат
19 для мойки в дизельном топливе, обдувки и далее по лотку на
стол 20 для визуального контроля правильности соединения по¬
лусепараторов в подшипнике. Проверенные подшипники подъем¬
ником 21 и лотками передаются в агрегат 23 противокоррозийно¬
го покрытия и из него по лотку 25 в автомат 26 для завертывания
подшипников в бумагу. Упакованные подшипники из автомата по
лотку выдаются на стол 27 для последующей укладки в тару.
8.7. Роторные и роторно-конвейерные AJ1
По структуре автоматические роторные линии (APJI) суще¬
ственно отличаются от рассмотренных выше AJI.
Автоматическая роторная линия — это совокупность роторных
машин, установленных в принятой последовательности техноло¬
гического процесса, объединенных системой привода транспорт¬
ного движения и управления, которая функционирует без учас¬
тия человека.
274

Роторная машина — это совокупность технологического ротора
с инструментом и транспортных роторов, связанных общим при¬
водом для синхронного вращения, обеспечивающая автоматиче¬
ское выполнение технологической операции в процессе непре¬
рывного транспортирования предметов производства и инстру¬
мента.
Технологический ротор — система исполнительных органов, обес¬
печивающая выполнение технологической операции и вспомога¬
тельных переходов в процессе своего непрерывного вращения.
Транспортный ротор — система захватных органов, обеспечи¬
вающая прием, транспортирование и выдачу предметов произ¬
водства в процессе своего непрерывного вращения.
На рис. 8.39 показана схема APJI, состоящей из многочислен¬
ных технологических роторов 1, связанных между собой транс¬
портными роторами 4, производящими с помощью клещей 3 за¬
грузку заготовок на первый автомат, передачу их между техноло¬
гическими роторами и выгрузку деталей после обработки. Детали
посредством толкателей 2 переносятся из клещей 3 в патроны 6
рабочих шпинделей. Последние совместно с суппортами 5 и за¬
крепленным на них инструментом смонтированы на барабане,
медленно вращающемся на центральной неподвижной колонне 8
автомата. Необходимые перемещения суппортов осуществляются
через тяги от неподвижного копира 7.
На рис. 8.40 показана схема многономенклатурной APJIдля па¬
раллельной обработки деталей четырех различных типов. В этом
случае APJT снабжается загрузочным ротором.
Рис. 8.39. Схема APJI:
1 — технологический ротор; 2 — толкатель; 3 — клещи; 4 — транспортный ро¬
тор; 5 — суппорт; 6 — патрон; 7 — копир; 8 — колонна
275

Рис. 8.40. Схема многономенклатурной APJ1 для параллельной обработки
деталей:
1 — заготовки; 2 — загрузочный ротор; 3 — транспортные роторы; 4 — конт¬
рольный ротор; 5, 6— технологические роторы
Загрузочный ротор — это совокупность специально оборудо¬
ванной емкости и механизмов, совершающих вращательное дви¬
жение вокруг общей оси, обеспечивающих выдачу предметов про¬
изводства в ориентированном положении на позицию ротора или
в конвейерное устройство.
Заготовки 1 (см. рис. 8.40) четырех типов подаются в опреде¬
ленной последовательности в четырехпозиционный загрузочный
ротор 2. Каждая его позиция снабжена захватным органом, нала¬
женным на прием только определенной заготовки. С загрузочного
ротора 2 заготовки передаются на контрольный ротор 4 и далее на
транспортный ротор 3. С транспортного ротора 3 заготовки загру¬
жаются в технологический ротор 5, с которого транспортным
ротором 3 передаются в технологический ротор 6 для дальнейшей
обработки. Число позиций на этих роторах должно быть кратным
числу одновременно обрабатываемых изделий (в нашем примере
четырем). Обработанные изделия снимаются с ротора 6.
Дальнейшим развитием APJI являются автоматические ротор¬
но-конвейерные линии (APKJI).
Автоматическая роторно-конвейерная линия — это совокупность
роторно-конвейерных машин или роторно-конвейерных и ротор¬
ных машин, установленных в принятой последовательности тех¬
нологического процесса, объединенных системой привода транс¬
портного движения и управления, которая функционирует без
участия человека.
В этих линиях помимо роторных машин функционирует ротор-
но-конвейерная машина — совокупность технологических роторов,
огибаемых конвейерным устройством с инструментом, связанных
276

4	5	6
Рис. 8.41. Схема APKJI:
1, 6, 8, 11 — конвейеры; 2 — заготовка (стаканчик); 3, 5, 7, 9, 10 — роторы; 4 —
матрица; 12 — пуансон
общим приводом для синхронного перемещения по замкнутым
траекториям, обеспечивающая автоматическое выполнение тех¬
нологической операции в процессе непрерывного транспортиро¬
вания предметов производства и инструмента.
При движении предметов обработки и инструмента в APKJI
некоторая часть траектории свободна от каких-либо технологи¬
ческих или вспомогательных функций. Предметы обработки и ин¬
струмент переносятся отдельными цепными конвейерами, дви¬
жущимися непрерывно по замкнутой траектории, и собираются в
нужном сочетании на позициях технологических роторов. По окон¬
чании технологической операции инструмент отделяется от изделия
и продолжает движение на своем конвейере, а изделие передается
на другой конвейер, который связан с последующим технологи¬
ческим ротором. Фрагмент (одна технологическая операция) APKJI
показан на рис. 8.41.
На технологическом роторе 5 производится операция штам¬
повки дна стаканчика 2, которая осуществляется с помощью мат¬
рицы 4 и пуансона 12. Заготовки стаканчика цепью конвейера 1 по
стрелке А подаются на ротор 3, далее по стрелке Б на ротор 10, где
принимаются и устанавливаются на пуансоне, который подается
цепью конвейера 11. Матрицы подаются цепью конвейера 6 по
стрелке 5; в роторе 10 смыкания производится сборка инстру¬
мента и заготовки. Таким образом, на технологический ротор 5
поступает комплект инструмента (блок) и заготовка. Приводной
орган технологического ротора осуществляет технологическое пе¬
277

ремещение. После снятия нагрузки комплект инструмента пере¬
мещается в двух цепях (11 и 6) на ротор 9 размыкания, после
чего матрица по цепи 6 перемещается по стрелке Г, а пуансон со
стаканчиком — по стрелке Дк ротору 7выдачи изделий. В роторе 7
изделие снимается с пуансона 12 и передается на цепь конвейе¬
ра 8, который транспортирует изделие к следующей технологи¬
ческой операции.
АРКЛ имеют ряд преимуществ перед APJI: возможность осущест¬
вления автоматической смены инструмента; увеличение произво¬
дительности, так как необходимое время на передачу заготовки
обеспечивается с помощью специального ротора с необходимым
числом позиций; большая производительность, так как шаги тех¬
нологического и транспортного роторов могут быть разными.
Контрольные вопросы
1.	Чем отличается сблокированная AJI от несблокированной? Приве¬
дите пример, нарисуйте схемы.
2.	Как классифицируются AJI?
3.	Назовите средства автоматизации загрузки заготовок в автомати¬
ческих линиях.
4.	Что такое манипулятор? Какие функции в AJI он выполняет?
5.	Для чего нужны паллеты в AJI? Когда их используют?
6.	Как осуществляется удаление стружки в AJI?
7.	Какие преимущества дает использование ПР в транспортной систе¬
ме AJI?
8.	Что входит в транспортную систему AJI?
9.	Какие вы знаете типы конвейеров, применяемых a AJI?
10.	Для чего нужны подъемники и лотки в AJI?
11.	Какие вы знаете накопители, которые применяются в АЛ?
12.	Что такое CAJI? Приведите примеры применения.
13.	Расшифруйте аббревиатуры APJI и АРКЛ. В чем разница между
ними?
14.	Какие транспортные устройства обслуживают APJI?
15.	Расскажите о технологических и транспортных роторах.

Глава 9
ГИБКИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ
9.1.	Общие сведения. Термины и определения.
Классификация
По ГОСТ 26228 — 90 основополагающее понятие гибкая произ¬
водственная система (ГПС) — это управляемая средствами вы¬
числительной техники совокупность технологического оборудо¬
вания, состоящая из разных сочетаний гибких производственных
модулей и (или) гибких производственных ячеек, автоматизиро¬
ванной системы технологической подготовки производства и си¬
стемы обеспечения функционирования, обладающая свойством
автоматизированной переналадки при изменении программы про¬
изводства изделий, разновидности которых ограничены техноло¬
гическими возможностями оборудования.
ГПС представляют собой наиболее важное технологическое
достижение XX века после появления сборочного конвейера. Их
внедрение имеет для промышленности поистине революционное
значение, поскольку вызывает резкое сокращение себестоимости
продукции, изготовляемой в условиях массового, серийного и
мелкосерийного производства. В то же время результатом внедре¬
ния ГПС является значительное сокращение потребностей маши¬
ностроения в рабочей силе (возможно, на 60...80 % в течение по¬
следующих лет), при этом повышаются требования к квалифика¬
ции обслуживающего персонала.
Именно ГПС знаменуют собой начало этапа научно-техничес¬
кой революции, позволившего в машиностроении достичь уров¬
ня автоматизации, на который давно вышли перерабатывающие
отрасли массового производства.
С внедрением ГПС становится практически осуществимым со¬
четание высокой производительности с малыми размерами партий
изделий и коротким периодом освоения их производства. Таким
образом, стратегия производства выходит на качественно новый
этап. В ГПС можно, например, блоки цилиндров двигателей или
корпуса клапанов двух-трех типоразмеров изготовлять небольши¬
ми партиями при сравнительно низких затратах. Многие фирмы
на базе ГПС строят небольшие специализированные предприя¬
тия, поставляющие продукцию на основные заводы. У заводов
279

появляется возможность значительно быстрее реагировать на из¬
менение рыночной конъюнктуры при выпуске продукции.
Составными частями ГПС являются: гибкий производственный
модуль (ГПМ); гибкая производственная ячейка (ГПЯ); гибкий
производственный участок (ГПУ); система обеспечения функцио¬
нирования ГПС и ГПЯ.
ГПМ — это единица технологического оборудования, управля¬
емая средствами вычислительной техники, автоматически осуще¬
ствляющая технологические операции в пределах своих техничес¬
ких характеристик, способная работать автономно и (или) в со¬
ставе ГПС или ГПЯ.
В средства автоматизации ГПМ в общем случае могут входить:
устройства ЧПУ для автоматизации последовательности дей¬
ствий рабочих органов технологического оборудования (включая
смену заготовок, изделий, инструмента, подачу СОЖ, удаление
отходов, переналадку);
устройства адаптивного управления для автоматизации регу¬
лирования параметров технологического процесса;
устройства контроля и измерения изделия во время или после
обработки;
устройства диагностирования оборудования и т.д.
При работе в составе ГПЯ или ГПС подбор средств автомати¬
зации ГПМ определяется организацией технологических и ин¬
формационных потоков.
В общем случае ГПМ могут включать: накопители, устройства
загрузки и выгрузки паллет, а также замены технологической
оснастки, автоматизированного контроля, включая диагности¬
рование.
По технологическим признакам ГПМ может быть литейным,
кузнечно-прессовым, механообрабатывающим, сварочным, тер¬
мообработки, покрытий, сборки и др. Основные свойства ГПМ:
способность работать автономно и без участия человека в течение
ограниченного времени; автоматическое выполнение всех основ¬
ных и вспомогательных операций; максимально полная обработка
деталей с одного установа, на одной операции; гибкость, удов¬
летворяющая требованиям мелкосерийного производства; легкость
наладки и устранения отказов, а также удобство управления; воз¬
можность легко встраиваться в традиционное и гибкое производ¬
ство; экономическая эффективность.
ГПЯ, управляемая средствами вычислительной техники, пред¬
ставляет собой совокупность нескольких ГПМ (а следовательно,
и нескольких единиц технологического оборудования) и системы
обеспечения функционирования. ГПЯ осуществляет комплекс тех¬
нологических операций, способна работать автономно и в составе
ГПС при изготовлении изделий в пределах подготовленного запа¬
са заготовок и инструмента.
280

Разновидностью ГПС, в которой технологическое оборудова¬
ние расположено в принятой последовательности технологичес¬
ких операций, является ГАЛ.
Система обеспечения функционирования (СОФ), предназначен¬
ная для ГПС, — это совокупность взаимосвязанных автоматизи¬
рованных систем, обеспечивающих управление технологическим
Таблица 9.1
Классификация ГПМ для обработки корпусных и плоских деталей
Признак ГПМ
(технологический
или конструктивный)
Группы ГПМ
Интеграция ви¬
дов обработки
Сверлильно-фрезерно-расточные
Фрезерно-расточные
Сверлильно-фрезерные
Сверлильно-фрезерно-расточные с возможно¬
стью других видов обработки (точение, шлифо¬
вание и т.д.)
Концентрация
обработки
С единичными инструментами
С многошпиндельными головками
Комбинированные с единичными инструмен¬
тами и многошпиндельными головками
Степень
универсальности
обработки
Для обработки с одной стороны
Для обработки с четырех сторон
Для обработки с пяти сторон и под различны¬
ми углами
Точность
Основного исполнения— класс П
Прецизионные — класс А
Компоновка
(основные типы)
Горизонтальные с крестовым поворотным
столом
Вертикальные с крестовым столом
Горизонтальные с подвижным поворотным
столом и стойкой
Вертикальные с поперечно-подвижным столом
Горизонтальные с поперечно-подвижным
поворотным столом
Горизонтальные с поворотным столом на
крестовом суппорте
Горизонтальные с поперечно-подвижным
поворотным столом с вертикальным расположе¬
нием поверхности крепления заготовки
Горизонтальные с крестовой стойкой
Вертикальные с крестовой стойкой
Вертикальные двухстоечные с подвижным
столом
Вертикальные двухстоечные с подвижным
порталом
281

процессом, перемещением предметов производства и оснастки.
В состав этой системы входят: автоматизированная система инст¬
рументального обеспечения (АСИО), автоматизированная транс¬
портно-складская система (АТСС), система автоматизированного
контроля (САК), автоматизированная система удаления отходов
(АСУО), автоматизированная система управления технологичес¬
ким оборудованием (АСУТО) и др.
Параметры, определяющие техноло
Возможности обработки
Производительность
Точность обработки
1.	Наибольшие
размеры заготовок,
зависящие от размеров
базовых поверхностей
или других элементов
для их закрепления
2.	Наибольшие раз¬
меры обрабатываемых
поверхностей, завися¬
щие от величин пере¬
мещения рабочих ор¬
ганов станка
3.	Наибольшая масса
заготовок
4.	Диапазон частот
вращения шпинделя и
подач рабочих органов
5.	Количество управ¬
ляемых (в том числе
одновременно) от
ЧПУ перемещений ра¬
бочих органов и орга¬
низация связи между
этими перемещениями
1.	Мощность
главного привода
2.	Диапазоны частот
вращения шпинделя и
подач рабочих органов
3.	Наибольшие уси¬
лия подачи по управ¬
ляющим осям коорди¬
нат
4.	Скорости переме¬
щения рабочих орга¬
нов
5.	Автоматизация
вспомогательных цик¬
лов (смена инструмен¬
та, заготовок и т.д.) и
быстродействие соот¬
ветствующих узлов и
механизмов
6.	Жесткость системы
СПИЗ и ее динамиче¬
ское качество
1.	Нормы точности
2.	Точность и ста¬
бильность позициони¬
рования и траекторий
перемещения рабочих
органов
3.	Статические, ди¬
намические и тепло¬
вые деформации
несущей системы и
других важнейших
элементов (шпиндель¬
ный узел, стол и т.п.)
282

Интеграция гибкого производства достигается его компьюте¬
ризацией, что предопределяет объединение на базе ЭВМ управ¬
ления несколькими или всеми функциями производства. Таким
образом, компьютерная интеграция производства — это объеди¬
нение единой системой управления всех (полная интеграция) или
отдельных (частичная интеграция) производственных функций,
Таблица 9.2
гические характеристики ГПМ
Надежность и
долговечность
Уровень
приспособленности ГПМ
для работы в безлюдном
режиме
Стыковочные
характеристики при
пользовании ГПМ
в составе ГПС
1.	Надежность и дол¬
говечность механиче¬
ских узлов, определя¬
ющих рациональность
конструкции, соответ¬
ствие выбранных мате¬
риалов и упрочня¬
ющей обработки ха¬
рактеру нагружения
деталей и стыков
2.	Надежность и дол¬
говечность систем
управления, гидрообо¬
рудования и пневмати¬
ческих систем
3.	Гарантированная и
оптимальная по каче¬
ству и периодичности
смазка контактирую¬
щих поверхностей в
совокупности с надеж¬
ной защитой их от за¬
грязнения
4.	Рациональный ре¬
жим эксплуатации
1.	Наличие устройств
в станке и функцио¬
нальных возможностей
системы управления
2.	Емкость инстру¬
ментальных магазинов
и накопителей загото¬
вок
3.	Функционирование
системы отвода струж¬
ки, СОЖ и шлама
1.	Единство базовых и
зажимных элементов
для установки загото¬
вок, спутников или
столов-спутников
2.	Совместимость
приемных устройств
автоматической смены
заготовок модуля с
транспортной систе¬
мой ГПС
3.	Единство базовых
и зажимных элементов
отдельных инструмен¬
тов и многошпиндель¬
ных головок
4.	Унификация кана¬
лов и элементов связи
с кодированием ин¬
формации в управля¬
ющих устройствах
5.	Возможность сты¬
ковки стружкоотводя¬
щих устройств станков
с общей для ГПС та¬
рой или системой
централизованного
транспортирования
стружки
283

включая маркетинг, конструирование, технологическую подго¬
товку производства, обработку, сборку, испытания и другие при
сохранении автономности работы (деятельности) систем выпол¬
нения указанных функций. Система управления таким интегриро¬
ванным производством называется интегрированной автоматизи¬
рованной системой управления (ИАСУ). Интеграция производ¬
ства начинается с объединения двух и более ГПС в одну систему
на базе ИАСУ.
Организационные структуры производства, в состав которых
входят ГПС, следующие (ГОСТ 26228 — 90): гибкий автоматизи¬
рованный участок (ГАУ) — участок цеха, технологическое обо¬
рудование которого состоит преимущественно из ГПС, ГПЯ и
ГПМ; ГАЦ или ГАЗ.
При внедрении ГПС эффективность достигается: уменьшени¬
ем размеров предприятия; увеличением коэффициента использо¬
вания оборудования и снижением накладных расходов; значитель¬
ным уменьшением (ориентировочно наполовину) объема неза¬
вершенного производства; сокращением затрат на рабочую силу в
результате организации малолюдного или безлюдного производ¬
ства; уменьшением времени переналадок оборудования; ускоре¬
нием сменяемости выпускаемой продукции в соответствии с тре¬
бованиями рынка; сокращением сроков поставок продукции; ста¬
билизацией качества изготовления продукции; стандартизацией
технологического оборудования; увеличением надежности и сро¬
ка службы производственного оборудования; развитием систем ав¬
томатизированного проектирования и технологической подготов¬
ки производства.
Результаты применения ГПС впечатляют: стоимость незавер¬
шенного производства сократилась в 20 раз, часовая производи¬
тельность увеличилась в шесть раз при сокращении затрат времени
на смену инструмента с 80 до 4 ч, уменьшился период освоения
новых изделий на 50...60 %, период окупаемости крупных капита¬
ловложений сократился до 2 — 3 лет, брак сократился с 25 до 5 %
объема выпуска. Во всех случаях как в финансовом, так и в произ¬
водственном отношении были выявлены значительные преиму¬
щества ГПС.
Классификационные признаки ГПМ прежде всего касаются
их назначения; так, для обработки деталей разных классов раз¬
личаются корпусные, плоскостные (плоские), тела вращения и
универсальные (для обработки деталей нескольких технологи¬
ческих классов). Оборудование для обработки деталей каждого
технологического класса детально классифицируется по ряду
других признаков: интеграция видов обработки, концентрация
обработки, степень универсальности, точность, компоновка. Клас¬
сификационные признаки позволяют проводить сравнительную
оценку ГПМ.
284

В табл. 9.1 в качестве примера показаны основные классифика¬
ционные группы, соответствующие указанным признакам ГПМ,
для обработки корпусных и плоских деталей, принятые в России
согласно действующим стандартам.
Гибкость, технологические возможности и технический уро¬
вень ГПМ определяют следующие свойства: производительность,
точность обработки, надежность, долговечность, удобство обслу¬
живания, масса, занимаемая площадь, оснащенность системами
обеспечения при работе в безлюдном режиме, возможность сты¬
ковки с транспортными системами и с другими станками, входя¬
щими в состав ГПС и ГАЗ. Каждое из этих свойств в свою очередь
зависит от многих параметров (табл. 9.2).
9.2.	Гибкие производственные модули и гибкие
производственные ячейки
Ведущим технологическим оборудованием при резании в ус¬
ловиях ГАЗ являются многоцелевые металлообрабатывающие стан¬
ки с ЧПУ, встроенные в ГПМ. Они выполняют технологические
операции обработки различных деталей из металлов и материа¬
лов, а также вспомогательные операции контроля, очистки, под¬
сборки и т.д. В результате постоянного совершенствования ГПМ
на ближайший период времени прогнозируется повышение про¬
изводительности труда при эксплуатации этого оборудования.
Эта тенденция в первую очередь будет реализовываться в ГПМ,
используемых в ГАЗ, где имеются для этого соответствующие
условия. ГПМ могут эксплуатироваться самостоятельно или в со¬
ставе ГПС.
Состав ГПМ. На рис. 9.1 представлена структура ГПМ, в состав
которого помимо целевого станка входят дополнительные устрой¬
ства и приспособления для реализации следующих функций:
автоматизация переналадки при наличии автоматических уст¬
ройств смены инструмента и заготовки с накопителями значитель¬
ной емкости; необходим также увеличенный объем памяти для
УП и возможность автоматического вызова соответствующей УП;
самодиагностирование с помощью УЧПУ, которое сообщает
диагностическую информацию как от датчиков, расположенных
на станке, так и от всех компонентов самого управляющего уст¬
ройства и реагирует на нее заранее запланированными (алгорит¬
мизированными) действиями, а также сообщает о возникших
отказах и неисправностях;
автоматизация контроля технологического процесса: состояния
инструмента, точности обработки, величины нагрузок приводов
рабочих органов, последовательности работы элементов электро¬
оборудования и времени протекания процессов;
285

Рис. 9.1. Структура ГПМ
983
Дополнительные устройства и приспособления

поддержание непрерывного функционирования модуля путем
автоматической подачи заготовок в необходимых количествах,
подачи инструментов-дублеров и их автоматического ввода в ра¬
боту, автоматического поднастраивания инструмента по резуль¬
татам контроля обрабатываемых поверхностей, поддержания за¬
данных параметров работы станка, адаптации режима обработки
к условиям процесса резания.
Конструкции ГПМ основаны на интеграции различных про¬
цессов механической обработки (точение-шлифование; точение-
фрезерование-шлифование и др.), а также на интеграции процес¬
сов формообразования различной физической природы (термоме¬
ханическая обработка, лазерно-механическая обработка и т.п.).
Модули для токарной обработки. Предназначены для обработки
деталей типа тел вращения. Практика построения токарных моду¬
лей показала, что они строятся на базе серийных или специаль¬
ных станков.
На рис. 9.2 показан ГПМ, построенный на базе серийного то¬
карного станка с загрузкой-выгрузкой с помощью ПР. В этом слу¬
чае для обеспечения заготовками в условиях многономенклатур-
Рис. 9.2. Компоновка ГПМ для токарной обработки деталей типа тел
вращения:
1 — накопитель заготовок; 2 — пульт управления; 3 — шкаф УЧПУ и электроав¬
томатики; 4, 5 — ПР, предназначенные для загрузки заготовок и выгрузки гото¬
вых деталей; 6 — токарный станок с ЧПУ; 7 — гидростанция; 8 — прибор для
настройки инструмента вне станка; 9 — заготовка
287

ного производства в режиме безлюдной технологии к токарным
модулям предъявляются следующие требования: управление от
ЭВМ; наличие загрузочного и разгрузочного устройств, магазина
инструментов, конвейера для сбора стружки; автоматический за¬
жим и разжим заготовок в патроне станка. К дополнительным тре¬
бованиям относится возможность автоматической переналадки
патрона по программе, регулировки по программе силы зажима
заготовки, определяемой жесткостью заготовки и силами реза¬
ния, автоматической корректировки УП при изнашивании режу¬
щего инструмента и т.д.
На рис. 9.3 показан станок-модуль, созданный специально в
соответствии с требованием дальнейшей встройки ГПМ в ГПС.
Это токарный вертикальный многоцелевой станок с УЧПУ типа
CNC и инструментальной системой, с двумя или четырьмя управ¬
ляемыми координатами. Станок оснащен мотор-шпинделем.
В последнее время появилась новая компоновка: шпиндели
устанавливаются сверху, давая возможность перемещения по осям
Хи Y. Такие станки называются инверсными (inverted vertical turning
machine).
Рис. 9.3. Токарный многоцелевой станок вертикальной компоновки:
1 — портальный суппорт; 2 — мотор-шпиндель; 3 — станина; 4 — револьверная
головка; 5 — зажимной патрон; 6 — измерительный щуп; 7— заготовка; 8— транс¬
портер; 9 — гидроблок; 10 — электрошкаф; 11 — система охлаждения шкафа
288

Инверсные станки имеют следующие преимущества: стружка
из зоны обработки свободно падает вниз, не попадая на направ¬
ляющие; шпиндельные узлы, подвижные по осям X и У, выпол¬
няя свои основные функции, могут служить транспортно-загру¬
зочным средством в ГПМ; сокращается продолжительность транс¬
портных операций.
В этой компоновке традиционный вертикальный станок, как
бы перевернутый вверх ногами, выполняет различные операции
точения и измерения в автоматическом цикле. Традиционные то¬
карные операции возможны на одном станке, обеспечивающем
комплексную обработку заготовки. Инверсные станки по изло¬
женной схеме позволяют производить не только токарную обра¬
ботку и измерение, но и фрезерование, растачивание, лазерную
и индукционную закалку, шлифование и мойку. Установку заго¬
товки и снятие детали выполняет многофункциональный шпин¬
дельный блок своим рабочим шпинделем. Заготовка поступает на
позицию установки по огибающему станок конвейеру, однако
транспортные перемещения здесь более короткие, что позволяет
сократить вспомогательное время. Измерения осуществляются
выборочно в процессе обработки (с точностью, обеспечиваемой
КИМ) поворотным измерительным щупом, с минимальными
затратами времени. Перед измерением деталь обдувают воздухом.
Точность измерения составляет ±2 мкм. Максимальный разброс
точности позиционирования не превышает 1 мкм. За один уста-
нов заготовки производится ее черновая и чистовая обработка.
Модули для сверлильно-фрезерно-расточной обработки. Рассмот¬
рим традиционные конструкции ГПМ для обработки корпусных
деталей.
ГПМ на базе многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных
станков должны отвечать специфическим требованиям: наличие
магазинов ПС, многошпиндельных головок; возможность замены
комплектов инструмента или целиком инструментальных магази¬
нов; замена тары для стружки и емкостей для СОЖ при переходе
на обработку различных материалов; очистка от стружки опорных
поверхностей спутников и позиционных приспособлений; кор¬
ректировка положения заготовки в спутнике и т.д. Обязательное
требование к ГПМ — возможность его встраивания в ГПС. Поэто¬
му модуль должен иметь стандартные сопрягающие устройства для
стыковки с АТСС, с центральной ЭВМ, а также с отдельными
системами ЧПУ станков, ПР и транспортных устройств. ГПМ со¬
здают на основе модульного принципа.
На рис. 9.4 приведен общий вид ГПМ, построенного на базе
серийного горизонтального многоцелевого сверлильно-фрезерно¬
расточного станка с ЧПУ, а на рис. 9.5 — его компоновка. ГПМ
оснащен дополнительным накопителем приспособлений-спутни-
ков. Устройство смены спутников представляет собой двухпози-
1 0 Чери.жои
289

7
6	5
4
Рис. 9.4. Общий вид ГПМ на базе многоцелевого станка для обработки
корпусных деталей:
1 — многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточный станок с ЧПУ; 2 — пульт
управления; 3 — шкаф УЧПУ и электроавтоматики; 4 — поворотный стол-нако¬
питель заготовок; 5 — ПС; 6 — заготовка; 7 — тактовый стол; 8 — инструмен¬
тальный магазин
ционный поворотный стол, связывающий станок с накопителем.
На спутник можно устанавливать как заготовку, так и кассету с
инструментом. Кассета в нужный момент подается на стол стан¬
ка, а затем манипулятор заменяет инструмент.
Для горизонтальных ГПМ предпочтительна компоновка с од¬
ной подвижной (по координате X или Z) стойкой портального
типа, с подвижным (по координате X или Z) поворотным (диск¬
ретно или непрерывно по координате В — см. рис. 9.5) столом и с
центрально расположенной вертикально перемещающейся (по ко¬
ординате Y) шпиндельной бабкой (симметричной конструкции)
с невыдвижным шпинделем.
Для возможности обработки деталей с пяти сторон без переус¬
тановки некоторые горизонтальные ГПМ оснащены автоматически
поворачивающейся головкой, благодаря чему шпиндель может
переходить из горизонтального положения в вертикальное, а так¬
же станками со сменными многошпиндельными коробками.
Для вертикальных ГПМ небольших и средних размеров предпо¬
чтительна компоновка с неподвижной стойкой и вертикально-по-
движной (по координате Z) шпиндельной бабкой с неподвиж¬
290

Y
Рис. 9.5. Компоновка ГПМ на базе многоцелевого станка:
1 — станок; 2 — шкаф электрооборудования; 3 — система управления измерени¬
ем параметров обработки; 4 — УЧПУ; 5 — накопитель спутников; 6 — устройство
смены спутников; 7 — спутник; 8 — кассета с инструментом
ным шпинделем, а также продольно- (по координате X) и попе¬
речно- (по координате Y) подвижным неповоротным столом. Для
ГПМ больших размеров (с шириной стола 800 мм и более) пред¬
почтительна компоновка с продольно-подвижным столом (по ко¬
ординате X), поперечно-подвижной по порталу (вдоль координа¬
ты Y) ползунковой (т. е. перемещающейся по координате Z) шпин¬
дельной бабкой или с неподвижным столом и крестово-подвиж¬
ной (по координатам Y и X) стойкой.
Ряд ГПМ, преимущественно небольших размеров, выпуска¬
ются как модификация базовых моделей станков в многошпин¬
дельном исполнении, что позволяет, например, одновременно
обрабатывать по общей УП несколько одинаковых деталей. На та¬
ких ГПМ автоматическая смена инструмента во всех шпинделях и
обработанных деталей происходит одновременно; их используют
в условиях крупносерийного производства.
291

На рис. 9.6, а показан фрагмент ГПМ с силовым органом в
виде сменных многошпиндельных коробок, расположенных на
станине. Время смены многошпиндельной коробки составляет 5 с.
На рис. 9.6, б показан сверлильно-фрезерно-расточной ГПМ
для обработки заготовок корпусных деталей из черных и цветных
металлов. ГПМ может работать как индивидуально, так и в соста¬
ве ГПС. В него входят: многоцелевой станок 6, система автомати¬
ческой смены многошпиндельных головок и заготовок, УЧПУ 12,
склад и транспортное устройство. Станок состоит из привода глав¬
ного движения 14, поперечного подвижного поворотного стола 16,
ограждения 17, устройства удаления стружки 2, гидростанции 8.
Система автоматической смены заготовок включает в себя двух¬
позиционную станцию 3 загрузки и зажима заготовок, подъем¬
ник-укладчик 1, подающий посредством манипулятора 4 заготов¬
ки 15 со склада 5 на станцию загрузки. На складе кроме заготовок
хранятся столы-спутники 7 с приспособлениями для установки и
292

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Рис. 9.6. ГПМ со сменными шпиндельными коробками, расположен¬
ными на станине (а) и в магазине (б):
1 — подъемник-укладчик; 2 — устройство удаления стружки; 3 — станция за¬
грузки и зажима заготовок; 4 — манипулятор; 5 — склад заготовок; 6 — многоце¬
левой станок; 7 — стол-спутник; 8 — гидростанция; 9 — транспортное устрой¬
ство; 10 — шпиндельные коробки; 11 — инструмент; 12 — УЧПУ; 13 — магазин;
14 — привод главного движения; 15 — заготовки; 16 — поперечный подвижный
поворотный стол; 17— ограждение
закрепления заготовок. При переналаживании модуля заменяют
зажимные приспособления, шпиндельную коробку 10 с инструмен¬
том 11, которую берут из магазина 13, УП для обработки партии
заготовок новых деталей. УП вводятся в УЧПУ либо с пульта управ¬
ления ГПМ, либо путем замены программоносителя. Доставка
сменных шпиндельных коробок осуществляется транспортным
устройством 9.
Современные ГПМ оснащают герметизированным устройством
защиты рабочей зоны, в которую подается СОЖ.
Шлифовальные модули. При создании шлифовальных модулей
с ЧПУ, предназначенных для ГПС и ГАЗ, стремятся к обеспече¬
нию гибкости и максимальной концентрации работ, выполняе¬
мых на одном станке. Такие модули также строятся по агрегатно¬
модульному принципу.
Модуль обладает широкими технологическими возможностя¬
ми. На нем можно обрабатывать с одного установа и одним инст-
293

рументом, используя при необходимости линейную или круго¬
вую интерполяцию, ступенчатые валы с отдельными поверхнос¬
тями в виде конусов, галтелей, фасок. Аналогично производится
шлифование ступенчатых отверстий. Для обработки фасонных по¬
верхностей используют шлифовальные круги, профильная правка
которых производится устройствами с ЧПУ; перемещения круга
задаются программой, хранящейся в памяти УЧПУ станка. При
встройке шлифовального модуля в ГПС изменяются требования и
к станку, и к системе управления им. ГПМ состоит из шлифо¬
вального станка с ЧПУ, оснащенного средствами автоматиза¬
ции контроля деталей, смены шлифовальных кругов, загрузки
заготовок и выгрузки обработанных деталей, установки патро¬
нов, центров, люнетов и т.д. Такой модуль может обладать 20
независимыми управляемыми координатами. При объединении
шлифовальных модулей в ГПС для обработки деталей опреде¬
ленного класса число независимых координат может быть
уменьшено. Тем не менее любой шлифовальный ГПМ для ГПС
должен иметь на 3—10 координат больше, чем традиционные
шлифовальные станки с ЧПУ. ГПМ должен обладать достаточной
гибкостью для обработки деталей различных технологических
групп, и кроме того, обеспечивать обдирочную, черновую, чис¬
товую и отделочную обработку заготовок шлифованием без при¬
менения других видов обработки. Однако известны ГПМ, кото¬
рые оснащаются дополнительно бабками или головками для дру¬
гих видов механической обработки (сверление, фрезерование,
токарная обработка, резьбонарезание и др.)
Специфика построения шлифовального ГПМ состоит в том,
что из кругло-, внутри- и плоскошлифовальных станков создает¬
ся многоцелевой, на котором можно выполнять комплексную
обработку заготовки с одного установа одновременно или после¬
довательно, например, наружное и внутреннее шлифование ци¬
линдрических и конических, гладких и ступенчатых поверхнос¬
тей, торцов и заплечиков. При этом стирается четкая грань между
компоновками, например, одноцелевых кругло- и внутришлифо-
вальных станков.
Для комплексной обработки на ГПМ устанавливают не один,
а несколько различных инструментов, выполняющих комплекс¬
ную обработку заготовок без переустановок. Для этого используют
различного вида револьверные головки.
На рис. 9.7 показан многоцелевой шлифовальный станок — ос¬
нова ГПМ для обработки за один установ наружных, внутренних
поверхностей и торцов, а также внутренней резьбы гаек для вин¬
товых шариковых пар качения. На станине 12 напротив попереч¬
ного суппорта 5 бабки изделия, несущего шпиндель 6 с патроном 3
для заготовки, расположен суппорт / внутришлифовального шпин¬
деля 2, перемещающегося вдоль оси заготовки. Шпиндель 2 может
294

12
11
10
9
8
7.
6	5	4	3	2	1
Рис. 9.7. Многоцелевой шлифовальный станок:
1 — суппорт внутришлифовального шпенделя; 2— внутришлифовальный шпин¬
дель; 3 — партон; 4 — алмазный ролик; 5 — поперечный суппорт бабки изделия;
6 — шпиндель изделия; 7 — устройство правки; 8 — шпиндель шлифовального
круга для наружного шлифования; 9 — шлифовальная бабка; 10 — продольные
салазки; 11 — поперечные салазки шлифовальной бабки; 12 — станина
быть повернут вокруг вертикальной оси на угол наклона винто¬
вой линии шлифуемой резьбы. Правка шлифовального круга по
профилю резьбы производится алмазным роликом 4, установлен¬
ным на корпусе бабки изделия. Причем во время правки шпин¬
дель 2 не поворачивается, его ось остается параллельной оси заго¬
товки. На крестовом суппорте с продольными салазками 10 и по¬
перечными салазками 11 расположена поворотная шлифовальная
бабка 9, несущая шпиндель 8 с шлифовальным кругом для на¬
ружной обработки; правка круга осуществляется устройством 7.
Над суппортом 8 расположен магазин внутришлифовальных оп¬
равок с шлифовальными кругами разного размера. Циклами дви¬
жений внутришлифовального шпинделя 2, бабки изделия и мага¬
зина оправок при шлифовании, правке и автоматической смене
оправок управляет УЧПУ.
На шлифовальных ГПМ производится автоматическая смена
заготовок, комплексно обрабатываемых на станке, одновременно
с правкой круга в процессе шлифования. Замену заготовок авто¬
матически производит робот, расположенный на портале. Заго¬
товка, уставленная на поворотном столе, подается к роботу лен¬
точным транспортером. Автоматическая смена кругов производится
295

дополнительным устройством смены из магазина шлифовальных
кругов. Автоматическое устройство осуществляет прием, установ¬
ку и крепление на станке кассет с 40 заготовками. Для обработки
заготовок с разных сторон кассеты поворачиваются на 180° и на¬
клоняются на 20°. Для автоматизации вспомогательных операций
(например, очистки магнитной плиты от шлама) на ГПМ ис¬
пользуются роботы с тремя управляемыми осями координат. На¬
пример, при плоском шлифовании заготовка устанавливается на
магнитную плиту с помощью захватного устройства робота. Затем
заготовка закрепляется на плите, а робот выводится из зоны шли¬
фования. По завершении процесса шлифования робот вновь захва¬
тывает заготовку и поднимает ее. В этом положении головка пово¬
рачивается на 180° вокруг горизонтальной оси. Устройство для
удаления шлама при этом устанавливается над зеркалом магнит¬
ной плиты. Электродвигатель, смонтированный в головке, вклю¬
чается и приводит в движение щетку, удаляющую шлам с плиты.
Затем робот переносит обработанную деталь в заданное место и
может выполнить установку новой заготовки на станок, после чего
цикл повторяется.
Новые кинематики базовых станков для ГПМ. Традиционные
компоновки станков, встраиваемых в ГПМ, предусматривают раз¬
деление линейных перемещений вдоль декартовых осей коорди¬
нат между инструментом и изделием или осуществление переме¬
щений по всем трем взаимно перпендикулярным осям только
инструментом. Для обработки поверхностей сложной произволь¬
ной формы (например, при обработке инструмента для глубокой
вытяжки, литейных форм или судовых винтов) часто необходи¬
мы движения по пяти осям, в том числе линейные движения по
осям X, Y, Z и два вращательных движения В и С, которые осуще¬
ствляет инструмент или изделие.
В результате компоновки элементов, необходимых для переме¬
щений изделия и (или) инструмента по координатным осям, и
решения конструктивных задач создания жестких направляющих
и металлоемких корпусных деталей, получается базовый станок
тяжелой конструкции.
Новый подход к обеспечению произвольного формообразова¬
ния заключается в использовании в станкостроении принципа
гексапода (HEXAPOD), основанного на применении платформы
Стьюарта (Stewart).
Независимо от конструктивных решений станки-гексаподы
имеют четыре основные подсистемы (рис. 9.8):
нижнюю платформу или жесткую корпусную конструкцию со
встроенным рабочим столом 2 для установки заготовок;
шесть телескопических штанг 1, регулируемых в осевом на¬
правлении с изменением и без изменения длины и приводимых в
действие каждая от своего серводвигателя через шариковую вин-
296

Рис. 9.8. Станок-гексапод:
1 — телескопическая штанга; 2 — стол; 3 — инструментальная головка;
4 — каркас (станина)
товую передачу. Одним концом штанги скреплены со станиной 4
или нижней платформой, а другим — с инструментальной голов¬
кой 3 или инструментальным блоком, обеспечивая перемеще¬
ние последних и их поворот в пространстве в линейном направ¬
лении и под углом, определяемым конструктивными особенно¬
стями станка;
инструментальную головку 3 или блок, а также приводной дви¬
гатель и рабочий шпиндель с установочным конусом для инстру¬
мента. Шпиндель может наклоняться на угол 90° относительно
своей оси и поворачиваться относительно платформы;
ЭВМ (на рисунке не показана), чаще всего персональную типа
IBM PC с дополнительными платами для одновременного управ¬
ления по всем координатам, а также систему управления часто¬
той вращения шпинделя, подачей СОЖ, сменой инструмента и
другими вспомогательными функциями.
Изменение положения рабочего органа в пространстве осуще¬
ствляется соответствующим изменением длин каждой телескопи¬
ческой штанги за счет ее поступательного перемещения (с помо¬
щью ходовых винтов, от серводвигателей).
Заданные величины настроечных импульсов для отдельных осе¬
вых приводов с целью достижения определенной точки простран¬
ства устанавливаются путем изменения длин отдельных стержней,
297

пересчитываются с помощью преобразования первоначально за¬
данных декартовых координат.
В раздвижном стержне расположен шариковый винт, встро¬
енный в телескопическую трубу. Стержни установлены на спе¬
циальных подпятниках, конструкции которых показаны на рис. 9.9,
а —г.
Типовые требования к ГПМ: высокая эффективность в эксплу¬
атации; высокая производительность; компактность конструкции;
малая занимаемая производственная площадь; увеличенная зона
обработки; возможность выполнения высокоскоростной обработ¬
ки; возможность использования станка в качестве измерительной
машины; возможность дополнительного оснащения (по требова¬
нию заказчика); разумная цена.
Типовые характеристики конструкций станков, входящих в
ГПМ: высокая жесткость; симметричность конструкции для обес-
Раздвижной
стержень
Рис. 9.9. Варианты конструкций подпятников станка-гексапода
298

печения температурной стабильности; шпиндельный узел с приво¬
дом мощностью до 25 кВт (40 кВт)*; шпиндель с конусом ИСО 50
или 40; наличие в шпинделе устройства для контроля температуры
масла и воздуха; частота вращения шпинделя — 6000... 20 000 об/мин
(50 000 об/мин)*; керамические подшипники в конструкции шпин¬
деля; корпусные детали — массивные отливки коробчатой формы
для обеспечения оптимальной стабильности конструкции; моно¬
блочная конструкция станины; направляющие с разгрузкой; ав¬
томатическая смазка основных узлов; применение линейных дви¬
гателей для перемещения по горизонтальным и вертикальным осям;
диапазон рабочих подач до 20 м/мин (100 м/мин)*; применение
шариковых винтовых пар с центральным креплением винта; ско¬
рость быстрых перемещений до 31 м/мин (150 м/мин)*; автомати¬
ческая загрузка-выгрузка системы паллет (до 32 позиций); время
смены ПС не более 10 с; совершенные системы охлаждения и сбо¬
ра стружки, в том числе обеспечение работы без подачи или с
малыми подачами СОЖ.
Типовое инструментальное оснащение станка: безвибрацион-
ная изолированная система автоматической смены инструмента;
время смены инструмента не более 2 с (1 с)*; инструментальный
магазин на 32—360 инструментов; прецизионная система крепле¬
ния инструмента (по торцу и укороченному конусу) для возмож¬
ности скоростной обработки; конструкция шпинделя с возмож¬
ностью установки расточной оснастки.
Система ЧПУ станка: УЧПУ типа CNC с управлением одно¬
временно по пяти координатам; повторяемость и точность пози¬
ционирования (X, Y, Z) до 1 мкм (0,1 мкм)*; ультрапрецизион-
ная координата В\ прецизионные линейные стеклянные шкалы
(X, Y) координат.
Координатные измерения на ОЦ. В последнее время в дополне¬
ние к измерениям с помощью КИМ в условиях ГПС стали приме¬
нять координатные измерения измерительными головками непо¬
средственно на ОЦ, что обеспечивает оперативность при контроле
деталей и дает большие возможности для реализации адаптивного
управления точностью обработки. Создание измерительных голо¬
вок, передающих сигналы измерения бесконтактным способом (с
помощью радиоканала, инфракрасным излучением) позволило
проводить координатные измерения. Измерительная головка в
процессе обработки заготовки хранится в инструментальном ма¬
газине станка, а в момент, когда осуществляется цикл измере¬
ния, устанавливается в шпиндель станка.
Измерения, проводимые непосредственно на станке, умень¬
шают коэффициент технического использования станка, одно¬
временно разгружают работу транспортной системы ГПС по срав¬
*	В скобках указаны перспективные характеристики.
299

нению с измерениями, проводимыми вне станка на КИМ. На точ¬
ность измерения на станке влияют тепловые деформации станка,
его измерительных систем и самой заготовки, а также загрязнен¬
ность заготовки стружкой и охлаждающей жидкостью. Кроме того,
станок предназначен для обработки, а не для контроля. В связи с
этим, на станке контролируются лишь некоторые ответственные
размеры, причем не для окончательной их оценки, а для слеже¬
ния за ходом технологического процесса.
На схеме, представленной на рис. 9.10, а, ГПС обрабатывает в
автоматическом режиме шесть различных корпусных деталей и
содержит четыре ОЦ 1, выполняющих фрезерные и сверлильные
операции; три четырехкоординатных сверлильных станка 2 с ЧПУ;
два вертикальных токарных станка 3 с ЧПУ; автоматическую уни¬
версальную КИМ 4 и станции загрузки-выгрузки 5.
Связь станков между собой и с КИМ осуществляется транс¬
портной системой — рельсовой дорогой, по которой перемеща¬
ются две транспортные тележки 6. КИМ автоматически прово¬
дит пооперационный и окончательный контроль изготовляемых
деталей.
В процессе изготовления полуфабрикаты и окончательно обра¬
ботанная деталь поступают на КИМ до семи раз, а критические
размеры (например, отверстия коренных подшипников) прохо¬
дят сплошной контроль.
КИМ оснащена устройством автоматической смены измери¬
тельных головок и ЭВМ, которая работает по УП, поступающей
Ш Ш Ш Ш Ш Ш
тпишшшппшг
а
Л Л
С2
С1
СЗ =
С4
С5 =
мз =
С7
Ml
М2 -
Рис. 9.10. Примеры применения КИМ в ГПС:
а — схема с одной КИМ; б — схема с несколькими КИМ; 1 — ОЦ; 2 — свер¬
лильные станки с ЧПУ; 3 — токарные станки с ЧПУ; 4 — КИМ; 5 — станции
загрузки-выгрузки; 6 — транспортные тележки; Cl — С7 — станки с ЧПУ;
М1-МЗ - КИМ
300

от центральной ЭВМ. Последняя осуществляет прямое управле¬
ние станками и транспортными средствами.
Существуют ГПС, в которых используют несколько КИМ, каж¬
дая из которых решает свои задачи. Примером может служить ГПС
из станков с ЧПУ (рис. 9.10, б). В технологическую цепочку С6 —
С7 —С4—С5 —СЗ станков с ЧПУ, предназначенных для черно¬
вой и чистовой обработки, и станков С1 и С2, предназначенных
только для чистовой обработки, включены координатно-измери-
тельные машины Ml, М2 и М3. Управление технологическим и
транспортным оборудованием осуществляется от двух ЭВМ. Обра¬
батываемые детали перемещаются по конвейеру.
Машина Ml последовательно измеряет заготовки, поступаю¬
щие с позиции загрузки паллет, и определяет припуск с точнос¬
тью до 0,5 мм. Эта информация поступает в ЭВМ, где рассчитыва¬
ется необходимое число проходов на обрабатывающем оборудо¬
вании. КИМ М2 и М3 измеряют обработанные детали с точнос¬
тью 0,005 мм. Результаты измерений поступают в ЭВМ и учитыва¬
ются при управлении станками на чистовых операциях. КИМ М3
измеряет окончательно обработанные детали, по результатам из¬
мерений составляется протокол о их качестве и фактических раз¬
мерах отдельных ответственных параметров.
Гибкие производственные ячейки. Фрагменты ячейковой ком¬
поновки используются в различных модификациях ГАУ и ГПС.
Простейшие из них, включающие два-три станка, объединенных
транспортной и управляющей системой, выделены как самостоя¬
тельный уровень интеграции при создании ГАУ и ГАЗ.
На рис. 9.11 показаны разновидности ГПЯ. В состав ГПЯ на
рис. 9.11, а входят ОЦ 7 и токарный станок 4 с ЧПУ, обслуживае- ,
мые стационарным ПР 2, а также накопитель деталей 3. На'"
рис. 9.11, б представлена ГПЯ из двух ОЦ 7, связанных ПР 2 пор¬
тального типа. На рис. 9.11, в показана ГПЯ, образованная двумя
ОЦ 7, связанными транспортером-накопителем 5 замкнутого типа,
а на рис. 9.11, г — состоящая из двух ОЦ, связанных боковым
транспортером 7 (или транспортной тележкой), а также системой
замены паллет 6.
На рис. 9.12 показана схемная реализация ГПЯ, состоящей из
двух независимо работающих ОЦ 7 и 4, блоков с паллетами 6 и
закрепленными на них различными обрабатываемыми деталями.
По рельсам вдоль блоков с паллетами перемещается автоматичес¬
кая рельсовая тележка 5, которая может подать любую деталь на
любой станок в любой случайной последовательности. На заднем
плане показан склад-магазин 3 с дополнительным (дублирующим)
инструментом, который подается верхним транспортером 2 с
любой полки склада-магазина в магазин любого обрабатывающе¬
го центра, когда это требуется в зависимости от детали, посту¬
пившей для обработки на данный станок. Для управления ГПС
301

4	1
	V-
1

1
—^—1
1
	7^
1
1
1
	Fh	1
1
	±	1
Рис. 9.11. Варианты построения ГПЯ:
а — со стационарным ПР; б — с портальным ПР; в — с транспортером-накопи¬
телем; г — с боковым транспортером; 1 — ОЦ; 2 — ПР; 3 — накопитель деталей;
4	— токарный станок с ЧПУ; 5 — транспортер-накопитель; 6 — система замены
паллет; 7 — боковой транспортер
установлен шкаф 7. Такая планировка позволяет легко включать в
ГПЯ дополнительные станки и оборудование.
На рис. 9.13 показан пример ГПЯ для обработки деталей в две
операции с включением в нее различных ОЦ. Обработка деталей
полностью на двух взаимодополняющих станках при сохранении
Рис. 9.12. ГПЯ из двух ОЦ как первая
ступень интеграции оборудования
в ГПС:
1, 4 — ОЦ; 2 — транспортер; 3 — общий
склад-магазин (этажерка) с инструментом;
5	— рельсовая тележка; 6 — паллеты; 7 —
шкаф управления системой; DNC — сис¬
темы ЧПУ
302

Подача заготовок и инструмента
Рис. 9.13. ГПЯ из двух ОЦ для централизованной обработки деталей
типа тел вращения, небольших планок, рычагов и корпусов:
1 — токарный ОЦ; 2 — ПР; 3, 5 — накопители с паллетами; 4 — робокар; 6 —
контрольный пост; 7 — тара для стружки; 8 — ОЦ
технологических возможностей позволяет повысить их произво-
дительность и снизить стоимость обработки, однако и степень их
гибкости снижается.
9.3.	Гибкие производственные системы
ГПС строятся по агрегатно-модульному принципу, что имеет
ряд преимуществ. Рассмотрим последовательность создания ГПС.
На рис. 9.14 приведены стандартные узлы, на базе которых стро¬
ятся горизонтальные ГПМ в зависимости от конкретных требова-
303

Рис. 9.14. Гамма стандартных узлов для построения ГПМ:
1 — литая стойка; 2 — шпиндель (конус 50, мощность 50 или 60 кВт, 6500 об/мин);
3 — шпиндель (конус 50, мощность 50 кВт, 10000 об/мин); 4 — шпиндель (конус
50, мощность 50 кВт, 15 000 об/мин); 5 — защитный экран с пультом управле¬
ния; 6 — стенка по осям X— Y станка; 7 — квадратные, прямоугольные паллеты
(по стандарту ИСО); 8 — устройства автоматической смены паллет вместе с
обрабатываемой деталью (гибкие, модульные, многопозиционные карусельного
типа); 9 — дополнительный контроллер участка; 10 — дополнительный автома¬
тизированный участок загрузки паллет; 11 — перестраиваемые стойки для пал¬
лет или станции загрузки-выгрузки; 12 — типовое устройство для смены паллет
(до шести стоек) или станций загрузки-выгрузки; 13 — ограждение для рабочей
зоны; 14 — механизм автоматической смены инструмента, устанавливаемый
сверху; 15 — накопители инструмента на 45 — 180 шт.; 16 — литое чугунное
основание
ний заказчика. Некоторые узлы являются общими для всей гам¬
мы, другие относятся только к определенным ее типоразмерам.
На рис. 9.15 показан ГПМ для сверлильно-фрезерно-расточных
работ, построенный по агрегатно-модульному принципу с ис¬
пользованием стандартных узлов (см. рис. 9.14). На рис. 9.16 пока¬
зана схема фрагмента ГПС, построенной на базе приведенного
на рис. 9.15 ГПМ, где происходит постепенное, по мере необхо¬
димости, наращивание количества модулей, добавляются станки,
станции хранения паллет, увеличивается длина транспортера и
304

2
1
12 11
Рис. 9.15. Использование стандартных узлов при построении ГПМ:
1 — автономная станция загрузки-выгрузки паллет с деталями; 2 — модульный
механизм смены паллет с обрабатываемой деталью; 3 — автономные стойки для
установки паллет; 4 — поворотный стол; 5 — магазин инструментов с возмож¬
ностью увеличения емкости от 45 до 180 шт.; 6 — цифровые серводвигатели
переменного тока с адаптивной настройкой; 7 — шпиндель (конус 50, мощность
50 кВт); 8 — стойка с линейными роликовыми направляющими; 9 — шкаф для
кондиционирования воздуха; 10 — УЧПУ; 11 — устройство подачи паллет на
обработку; 12 — сдвоенный винтовой транспортер стружки
устанавливается контроллер управления участком. Стандартные
узлы относятся к основным узлам ГПМ, определяющим произво¬
дительность и точность обработки. Элементы систем управления
(системы ЧПУ, различные датчики, электрошкафы и др.), шпин¬
дельные узлы, комплекты приспособлений и загрузочные устрой¬
ства встраиваются в станки при проектировании их по каталогам
и покупаются у специализированных предприятий. На современ¬
ном уровне серьезный станкостроительный завод имеет свои стан¬
дартные узлы. Ранее в СССР были созданы межзаводские унифи¬
цированные узлы, изготовляемые на специализированных заво-
305

Рис. 9.16. Фрагмент ГПС из стандартных модулей:
1 — паллеты; 2— ГПМ с магазином на 45 инструментов и механизмом их смены
с двумя паллетами; 3 — УЧПУ; 4 — автономная станция загрузки-выгрузки;
5 — станция подачи с одной паллетой
дах (как принято на агрегатных станках и автоматических линиях,
за счет стандартизации присоединительных размеров).
При создании специальных узлов ГПМ, следовательно и ГПС
(например, зажимных приспособлений*), используется агрегат¬
но-модульный принцип.
В зависимости от схемы расположения оборудования в ГПС
(рис. 9.17) транспортирование заготовок и других компонентов
материального потока организуется по жесткому или по гибкому
маршруту. При комбинированном потоке на отдельных участках
ГПС маршрут может не изменяться, а на других может быть изме¬
нен. В этом случае транспортную систему планируют так, чтобы
заготовки могли подаваться к оборудованию в различной после¬
довательности, пропуская какую-либо единицу оборудования ГПС.
На основе использования различных компоновочных решений раз¬
работаны типовые схемы размещения оборудования в ГПС раз-
*	См. Черпаков Б. И. Технологическая оснастка: Учебник. — М.: Изд. центр
«Академия», 2003. — 368 с.
306

>I|K
г
Рис. 9.17. Типовые компоновочные схемы расположения оборудования
в ГПС:
а — параллельная; б — линейная однорядная; в — линейная многорядная; г, ^ —
круговые; е — роторная
личного технологического назначения для мелко-, средне- и круп¬
носерийного производства.
Для обработки деталей на ГПС создается универсальная уни¬
фицированная система инструмента и инструментальной оснаст¬
ки, своя для каждой группы оборудования. Например, для моду¬
лей сверлильно-фрезерно-расточной группы важнейшими частя¬
ми системы являются: основная оправка со стандартным конусом
7:24 (размером 40, 45 и 50), со стандартными канавками под за¬
хваты автооператора (механизма автоматической смены инстру¬
мента) и гнездом для сменного инструмента; удлинители и переход¬
ники, обеспечивающие установку инструмента на размер по оси X
и установку оправок для различных комбинаций диаметров и длин
обрабатываемых отверстий; режущий инструмент, включающий в
себя сверла с многогранными неперетачиваемыми пластинами
(МНП), концевые фрезы с МНП и др. Все режущие инструменты
можно крепить непосредственно в основных оправках или с по¬
мощью удлинителей и переходников.
Модульные расточные инструменты и головки для чистового
растачивания обычно применяют для обработки отверстий с мак¬
симальным диаметром 180...200 мм. Для растачивания (как чер¬
нового, так и чистового) отверстий больших диаметров исполь¬
зуют сменные блоки.
Модульный вспомогательный инструмент включает в себя пат¬
роны для инструментов с цилиндрическим хвостовиком; патро¬
ны для метчиков и плашек; переходные втулки с конусом Морзе;
307

оправки, настраиваемые по длине; фрезерные оправки и другой
вспомогательный инструмент.
Схема универсальной унифицированной системы инструмен¬
тальной оснастки ГПС приведена на рис. 9.18. Система состоит из
190 наименований режущего и 90 наименований вспомогательно¬
го инструмента.
Как видно из представленной схемы, к вспомогательному ин¬
струменту (поз. 1—24) относятся оправки для насадных и торцо¬
вых фрез; оправки для сверл; оправки для зенкеров и разверток;
расточные оправки; расточные головки с МНП; патроны для креп¬
ления цилиндрических регулируемых хвостовиков; цанговые пат¬
роны; патроны расточные; втулки различных конструкций; дер¬
жавки и др.
Рис. 9.18. Система инструментальной оснастки ГПС:
1—24— вспомогательный инструмент; 25—51 — режущий инструмент
308

Режущий инструмент (поз. 25—51) включает в себя торцовые,
дисковые, пазовые, прорезные шпоночные фрезы; цековки; спи¬
ральные цилиндрические сверла, сверла с коническим хвостови¬
ком, комбинированные; зенкеры; зенковки; развертки; режущие
пластины перовых сверл; пластины из твердого сплава (много¬
гранные неперетачиваемые); расточные резцы (державочные и с
цилиндрическим хвостовиком); метчики и др.
Конструкции различных оправок, переходных державок, пат¬
ронов, расточных головок и других видов вспомогательного инст¬
румента обеспечивают быструю их смену и переналадку на любой
размер растачиваемых отверстий в заданном диапазоне (в том числе
для получения высокоточных отверстий и требуемой длины выле¬
та инструмента), позволяют эффективно использовать разнооб¬
разный стандартный и специальный режущий инструмент.
В условиях автоматического цикла работы станков с ЧПУ, вхо¬
дящих в состав ГПС, первостепенное значение приобретает на¬
дежность конструкций инструмента и предъявляются повышен¬
ные требования к надежности средств крепления. Например, для
осевого инструмента с конусом Морзе и лапкой недопустимо са¬
мопроизвольное раскрепление, поэтому для его закрепления при¬
меняют втулки с предохранительными гайками (рис. 9.19).
На переднем конце оправки размещена предохранительная гай¬
ка 7, которая удерживает инструмент от выпадения из коничес¬
кого отверстия. Эта же гайка используется для крепления сверл с
поводками с помощью разрезных втулок 4 (в этом случае предох¬
ранительная гайка действует как нажимная, что повышает точ¬
ность крепления сверл). Для регулировки вылета втулки 4 в дер¬
жавке используется регулировочная гайка 3, которая фиксирует¬
ся на оправке 5 в заданном положении путем нажатия специаль¬
ного лепестка винтом 2. Крутящий момент передается с помощью
шпонки 6.
Рис. 9.19. Переходная регулируемая втулка с предохранительными
гайками:
1, 3 — гайки; 2 — винт; 4 — разрезная втулка; 5 — оправка; 6 — шпонка
309

Применяемый в ГПС инструмент, как правило, сборно-разбор-
ный. Он конструктивно построен таким образом, что при наимень¬
шей номенклатуре составляющих элементов можно получить мак¬
симальное число конструкций инструмента для более полного ис¬
пользования технологических возможностей станков с ЧПУ.
Смена режущего и вспомогательного инструмента, необходи¬
мого для выполнения новой технологической операции при обра¬
ботке той же заготовки или при переходе к обработке другой,
осуществляется устройством автоматической смены отдельного
режущего и вспомогательного инструмента. Конструктивно эти
устройства довольно разнообразны, однако функции у них тради-
ционны и обычно такое устройство состоит из двух механизмов:
механизма хранения инструментов (инструментального магазина)
и механизма передачи инструмента из соответствующей ячейки
инструментального магазина в шпиндель ГПМ (автооператора).
Поиском необходимого инструмента и соответствующими переме¬
щениями автооператора управляет УЧПУ по командам УП. В от¬
дельных случаях режущий инструмент может быть установлен в
шпиндельные коробки. В этом случае происходит уже не индиви¬
дуальная, а групповая смена инструмента, однако общие прин¬
ципы работы устройства сохраняются.
Таким образом, для функционирования ГПС в ее состав дол¬
жен входить ряд систем: основное и вспомогательное технологи¬
ческое оборудование, транспортно-складская система, инструмен¬
тальная система и вспомогательная оснастка, АСУ, системы жиз¬
необеспечения и другие, состоящие из большого числа элементов
и подсистем (рис. 9.20).
На базе обобщенной схемы можно составить конкретный на¬
бор элементов и подсистем для различных ГПС в зависимости от
их уровня и назначения. Например, для функционирования ГАЗ
необходимы практически все элементы, указанные на рис. 9.20
(подробнее о функционировании ГАЗ см. в гл. 10). Для функциони¬
рования систем более низкого уровня нужна лишь часть элемен¬
тов из этой схемы.
Для управления ГПС используется производственная ЭВМ, учи¬
тывающая постоянно изменяющиеся условия производства. ЭВМ,
АСУ ГПС могут быть напрямую связаны с АСУ предприятием и
обеспечивать стыковку планово-диспетчерских расчетов на участ¬
ках или в цехе с непосредственным управлением производством на
заводе.
Для решения различных технологических задач ГПС комплек¬
туется оборудованием следующих видов: однотипными взаимоза¬
меняемыми многоцелевыми станками с ЧПУ; функциональными
дополняющими друг друга специализированными станками с ЧПУ
(фрезерными, расточными, сверлильными, токарными и др.);
специализированными ОЦ с ЧПУ.
310

Рис. 9.20. Обобщенная комплектно-структурная схема элементов и подсистем ГПС

Рассмотрим конструкции отдельных ГПС. На рис. 9.21 показана
структурно-компоновочная схема ГПС механообработки. Принцип
ее функционирования виден из рисунка; обращает на себя вни¬
мание комплексный характер решаемых ГПС вопросов:
Автоматизированная
система управления
предприятием (АСУП):
календарное планиро¬
вание, расчет сменных
заданий, контроль
выполнения плана
Система
автоматизированного
проектирования
и расчетов (САПР):
обрабатываемых дета¬
лей, инструмента,
приспособлений, тех¬
нологий, управляющих
программ
Автоматизированная
система управления
технологическими
процессами (АСУТП):
обработки, контроля,
транспортирования
~zy~
<$= Автоматизированная система управления ГПС
Автоматизированная система транспортирования
заготовок, инструмента, деталей
Рис. 9.21. Структурно-компоновочная схема ГПС механообработки:
1 — склад паллет; 2 — склад инструментальных магазинов; 3 — робот-штабелер;
4 — склад заготовок и деталей; 5 — монтажный стол; 6 — накопители с автома¬
тической загрузкой; 7 — станки; 8, 9 — самоходные робокары; 10 — КИМ; 11 —
пункт оперативного накопления; 12 — ЭВМ; 13 — пульт оператора; 14 — отделе¬
ние заточки режущего инструмента; 15 — отделение комплектации и настройки
инструмента; 16— отделение сборки ПС; 17 — отделение комплектации инстру¬
ментальных магазинов
312

в качестве технологического оборудования использованы ОЦ
и специальные станки с ЧПУ, что позволяет обрабатывать боль¬
шую номенклатуру сложных корпусных и других деталей;
развитая система складов: паллет, инструментальных магази¬
нов (смена инструмента осуществляется путем замены всего мага¬
зина), заготовок и деталей;
системы транспортных потоков (заготовок, деталей, инстру¬
ментов, стружки, подачи СОЖ и других компонентов);
комплексная система управления ГПС (ИАСУ ГПС), охваты¬
вающая системы САПР, АСУТП и имеющая связь с АСУП пред¬
приятия.
На рис. 9.22 показана ГПС, включающая десять ОЦ 6 с гори¬
зонтальной компоновкой шпинделя, расположенных в два ряда;
станцию 5 мойки и очистки изделий от стружки; автоматизиро¬
ванный склад 1 заготовок (емкость склада 1452 ячейки); конвейер 2
подачи паллет в зону 3 установки заготовок в приспособления на
паллеты; автоматизированный инструментальный склад (1008 яче¬
ек) 10 с необходимым оборудованием 9 для настройки инстру¬
ментов; три транспортные тележки 4 для перемещения паллет с
9
Рис. 9.22. Общий вид ГПС с центральным складом, обеспечивающим
гибкость производства:
1 — склад заготовок; 2 — конвейер; 3 — зона установки заготовок на паллеты; 4,
7 — транспортные тележки; 5 — станция мойки; 6 — ОЦ; 8 — транспортер; 9 —
оборудование настройки инструмента; 10 — склад инструмента; 11 — центр
управления ГПС
313

заготовками и обработанными деталями; две транспортные тележ¬
ки 7 для перемещения режущего инструмента на станки; транс¬
портер 8 для удаления стружки; центр управления ГПС 11. Сред¬
нее время одной операции на данной ГПС 47 мин (минимальное
время 5 мин, максимальное 210 мин).
Характерным для данной ГПС является: гибкость автоматичес¬
кого складирования — это прежде всего подача любой заготовки в
любой последовательности и в любое время, по кратчайшему марш¬
руту с минимальным временем поиска и выдачи заготовок (дета¬
ли) на транспортное средство. Автоматический склад управляется
ЭВМ. Роль складирования в концепции гибкого производства не
сводится только к накоплению заделов, как при традиционной
организации производства. Склад скорее является транзитным рас¬
пределителем, причем заготовка выбирается автоматически. Он
принимает продукцию других ГПС и цехов и выдает продукцию
другим ГПС и цехам. Поэтому необходимо, чтобы все транспорт¬
но-складские средства завода были унифицированы независимо
от назначения отдельных ГПС. Там, где это возможно, склад обо¬
рудуется лифтом, связывающим его с производственными цеха¬
ми, расположенными на разных этажах (например, механичес¬
ким и сборочным).
4
И	10	9
Рис. 9.23. ГПС из многоцелевых токарных станков с ЧПУ:
1 — паллета; 2 — робот-штабелер; 3 — транспортная тележка для паллет; 4 —
накопитель паллет; 5 — станок; 6 — инструментальный магазин станка; 7 — ПР
для загрузки заготовок на станок и отвода обработанных деталей; 8, 10 — уст¬
ройства учета стойкости и контроля режущего инструмента; 9 — позиция загруз¬
ки; 11 — резервный инструментальный магазин; 12 — автоматизированная сис¬
тема подачи инструмента
314

Главное условие расположения склада — кратчайшее расстоя¬
ние между ним и станками. В последние годы стали сооружать скла¬
ды, в которых заготовки подаются на станок со склада без приме¬
нения робокар, а обслуживаются тем же штабелером, что и ячей¬
ки склада. Поэтому готовые детали, как правило, по окончании
их обработки передают на участок сборки через склад комплекта¬
ции. На рис. 9.23 показана принципиальная схема ГПС из много¬
целевых токарных станков с ЧПУ.
9.4.	Гибкие автоматизированные участки
ГАУ — организационная структура производства, в которую
входят ГПМ, ГПЯ и небольшие ГПС. Другие элементы организа¬
ционной структуры производства: гибкий автоматизированный цех
(ГАЦ) и гибкий автоматизированный завод (ГАЗ) будут рассмот¬
рены в главе 10.
ГАУ строится в отличие от ГПС в том случае, когда в техноло¬
гический процесс входят разнохарактерные по содержанию опе¬
рации, не позволяющие объединить их транспортные системы,
расположенные в одном помещении.
В состав ГАУ может входить автономно функционирующее тех¬
нологическое оборудование, не связанное общей транспортной
системой с остальным оборудованием; возможно также выполне¬
ние отдельных ручных операций (например, загрузка заготовок
на паллеты, выгрузка обработанных изделий).
Классификация ГАУ по функциональному назначению пред¬
ставлена на рис. 9.24. ГАУ, реализующие определенные техноло¬
гические переделы, наиболее целесообразны при подготовке к
созданию ГАЦ или ГАЗ в новом производстве или при реконст¬
рукции старого производства. Предметно-замкнутые ГАУ, реали¬
зующие обработку деталей определенных типов, целесообразны
при постепенном внедрении компьютеризированного автомати¬
зированного производства.
На рис. 9.25 приведена принципиальная схема ГАУ механи¬
ческой обработки. Характер выполняемых технологических опе¬
раций не позволяет иметь общую транспортную систему и оди¬
наковые транспортные средства (транспортер или робокар).
Поэтому на рис. 9.25 представлена ГАУ, условно разделенная на
две системы.
В ГАУ автоматизированы все потоки информации на каждом
уровне управления, руководства. Система имеет комбинирован¬
ный транспорт: одна часть станков обслуживается рольгангом, а
другая — робокарами, которые связывают отдельные участки в
единую систему. Комбинированный транспорт позволяет находить
оптимальные решения, используя преимущества одного и устра-
315

Рис. 9.24. Классификация ГАУ по функциональному назначению
няя недостатки другого. При такой структуре ГАУ возможна обра¬
ботка широкой номенклатуры деталей.
При планировании создания отдельных ГАУ необходимо вы¬
бирать такую структуру, которая будет способствовать интегра-
316

Рис. 9.25. ГАУ механической обработки:
1 — ОЦ; 2 — транспортер; 3 — КИМ; 4 — роботизированный технологический
комплекс для доделочных операций; 5 — моечная машина; 6 — склад; 7 —
робокар
ции с другими системами, особенно в части транспортно-скад-
ского модуля, применения паллет, робокар и автоматических скла¬
дов, которые используются и для транспортирования (например,
между этажами и цехами).
9.5.	Система обеспечения функционирования ГПС
ГОСТ 26228 — 85 устанавливает определение систем, обеспечи¬
вающих функционирование ГПС, как совокупность в общем слу¬
чае взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечиваю¬
щих проектирование изделий, технологическую подготовку их
производства, управление гибкой производственной системой при
помощи ЭВМ и автоматическое перемещение предметов произ¬
водства и технологической оснастки.
Структура и функции АСУ ГАУ. АСУ ГАУ различного техноло¬
гического назначения решают задачи организационно-техноло¬
гического назначения (АСУ ОТ) и оперативно-диспетчерского
управления (АСУ ОД).
В иерархии подсистем ИАСУ АСУ ГАУ занимает промежуточ¬
ное положение между АСУП и локальной системой управления
(ЛСУ) оборудованием. В процессе работы АСУ ГАУ взаимодей¬
ствует с другими подсистемами ИАСУ: АСУП, АСУ АТСС,
АСКТПП, АСИО, ЛСУ, АСУ смежных по технологический це¬
почке ГАУ. Укрупненная схема информационных взаимосвязей
АСУ ГАУ приведена в табл. 9.3.
317

Таблица 9.3
Укрупненная схема информационных взаимосвязей АСУ ГАУ
Источник
информа¬
ции
Потребитель
информации
Вид информации
АСКТПП
АСУ ГАУ
Информация о маршрутных и операционных
технологических процессах, инструменте,
режимах резания, тексты УП
АСУ ГАУ
АСУП
Отчеты о выполнении производственных
заданий ГАУ, отчеты о выработке рабочих и
бригад и о фактическом использовании
оборудования
АСУ ГАУ
Заказы на изготовление сборочных единиц,
комплектов, деталей другими ГАУ
АСУ АТСС
Задания на доставку на ГАУ заготовок (по¬
луфабрикатов), материалов, комплектующих
изделий и технологической оснастки; зада¬
ния на вывоз с ГАУ готовой продукции,
полуфабрикатов (для выполнения выносных
операций), использованной технологической
оснастки, брака, отходов; команды управле¬
ния транспортированием внутри участка
Персонал
Плановые задания на неавтоматизированное
оборудование и службы обеспечения произ¬
водства
АСУ АСИО
Заявки на подачу инструмента (оснастки)
ЛСУ
Данные, требуемые для выполнения техно¬
логических операций (УП, таблицы коррек¬
ций и др.); команды управления оборудова¬
нием
АСУП
АСУ ГАУ
Нормативная информация об изготовляемых
изделиях (сборочных единицах, деталях,
комплектах); нормативная информация об
используемых заготовках, материалах, комп¬
лектующих изделиях и технологической ос¬
настке; нормативная информация об ис¬
пользуемом оборудовании; нормативная ин¬
формация о персонале ГАУ; плановая ин¬
формация (производственная программа ГАУ)
АСУ
АТСС
АСУ ГАУ
Данные о доставке и размещении на складах
ГАУ заготовок, материалов, комплектующих
изделий, технологической оснастки; данные о
вывозе с ГАУ готовой продукции, полу¬
фабрикатов (для выполнения выносных
операций), использованной технологической
оснастки, брака, отходов
318

Окончание табл. 9.3
Источник
информа¬
ции
Потребитель
информации
Вид информации
Персонал
АСУ ГАУ
Данные о выполнении плановых заданий;
данные о текущем состоянии неавтоматизиро¬
ванного оборудования
АСУ
АСИО
АСУ ГАУ
Данные об используемом инструменте
ЛСУ
АСУ ГАУ
Данные о состоянии оборудования
Фактический набор функций АСУ ГАУ и их содержание зави¬
сят от технологического и производственного назначения конк¬
ретного ГАУ и уровня его автоматизации.
В ГАУ с высокой степенью автоматизации технологических
процессов (например, ГАУ механосборки) АСУ может решать
полный комплекс задач управления: от планирования до автома¬
тического управления оборудованием, обеспечивая работу с ог¬
раниченным участием персонала.
В ГАУ с низкой степенью автоматизации технологических про¬
цессов (сборка, упаковка, консервация и некоторые другие) за¬
дачи оперативно-диспетчерского управления ограничиваются сбо¬
ром данных о ходе производства и информационной поддержкой
производственного процесса с помощью сети терминалов.
В зависимости от принятой схемы организации производства АСУ
ГАУ может получать задания от АСУП или от АСУ следующего по
технологической цепочке участка. Кроме того, если схема органи¬
зации производства предусматривает поддержание заданного уров¬
ня запасов внутри ГАУ, то при отгрузке обработанных деталей ав¬
томатически может формироваться новое задание на обработку.
Оперативное планирование работы ГАУ осуществляется с за¬
данным интервалом времени (ежесменно либо ежесуточно в зави¬
симости от регламента работы). Результатом планирования явля¬
ются плановые задания для рабочих мест.
Функции АСУ ОТ заключаются в решении задач оперативного
учета производства, планирования работы оборудования и вспо¬
могательных служб.
Функции АСУ ОД состоят в реализации общего алгоритма ра¬
боты ГАУ, взаимодействии с ЛСУ оборудования, передаче ко¬
манд и данных, сборе результатов выполнения операций, осно¬
ванном на перечне работ, перечисленных в плановых заданиях.
Формирование рациональной стратегии управления всеми ресур¬
сами ГАУ имеет важное значение, поскольку в ходе технологи¬
ческого процесса могут возникнуть различные отклонения, свя¬
занные с причинами организационного и технического характе¬
319

ра: разбросом подготовительно-заключительного, вспомогатель¬
ного и машинного времени выполнения операций, отказами обо¬
рудования и т.д. Эффективным средством повышения устойчиво¬
сти технологического процесса является динамичное распределе¬
ние взаимозаменяемых технологических ресурсов ГАУ (например,
взаимозаменяемых станков) в зависимости от ситуации. Приме¬
нение средств программирования позволяет корректировать алго¬
ритм управления в процессе внедрения и эксплуатации ГАУ.
К УП для УЧПУ, работающим в автоматическом режиме в со¬
ставе ГАУ, предъявляются дополнительные требования. При обра¬
ботке партии деталей, доставляемых к ГПМ в транспортном при¬
способлении и загружаемых в зону обработки автоматически, УП
составляется в виде цикла, соответствующего обработке одной де¬
тали. Необходимое количество отрабатываемых циклов хранится в
памяти УЧПУ и корректируется компьютером АСУ ОД. Кроме того,
в некоторых точках УП, в частности в конце цикла обработки,
вставляются вызовы специальных функций, обеспечивающих пе¬
редачу в компьютер АСУ ОД сообщений о состоянии ГПМ.
Комплект технических средств АСУ ГАУ. Комплект технических
средств АСУ ГАУ включает: универсальные или промышленные
персональные компьютеры (ПЭВМ); программируемые контрол¬
леры (ПК); средства связи с оперативным персоналом; средства
связи с ЛСУ оборудованием и сбора информации; средства авто¬
матической идентификации и кодирования заготовок, обрабаты¬
ваемых деталей, технологического и транспортного оборудования.
Схема технических средств АСУ ГАУ механообработки приве¬
дена на рис. 9.26.
К средствам связи с персоналом, которые предназначены для
обмена информацией с АСУ ГАУ, относятся специализирован¬
ное табло, пульты и клавиатуры ввода-вывода алфавитно-цифро¬
вой информации, устанавливаемые на рабочих местах внутри ГАУ.
В АСУ ГАУ могут использоваться средства автоматической иден¬
тификации материальных объектов (заготовок, инструмента и др.)
с использованием электронных, оптико-механических носителей
информации, а также штриховых кодов. Автоматическая иденти¬
фикация основана на снабжении предметов и средств труда (гру-
зоносителей, заготовок, инструмента) кодоносителями, храня¬
щими информацию о сопровождаемом объекте. Объем информа¬
ции зависит от типа системы идентификации. Рассмотрим систе¬
мы, построенные с использованием штриховых кодов.
Штриховой код содержит число — идентификатор, которому в
базе данных АСУ соответствует полное описание объекта. Если
необходимо изменить код, то следует изготовить новую этикетку.
Штриховые коды считываются контактными и бесконтактны¬
ми (лазерными) устройствами (декодерами). Лазерные декодеры
позволяют считывать данные на расстоянии нескольких метров.
320

Рис. 9.26. Схема комплекса технических средств АСУ ГАУ механообра¬
ботки:
1 — терминалы в позициях загрузки-выгрузки; 2 — ГПМ; 3 — грузораспреде¬
лительное оборудование (ГРО)
Штриховые системы идентификации содержат носители дан¬
ных — этикетки с штриховым кодом, устройства печати этике¬
ток, переносные или стационарные декодеры. Декодеры могут под¬
ключаться к ПЭВМ и ПК или иметь собственный пульт для вво¬
да-вывода алфавитно-цифровой информации. Этикетки, предназ¬
наченные для использования в производственных условиях, изго¬
товляются из металлической фольги или бумаги, покрываемой
защитной пленкой.
Как правило, все компоненты комплекса технических средств
АСУ ГАУ представляют собой микропроцессорные устройства и
связываются с ПЭВМ или ПК через последовательный интер¬
фейс.
Примеры построения АСУ ГАУ. АСУ ОТ гибкого автоматизиро¬
ванного участка обработки деталей типа тел вращения формирует
планы работы оборудования на основе данных, поступающих от
АСУП, и ведет общий учет производства. АСУ ОД работает на ос¬
нове подготовленного АСУ ОТ плана, содержащего идентифика¬
торы, данные о количестве обрабатываемых полуфабрикатов, но¬
мера требуемых программ ЧПУ, коды грузоносителей в АТСС. Ком¬
пьютер АСУ ОД из плана работ каждого ГПМ выбирает очередное
задание, определяет идентификатор очередной обрабатываемой
детали, связывается с АСУ АТСС или ЛСУ АТСС ГАУ и передает
команду на транспортирование грузоносителей с заготовками со
1 1 Mepii.iKOH
321

склада к позиции загрузки-выгрузки, а затем передает команду ЛСУ
на перемещение грузоносителя к ГПМ. Одновременно из архива
выбирается необходимая программа ЧПУ и передается в УЧПУ
ГПМ. Получив подтверждение выполнения транспортной опера¬
ции и готовности ГПМ к обработке, компьютер передает команду
УЧПУ ГПМ на обработку очередной заготовки. В процессе работы
УЧПУ периодически передает в управляющий компьютер данные
о ходе процесса обработки и о состоянии ГПМ. По завершении
работы компьютер заносит в план работ данные об обработанных
деталях и выбирает следующее задание. Состояние ГАУ (автомати¬
зированного склада, транспортной системы и ГПМ) и ход техно¬
логического процесса отображается на экране компьютера.
При возникновении непредвиденных ситуаций диспетчер ГАУ
может отключить режим автоматического управления, вмешаться
в работу или управлять процессом в диалоговом режиме, вводя
отдельные команды управления АТСС и ГПМ. Через компьютер
АСУ ОД диспетчер ГАУ может дистанционно управлять краном-
штабелером автоматизированного склада, транспортным обору¬
дованием, загрузкой УП в УЧПУ ГПМ, может запускать обработку
на ГПМ и контролировать ход процесса на основе информации
автоматически передаваемой ЛСУ ГПМ в компьютер АСУ ОД.
Контрольные вопросы
1.	Дайте определение ГПС и приведите пример схемы ГПС.
2.	Как классифицируются ГПС и их элементы?
3.	Какова ожидаемая эффективность ГПС?
4.	Какими параметрами характеризуется ГПМ?
5.	Какие станки, узлы и механизмы входят в состав ГПМ?
6.	Расскажите о работе ГПМ для сверлильно-фрезерно-расточной об¬
работки.
7.	Расскажите о конструкции токарного ГПМ.
8.	В чем состоят особенности шлифовального ГПМ? Расскажите о его
работе.
9.	Что вы знаете о станке-гексаподе? Расскажите о конструкции этого
станка.
10.	Расскажите об измерениях, выполняемых на ОЦ в условиях ГПС.
11.	Дайте определение ГПЯ и приведите пример ее схемы.
12.	Расскажите о модульной системе построения комплекта режущего
и вспомогательного инструмента для сверлильно-фрезерно-расточной
группы ГПМ.
13.	Расскажите об одной из конструкций ГПС (по вашему выбору).
14.	Расскажите о структуре и функциях АСУ ГПС.
15.	Дайте определение ГАУ и приведите пример его построения.
16.	Какие технические средства входят в АСУ ГАУ?

Глава 10
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ЦЕХ И ЗАВОД-АВТОМАТ
10.1.	Назначение и организационная структура ГАЦ и ГАЗ
Важнейшие организационно-технические решения, связанные
с внедрением ГПС, поставили на повестку дня вопрос создания в
XXI веке опытных компьютерно-интегрированных производств
(КИП), обеспечивающих решение всех задач жизненного цикла
изделия: маркетинга, проектирования и разработки изделия, пла¬
нирования и разработки технологических процессов, материаль¬
ного обеспечения и подготовки производства, производства про¬
дукции, ее реализации, эксплуатации изделия, обслуживания
изделия, утилизации.
Конструктивно КИП в машиностроении выполняется в виде
гибких автоматизированных цехов (ГАЦ) и гибких автоматизиро¬
ванных заводов (ГАЗ). Разница между ними — в объемах продук¬
ции и оборудования. ГАЦ и ГАЗ — это организационно оформлен¬
ные, системно компьютерно-интегрированные предприятия, ра¬
ботающие по замкнутому производственному циклу, обеспечива¬
ющие выпуск товарной продукции в условиях изменяющегося ры¬
ночного спроса и функционирующие при ограниченном числе
работающих. ГАЦ и ГАЗ строятся на сочетании прогрессивной тех¬
ники, технологии производства, информационной технологии и
компьютерного управления с качественно новой квалификацией
персонала.
Структура ГАЗ и соотношение составляющих его организаци¬
онных единиц показаны на рис. 10.1.
ГАЦ — это КИП, представляющее собой совокупность гибких
автоматизированных линий (ГАЛ) и (или) ГАУ, предназначен¬
ных для изготовления продукции заданной номенклатуры.
ГАЗ представляет собой КИП, состоящее из нескольких ГАЦ и
обеспечивающее выпуск готовых изделий в соответствии с пла¬
ном основного производства. В ГАЗ могут также использоваться
отдельно функционирующие неавтоматизированные участки и
цехи.
В состав ГАЗ частично или полностью могут входить следующие
СОФ: автоматизированная система научных исследований (АСНИ);
323

система автоматизированного
проектирования и расчетов
(САПР); автоматизированная
система технологической подго¬
товки производства (АСТПП);
автоматизированная система
операционного планирования
производства; автоматизирован¬
ная система моделирования про¬
изводства; автоматизированная
система содержания и обслужи¬
вания оборудования; автомати-
ГПС	зированная система энергоснаб-
Рис. 10.1. Организационная	жения и энергосбережения; ав-
структура ГАЗ	томатизированная система мате-
риалоснабжения и переработки
отходов; автоматизированная
система управления снабжением; автоматизированная система
управления маркетингом и сбытом продукции; автоматизирован¬
ная система управления экономикой предприятия; автоматизи¬
рованная система управления кадрами и др.
Полная интеграция всех необходимых систем в единую систе¬
му определяет ГАЗ как завод будущего, полностью автоматизиро¬
ванный, гибкий, который может работать 24 ч в сутки, каждый
день в году и большую часть времени в малолюдном или безлюд¬
ном режиме. На таком ГАЗ возможно регулярно переходить на
выпуск новой продукции, а также реструктурировать производ¬
ство по мере появления новых решений.
Действие любого по степени автоматизации КИП имеет три
особенности. Первая — это обеспечение гибкости, способность
быстрого перехода с выпуска одного вида изделия на выпуск дру¬
гого при минимальных простоях оборудования и при обеспече¬
нии стабильного качества продукции и ее конкурентоспособнос¬
ти в условиях рынка. Вторая особенность — наличие «думающих»
машин нового класса (технологических, транспортных, складс¬
ких и т.д.), способных решать интеллектуальные задачи на базе
информационных технологий, выбирать оптимальный режим об¬
работки, определять неисправности и устранять их, автоматичес¬
ки переходить на выпуск новой, ранее не выпускавшейся продук¬
ции и т.д. Всеми функциями управляет ЭВМ. Третья особенность —
наличие сложнейших интеллектуальных процессов, организующих
производство: маркетинга, подготовки производства (конструк¬
торской и технологической) с помощью сети ЭВМ.
Производственным оборудованием ГАЗ и ГАЦ являются ГПМ,
ГПЯ, ГПС (см. рис. 10.1) различного технологического назначе¬
ния: для механической обработки, сборки, контроля и т.д. Все
324
ГАЗ
ГАЦ

это оборудование связано в единый производственно-информа¬
ционный комплекс материальными и информационными пото¬
ками, что предопределяет синтез производственных и информа¬
ционных технологий. Новый уровень автоматизации управления
производством и большой объем информации повышают и тре¬
бования к людям, обслуживающим это производство, — операто¬
рам, мастерам, инженерам, бухгалтерам, научным работникам и
др. Вместо тяжелой физической нагрузки (в неавтоматизирован¬
ном производстве) здесь существенно возрастает психологическая
нагрузка, связанная с ответственностью и необходимостью при¬
нятия решений.
Создание ГАЦ и ГАЗ является концентрированным результа¬
том прогресса в науке и технике. Эти достижения входят органи¬
чески в проекты создания новых ГАЦ и ГАЗ.
Создание ГАЦ и ГАЗ в машиностроении обусловлено несколь¬
кими причинами. Главные из них:
усиливающаяся индивидуализация запросов потребителей на
различные виды продукции, своевременное удовлетворение ко¬
торых возможно лишь при высокой гибкости производства, дос¬
тигаемой путем автоматизации всех функций управления жизнен¬
ным циклом изделия;
ужесточающиеся требования к качеству (что находит свое вы¬
ражение в расширении практики сертификации продукции и раз¬
работке международных стандартов качества), удовлетворить ко¬
торые можно лишь при использовании программно-управляемо-
го оборудования с автоматическим контролем технологического
процесса во всех его фазах;
рост потребности в наукоемкой продукции, выпуск которой
возможен лишь при высоком уровне автоматизации технологи¬
ческого процесса.
Основными техническими предпосылками создания ГАЦ и ГАЗ
являются:
появление интеллектуальных программируемых контроллеров,
обеспечивающих высокую надежность при относительно неболь¬
шой стоимости и малых габаритах;
широкое распространение локальных вычислительных сетей
(ЛВС) и стандартизация их архитектуры и протоколов;
повышение надежности оборудования благодаря использова¬
нию новых конструкционных материалов и встроенных микро¬
процессорных систем диагностики, в результате чего становится
возможной работа оборудования без сбоев в течение всего срока
морального старения при условии осуществления упреждающего
диагностирования и ремонта;
появление сравнительно недорогих супермикрокомпьютеров,
позволяющих строить экономически целесообразные системы и
рабочие станции для проектирования и управления;
325

широкое распространение развитых персональных ЭВМ, ко¬
торыми можно оснастить практически все рабочие места и реали¬
зовать интеллектуальный интерфейс в системе управления.
Кроме того, сегодня важным фактором ускорения и удешевле¬
ния передачи и получения информации при создании различных
ГАЦ и ГАЗ является использование системы Интернет. При этом
необходимы свободный доступ к научно-технической информа¬
ции и наличие средств эксплуатационной поддержки оборудова¬
ния. Реализовать эти условия позволяют системы информацион¬
ного обеспечения производств и конструкторских отделов пред¬
приятий через линии связи системы Интернет, подключаемые к
системам CAD/CAM на предприятиях-пользователях.
Одним из первых в мире стал грандиозный проект ГАЗ для
производства деталей металлорежущих станков, разработанный в
Японии фирмой Mazak (рис. 10.2). Главная цель, достигаемая при
его осуществлении, — автоматизация мелкосерийного производ¬
ства, начиная от поставки сырья и кончая отгрузкой готовых из¬
делий. ЭВМ управляют всеми процессами, включая ковку, полу¬
чение изделий методом порошковой металлургии, термообработ¬
ку, механическую обработку, сварку, сборку и контрольно-изме-
рительные операции.
В дневную смену ГАЗ обслуживало всего пять человек. В ночную
смену обслуживание персоналом не предусматривалось. Завод 24 ч
в сутки изготовляет из деталей, произведенных на заводе и по¬
лучаемых по кооперации, многоцелевые горизонтальные и вер¬
тикальные токарные станки с ЧПУ и другое станочное оборудо¬
вание.
Этот завод создавался путем последовательной автоматизации
производства более 20 лет. Были внедрены: робокарная транспорт¬
ная система для подачи заготовок и вывоза обработанных деталей
в многоэтажные склады, станки с ЧПУ, затем отдельные ГПМ и,
наконец, ГПС.
В результате проведенной работы сейчас все детали (за исклю¬
чением деталей шпиндельного узла, которые поступают по ко¬
операции) обрабатываются только на ГПС и отдельных модулях,
связанных транспортными и информационными сетями. Персо¬
нал завода в 1999 г. составлял 35 человек при выпуске 300 станков
в месяц.
Автоматизирован процесс наладки инструмента. Все инстру¬
менты, применяемые на ГАЗ, снабжаются кодируемыми и счи¬
тываемыми метками и хранятся на инструментальных складах.
Одновременно расширилось применение средств вычислительной
техники путем иерархического соподчинения ЭВМ, которые вы¬
полняют различные задачи, в том числе в рамках подготовки
производства, его организации и управления. Завод, используя
систему Интернет, обеспечивает сервисную и техническую под-
326

11
Рис. 10.2. Общий вид ГАЗ фирмы Mazak (Япония):
1 — участок высокоточной обработки деталей; 2 — участок высокоточных измерений; 3 — участок КИМ; 4 — ГПМ на базе
многоцелевого станка с ЧПУ, оснащенный пристаночным накопителем заготовок и обработанных деталей; 5— ГПС из высокоточ¬
ных горизонтальных многоцелевых станков с ЧПУ; 6— ГПС из многоцелевых токарных станков с ЧПУ; 7— участок сверхточных
lo	шлифовальных станков с ЧПУ; 8— токарный ГПМ; 9 — участок механической обработки (в том числе шлифования) крупногаба-
ритных деталей типа станин; 10 — многоярусный автоматизированный склад; 11 — робокар

держку своих филиалов и других предприятий, поставляющих
комплектующие и осуществляющих материально-техническое
снабжение.
Завод расположен в одноэтажном корпусе, и все оборудование
находится под одной крышей. Участок сверхточной обработки выде¬
лен для поддержания температурного режима. Технологическое обо¬
рудование оригинальное и полностью разработано инженерами фир¬
мы. Оно охватывает весь цикл производства — от поступления сырья
до отправки готовой продукции, от программного обеспечения
управления ГАЗ до программирования работы отдельных станков.
Программное обеспечение спроектировано таким образом, что¬
бы сократить время обработки и наладки, а также повысить долю
времени резания в оперативном времени. На станках с ЧПУ исполь¬
зуется система CNC с программированием в диалоговом режиме.
Отдельные ГПС, входящие в ГАЗ, специализированы на обра¬
ботке определенных деталей, номенклатура которых в условиях
данного предприятия составляет более 100 наименований.
По мере роста программы выпуска в ГАЗ дополнительно встра¬
ивалось технологическое оборудование. В ГПС входят две автома¬
тизированные транспортные системы: система подачи заготовок
и отвода обработанных деталей и система подачи и смены режу¬
щего инструмента. В отдельных случаях используется ГПМ. Все
оборудование обеспечивает высокоскоростную обработку.
Для накопления деталей служат многоярусные высотные авто¬
матические склады. Некоторое оборудование оснащено также при-
станочными накопителями. Внутризаводские перемещения различ¬
ных грузов осуществляются развитой робокарной системой.
ГАЗ имеет единую информационную сеть, обеспечивающую вне¬
шние и внутренние связи: внешние — с представительствами
фирм, занимающихся сбытом продукции во всем мире, и с фир¬
мами, поставляющими комплектующие из разных стран; внут¬
ренние — с администрацией, техническим отделом, отделом сбыта
и производственным отделом ГАЗ для подачи на станки УП и
оснастки, для управления производством, для переналадки стан¬
ков. Это позволяет сократить время на выпуск и разработку новой
продукции, оперативно реагировать на заказы, существенно сни¬
зить затраты.
В ГАЗ реализовано формирование чертежей деталей на базе кон¬
структорских и технологических данных и другой информации.
Принятая система также позволяет передавать информацию о со¬
стоянии станков, обрабатываемых деталях и т.д. Таким образом,
организовано дистанционное управление производством. Эта сис¬
тема связи используется не только для передачи текстовой ин¬
формации. Для удобства операторов станков и персонала, управ¬
ляющего производственным процессом, можно передавать черте¬
жи, таблицы, фотографии, звуковые сигналы и изображения.
328

Стабильная точность продукции ГАЗ обеспечивается традици¬
онными техническими средствами: КИМ, приборами проверки
некруглости и другими; поддержкой постоянной температуры и
влажности воздуха в помещениях, идеальной чистотой в произ¬
водственных помещениях, а самое главное — технологией произ¬
водства.
Учитывая накопленный опыт, фирма перешла к расширению
функций комплексной автоматизации этапов жизненного цикла
изделия (например, эксплуатации) путем сервисной и техничес¬
кой поддержки через Интернет фирм, эксплуатирующих обору¬
дование фирмы Mazak.
На рис. 10.3 показана принципиальная схема опытного проекта
информационно-интегрированного производства (фрагмента ГАЗ)
фирмы Mazak и предприятия-клиента, эксплуатирующего его обо¬
рудование. Сервисная поддержка предприятия-клиента осуществля¬
ется в области организации снабжения и производства, ремонта
оборудования и в других сферах хозяйственной деятельности.
В этом случае между фирмой-изготовителем и предприятием-
клиентом (заказчиком), эксплуатирующим ее оборудование, орга¬
низуется связь on-line на уровне технических центров, которые
обеспечивают также необходимую связь с фирмами-субподрядчи-
ками, поставщиками материалов и комплектующих. По этим ка¬
налам связи организуется планирование производства, а также
его подготовка (автоматизированное проектирование, подготовка
зажимных приспособлений, режущего и измерительного инстру¬
мента и т.д.), осуществляется оперативное планирование произ¬
водства (выдаются заявки на необходимое материально-техничес¬
кое снабжение и выписываются соответствующие счета, рассчи¬
тывается загрузка станков, разрабатываются технологии, подго¬
тавливаются УП, уточняются потребности в инструменте, зажим¬
ных приспособлениях и т.д.). Все это позволяет организовать про¬
изводство по системе «точно вовремя» (just-in-time) и существен¬
но сократить производственный цикл. Последнее обеспечивается
также путем эффективной организации процесса эксплуатации
оборудования. Центр сервисной поддержки фирмы-изготовителя
через Интернет осуществляет глубокое диагностирование систем
CNC станков и каждой единицы оборудования. Для этого пред¬
приятие-заказчик становится на абонентское обслуживание в
фирме Mazak. Оно получает CD-ROM с рекомендациями по об¬
служиванию соответствующего станка. В этом случае в сервисном
центре и у клиента будет одно и то же изображение ситуации на
экране компьютера и может быть организована квалифицирован¬
ная консультация специалистов.
С помощью Интернета пользователь получает информацию о
рекомендуемых конструкциях инструмента и режимах резания, уже
опробованных на фирме Mazak. При необходимости фирмой под-
329

Комплект
документов
для
оперативного
планирования
Бюро
материально-
технического
снабжения
Бюро
формирования
заявок
на материалы
и комплек¬
тующие
Технологическое оборудование
ОЦ
ОЦ
ОЦ
•"	V	у-
Прохождение
заказа на
инструмент и
приспособления
Формирование
заказа на
запасные
инструменты
и приспособления
17"
Рис. 10.3. Принципиальная схема опытного проекта информационно-ин¬
тегрированного производства (фрагмент ГАЗ) фирмы Mazak с предпри-
ятием-клиентом
готавливается УП и передается клиенту через Интернет, а также
могут выполняться редактирование УП, подготовленных другими
фирмами, и выдаваться необходимые рекомендации.
При возникновении неисправностей, которые не могут быть
устранены службой эксплуатации предприятия-клиента, фирма
направляет сервисного инженера с наладочным оборудованием и
необходимыми запасными деталями и элементами системы управ¬
ления (платами и т.д.).
330

Центр
Центр
технической
сервисной
поддержки
поддержки
Заводо¬
управление
предприятия-
клиента
Рис. 10.4. Принципиальная схема экспериментального проекта информа-
ционно-интегрированного производства (фрагмент ГАЗ) фирмы Mazak
с предприятием-клиентом
На рис. 10.4 приведена принципиальная схема эксперименталь¬
ного проекта информационно-интегрированного производства
(фрагмент ГАЗ) фирмы Mazak с другим предприятием-клиентом,
имеющим в эксплуатации ГПС со станками фирмы Mazak. В этом
случае так же, как на рис. 10.3, в режиме on-line организуется
связь клиента с центром технической поддержки и сервисным
центром фирмы. По соответствующим каналам связи осуществля¬
ется управление производством и поступает необходимая инфор¬
мация.
На рис. 10.5 показана принципиальная схема получения и пе¬
редачи информации через сеть Интернет с помощью ЛВС в авто¬
матизированную систему управления заводом.
Можно выделить два направления совершенствования ГАЦ и
ГАЗ, созданных на основе новейших производственных и инфор¬
мационных технологий:
автоматизация технологических процессов и оборудования, по¬
зволяющая сократить трудоемкость обработки, повысить надеж¬
ность технологических процессов, качество результатов и интел¬
лектуальность труда;
автоматизация интеллектуальной деятельности людей и инфор¬
мационная интеграция выполняемых процессов, направленная на
их ускорение, совершенствование обмена информацией по ре¬
зультатам отдельных этапов работы, сокращение затрат на про-
331

Рис. 10.5. Принципиальная схема получе¬
ния и передачи информации через сеть
Интернет с помощью ЛВС в ИАСУ ГАЗ:
1	— ЛВС ГАЗ; 2 — внешняя сеть, связанная с
определенной ЛВС ГАЗ; 3 — дистрибьюторы
(фирмы, осуществляющие продажу станков
фирмы Mazak); 4 — банки; 5 — субподрядчи¬
ки; 6 — сеть Интернет; 7 — поставщики ма¬
териалов, комплектующих и т.д.; 8 — заказ¬
чики оборудования, производимого фирмой
Mazak; 9 — изготовители режущего и другого
инструмента для фирмы Mazak; 10 — изгото¬
вители станков и другого оборудования для
фирмы Mazak
цесс обмена и повторную обработку информации; информацион¬
ная интеграция обеспечивает обозримость состояния производ¬
ственной системы в целом и упрощает управление ею.
Для формирования организационно-производственного обра¬
за ГАЗ важным фактором является взаимосвязь с действующими
службами производства, в составе которых он создается. Возмож¬
ны два варианта: ГАЗ — полностью самостоятельное производ¬
ство, имеющее все необходимые эксплуатационные службы; ГАЗ
сформирован в составе действующего производства, поэтому ряд
эксплуатационных служб является общими для ГАЗ и базового
завода. Степень совместимости служб ГАЗ и базового завода может
быть разной.
Проекты опытных образцов ГАЗ были разработаны в нашей
стране в ЭНИМСе.
ГАЗ на базе станкостроительного завода «Красный пролетарий»
(ГАЗ КП), компоновка которого показана на рис. 10.6, проекти¬
ровался для эксплуатации в составе основного производства заво¬
да «Красный пролетарий». При этом планировалось, что общими
для них будут АСУП (общезаводская), САПР конструктора про¬
дукции завода, планово-диспетчерская служба, общезаводской
склад готовых деталей и узлов, ремонтно-механический цех, служ¬
бы главного механика, главного энергетика и главного электро¬
ника; общезаводскими оставались также инструментальная и транс¬
портная службы.
ГАЗ по изготовлению разделительных штампов, также спроек¬
тированный в ЭНИМСе для эксплуатации в составе Тверского
завода штампов (ГАЗ ТЗШ), по объему производства существенно
меньше, чем ГАЗ КП, поэтому должен быть теснее связан с ос¬
новным производством. Кроме служб завода «Красный пролета¬
рий» и ГАЗ КП, перечисленных выше, на ГАЗ ТЗШ и Тверском
заводе штампов объединены полностью также службы САПР и
АСУП. На рис. 10.7 приведена схема размещения основных служб
ГАЗ ТЗШ.
332

Рис. 10.6. Схема первого и второго этажей ГАЗ КП:
I	этаж: 1 — участок испытания станков; 2 — участок сборки и общего монтажа
станков; 3 — ГАУ тел вращения; 4 — ГАУ станин; 5 — участок распаковки и
расконсервации; 6 — участок общего монтажа и испытания станков; 7 — участок
финишной обработки; 8 — участок сборки электрошкафов; 9 — ГАУ шпиндель¬
ных узлов; 10 — термоконстантный цех; 11 — конторские и бытовые помеще¬
ния; 12 — участок нанесения эпоксидного компаунда; 13 — готовая продукция;
14 — склад № 2 готовых изделий (запас на 15 дней); 15 — склад длинномерных
изделий; 16 — склад участка общего монтажа (запас на 4 дня); 17 — склад учас¬
тка узловой сборки (запас на 6 дней); 18 — склад № 1 готовых деталей и загото¬
вок (запас на 15 дней); 19 — склад станин (запас на 2 дня); 20 — склад комплек¬
тующих изделий и готовых деталей (запас на 15 дней); 21, 22 — входные потоки
(станины, заготовки, готовые детали); 23 — входной поток (готовые детали,
материалы и комплектующие изделия для упаковки); 24 — выходной поток
(упакованная продукция); 25 — лифты грузоподъемностью 20 т; 26 — робокар;
II	этаж: 1 — участок нанесения компаунда; 2 — цех консервации и упаковки; 3 —
участок окраски изделий в сборе; 4 — участок окраски литых деталей; 5 — учас¬
ток окраски штампосварных деталей; 6 — диспетчерская АСУ; 7 — службы; 8 —
конторские и бытовые помещения; 9— вспомогательные участки; 10— электро¬
монтажный цех; 11 — участок входного контроля узлов; 12 — склад цеха консер¬
вации и упаковки (запас на 10 дней)
333

Помещение АСУП 7
ДШ
Мастерские
целевого ремонта
Рис. 10.7. Схема размещения основных служб ГАЗ ТЗШ:
1 — накопительно-подающая система; 2 — портальный робот; 3 — тележка-
накопитель; 4 — транспортно-накопительный робот; 5 — подвесной манипуля¬
тор; (5__ манипулятор; 7— подвесной монорельсовый конвейер; 8— вертикаль¬
ный накопитель; 9 — робот; 10 — приемно-накопительная секция
Существуют различные подходы к созданию машиностроитель¬
ных ГАЦ и ГАЗ: глобальный (одновременная перестройка дей¬
ствующего производства по всем направлениям); последователь¬
ный (создание «островков автоматизации» в виде отдельных ГПМ,
ГАУ, ГПС с последующей их интеграцией); смешанный (сочета¬
ние элементов первого и второго в различных комбинациях).
Глобальный путь долог и требует больших одновременных мате¬
риальных затрат на реализацию. Последовательный путь имеет то
преимущество, что можно быстро и легко убедиться в эффектив¬
ности принятых решений. Однако при их реализации необходим
предварительно разработанный план, в котором должны быть уч¬
тены главные цели производства и обеспечена совместимость этих
решений. Особенно целесообразно создание «островков автомати¬
зации», объединенных общим проектом и обеспеченных средства¬
ми обмена данными между ними, а это и есть смешанный путь
создания ГАЦ и ГАЗ.
В настоящее время в мире функционирует около тридцати ГАЦ и
ГАЗ с различным уровнем автоматизации, на которых выпускаются
металлорежущее оборудование и ПР, изделия для аэрокосмической
промышленности, различные агрегаты широкой номенклатуры,
включая агрегаты электронно-вычислительной техники и элект¬
рические машины. КИП нашли применение в легкой и резинотех¬
нической промышленности, в сельскохозяйственном производстве.
334

10.2.	Материальные и информационные потоки
в условиях ГАЗ
Структура ГАЗ состоит из исполнительной, производственной и
информационно-управляющей частей (последняя в виде интегри¬
рованной автоматизированной системы управления — ИАСУ).
Неотъемлемой составляющей производственной части ГАЗ явля¬
ются материальные потоки — системы, осуществляющие основные
перемещения и промежуточное хранение предметов и средств тру¬
да, а также удаление отходов производства. До 80 % времени цикла
изготовления любого изделия составляет его хранение и переме¬
щение, поэтому организация этих процессов и управление ими
имеют большое значение для эффективной работы ГАЗ в части обес¬
печения гибкости, заданной производительности и надежности.
Функционирование ГАЗ строится таким образом, что основ¬
ной объем работ по взаимодействию со складом, технологичес¬
кой и технической подготовке производства и переналадке обо¬
рудования приходится на первую и частично на вторую смены.
В третью смену ГАЗ работает в автоматическом режиме с участием
только дежурного персонала.
В материальных потоках ГАЗ принята единая система кодирова¬
ния и идентификации материальных объектов.
Информационный поток — это совокупность циркулирующих в
производственной системе ГАЗ или между производственной сис¬
темой и внешней средой сообщений, необходимых для управле¬
ния различными операциями и их контроля. Информационный
поток ГАЗ соответствует материальному потоку и может существо¬
вать в виде бумажного или электронного документа. Информаци¬
онный поток характеризуется направлением, периодичностью,
объемом, скоростью передачи и т.д.
При организации ГАЗ необходимо обеспечивать материальные
потоки заготовок, полуфабрикатов, готовых деталей; комплекту¬
ющих изделий; технологической оснастки (режущего инструмен¬
та, зажимных приспособлений, измерительного инструмента);
рабочих сред (материалов, СОЖ, электроэнергии, сжатого возду¬
ха); отходов (стружки, шлама, пыли и др.); деталей и узлов, не¬
обходимых для ремонта оборудования.
Материальные потоки заготовок, полуфабрикатов, готовых де¬
талей, комплектующих изделий. Из элементарных структур АТСС,
рассмотренных ранее, с учетом производственной структуры пред¬
приятия формируется иерархическая многоуровневая структура
АТСС ГАЗ. На рис. 10.8 показана классификация основных средств
АТСС на ГАЗ КП.
ГАЗ КП спроектирован в виде двухэтажного корпуса с частич¬
ным использованием цокольного этажа — такое решение позво¬
ляет сконцентрировать основные запасы материалов, заготовок,
335

готовых деталей и комплектующих изделий на центрально распо¬
ложенных многоэтажных складах (см. рис. 10.6), охватывающих все
этажи и обеспечивающих единство транспортных взаимодействий
между всеми участками ГАЗ. Перпендикулярно к складу с двух
сторон примыкают ГПС, ГАУ, ГАЛ.
Каждый участок (линия) имеет собственный внутриучастко-
вый транспорт, обеспечивающий перемещение грузов по схеме
станок—станок—склад. Для повышения автономности рабочих
336

мест и для организации многопоточного производства использу¬
ются децентрализованные накопители полуфабрикатов (индиви¬
дуальные и групповые), расположенные вдоль технологической
цепочки. Сообщение между этажами осуществляется с помощью
электроштабелеров, грузовых и пассажирских лифтов.
Для организации ритмичного и качественного снабжения ГАЗ
предусмотрены: участки приема, оперативного накопления, вход¬
ного контроля и комплектации заготовок, материалов и комп¬
лектующих механических узлов; участки входного контроля, ис¬
пытаний и тренинга систем управления, приводов подач и глав¬
ного движения, гидросистем и других комплектующих изделий.
С участков контроля заготовки и комплектующие изделия по¬
ступают на центральный склад ГАЗ. Заготовки и полуфабрикаты
станин, тяжелых и громоздких деталей поступают и хранятся от¬
дельно и транспортируются на механическую обработку, минуя
склад.
Вне ГАЗ располагается специальный комплектовочный склад,
на котором происходит прием всех внешних потоков ГАЗ (комп¬
лектующих, заготовок и др.) по командам ИАСУ; распаковка,
расслаивание, проверка комплектности и хранение всех поступа¬
ющих заготовок, материалов и комплектующих изделий.
На каждом из ГАУ или ГАЛ сформированы свои организаци-
онно-транспортные системы (см. гл. 9). Так, для ГАУ обработки
базовых деталей предлагается следующая организационно-транс-
портная схема. Обработка производится на оборудовании двух ти¬
пов по компоновке: проходного и тупикового. Вид транспорта —
козловые роботизированные тележки.
Наличие замкнутой трассы позволяет реализовать несколько
стратегий транспортирования: челночную, когда между двумя-
тремя соседними рабочими позициями одна тележка перемещает
грузы; линейную, когда каждая тележка обслуживает один ли¬
нейный участок рельсового пути; кольцевую, когда группа теле¬
жек обслуживает замкнутый транспортный поток.
Базовые детали транспортируются поштучно (на поддонах или
паллетах). С помощью козловой тележки разбирают и формируют
штабели деталей межоперационного накопления. Синхронизация
обработки осуществляется путем формирования штабелей на пе¬
ремычках и тупиковых ветвях и путем изменения маршрутов об¬
работки.
Комбинированная стратегия транспортирования, обеспечива¬
ющая оперативное изменение конфигурации трассы в зависимос¬
ти от распределения заказов, наиболее эффективна с точки зре¬
ния гибкости.
Дублирующим транспортным средством служит мостовой пор¬
тальный робот с автоматическим адресованием и ручной загруз-
кой-выгрузкой.
337

Все комплектующие (покупные и изготовляемые на ГАЗ) по¬
даются на узловую сборку на специальных грузоносителях, для
чего предусмотрен участок комплектования узлов.
Для сборки станков обеспечиваются следующие грузопотоки:
станины и другие базовые детали подаются непосредственно
из отделения обработки;
узлы в сборе и комплектующие изделия (устройства ЧПУ, ро¬
боты, узлы и элементы электро- и гидрооборудования, нормали¬
зованные детали после расконсервации) поступают с участка вход¬
ного контроля и из центрального склада;
элементы транспортной оснастки подаются из отделения тех¬
нологической подготовки производства через центральный склад.
Для исключения пересечения материальных потоков, обеспе¬
чивающих сборку и организуемых при технологической подготов¬
ке производства, подача с центрального склада и промежуточных
накопителей ГПС осуществляется в двух уровнях.
Материальные потоки технологической оснастки. Важнейшим
условием надежного функционирования ГАЗ является материаль¬
ный поток инструмента (режущего, вспомогательного, измери¬
тельного, абразивного), который организуют с помощью автома¬
тизированной системы инструментального обеспечения (АСИО).
Элементы инструментообеспечения рабочих мест на ГАЗ КГТ
показаны на рис. 10.9.
Поток собранного, проверенного, измеренного или настроен¬
ного, прошедшего входной контроль инструмента в автоматичес¬
ком цикле проходит сложный путь: от склада, где он подготавли¬
вается к работе, до инструментальных магазинов ГПМ; после из¬
носа инструмент передают на восстановление (заточку), затем он
опять поступает на склад. Схемы построения материальных пото¬
ков инструмента имеют свои особенности в условиях каждого кон¬
кретного ГАЗ. Инструмент перемещается в специальной таре с
помощью транспортных средств АТСС (робокар, тележек и дру¬
гих). Для сокращения транспортных перемещений инструмент с
одинаковым периодом стойкости объединяют в группы, хотя не
исключены и рейсы транспортных средств для доставки отдель¬
ного инструмента в случае непланового отказа.
Обычно процесс доставки инструмента автоматизирован. Для
установки инструмента в инструментальный магазин станка и его
снятия используется стационарный или подвижный ПР. В состав
ГПМ входит инструментальная система, обеспечивающая хране¬
ние инструмента в специальном магазине, подачу его на позицию
загрузки в станок, загрузку в шпиндель. Процессы обработки и
возврата инструмента в магазин также автоматизированы.
Принятая система перемещения лезвийного инструмента прин¬
ципиально сохраняется и для абразивного. Однако шлифовальные
станки, как правило, не имеют инструментальных магазинов, так
338

Инструментообеспечение рабочих мест
Хранение
и учет
Контроль
качества
(100 %)
Уточнение
норм расхо¬
да, запаса и
оборотный
фонд по це¬
ху и рабо¬
чим местам
Заказ и
получение
на ЦИСе,
ЦАСе
Складиро¬
вание и под¬
борка для
подготовки к
работе
Ведение
учетной до¬
кументации
и списание
Подготовка
к работе
Сборка
Настройка
и измерение
Приработка
Запись теку¬
щей инфор¬
мации
Комплекто¬
вание на
операцию
Транспор¬
тирование
на рабочие
места
Комплекты
для
переналадки
Инструмен¬
ты-дублеры
-Наблюдение
Контроль
текущего
состояния в
работе
Принятие
решения о
подналадке
или замене
Подналадка
или замена
Корректи¬
ровка режи¬
мов резания
Контроль и
анализ про¬
стоев стан¬
ков, свя¬
занных с ин¬
струментом
Уточнение
критериев
затупления,
режимов
резания
Разборка
Сортировка
Передача на
восстанов¬
ление
Возврат
отработав¬
шего
Рис. 10.9. Схема инструментального обеспечения рабочих мест на ГАЗ КП
как в цикл автоматической работы шлифовальных станков входит
процесс правки кругов для восстановления их режущей способ¬
ности. Смену абразивных кругов при полном их износе периоди¬
чески производит оператор.
Измерительный инструмент, как и режущий, подается на ра¬
бочие места с помощью АТСС комплектами в специальной таре,
но достаточно редко, поскольку он имеет высокую стойкость и
хранится обычно на рабочем месте оператора. При переходе на
выпуск другой продукции заменяют весь комплект измерительно-
339

го инструмента. Установку и снятие тары с комплектом измери¬
тельного инструмента выполняет рабочий.
Технологическая оснастка (зажимные приспособления и их
элементы) подается на рабочие места в условиях ГАЗ только в
случае перехода на обработку другой детали, если установленное
на станке приспособление не подлежит переналадке. Подача при¬
способлений со склада в таре осуществляется локальной АТСС
(склад — кран — штабелер), а на рабочее место оператора —
АТСС.
Каждый из рассмотренных видов инструмента и оснастки воз¬
вращается после использования в соответствующие службы для
заточки, восстановления, списания и утилизации.
Материальные потоки деталей и узлов. Эти потоки — нестаци¬
онарные. Они возникают при отказах оборудования, а также при
его плановых ремонтах. Схема материальных потоков в этом слу¬
чае аналогична приведенным выше и осуществляется с помощью
АТСС. Грузы устанавливаются на специальных поддонах.
Материальные потоки рабочих сред (материалов, СОЖ, элект¬
роэнергии и сжатого воздуха) определены как регулярные и ста¬
ционарные; их характеристики заданы при проектировании ГАЗ.
Пополнение гидросистем жидкостью организуется периодичес¬
ким потоком со специального склада. Для заправки гидросистем
используются специальные тележки, перемещающиеся по терри¬
тории ГАЗ по определенному графику. Для подачи рабочих сред
проложены специальные трассы.
Для подачи СОЖ к технологическому оборудованию создается
специальный материальный поток: это либо централизованная
система с баком большой емкости, либо индивидуальные систе¬
мы охлаждения в виде небольших баков. Во всех случаях потери
жидкости при обработке деталей требуется периодически доли¬
вать СОЖ, а через определенный срок полностью ее заменять. Так
же, как и для гидравлических систем, необходимы специальные
тележки с насосами для отсоса отработанной жидкости.
Материальные потоки отходов. При механической обработке де¬
талей возникают отходы, которые необходимо удалять из рабочих
помещений.
Для удаления стружки служат цеховые конвейеры (основной и
дублирующий), куда она поступает из индивидуальных систем
отвода от станков. Обычно конвейеры в период работы технологи¬
ческого оборудования функционируют непрерывно.
Для удаления пыли используют отсосные системы, также функ¬
ционирующие непрерывно в период работы оборудования. Шлам,
образующийся на шлифовальных станках, периодически из бака
СОЖ удаляет оператор и в специальной таре с помощью привод¬
ных тележек отвозит за территорию ГАЗ для утилизации или даль¬
нейшей переработки.
340

Информационные потоки. Результаты работы ГАЗ, ее качество,
ресурсоемкость зависят не только от организации материальных
потоков, но и от эффективности управления ими, а последнее —
от принимаемых решений. Оптимальное решение может быть при¬
нято только путем сравнения множества вариантов, а качество
решения зависит от полноты информации о них. Управление ма¬
териальными потоками немыслимо без принятия решений и без
надлежащего обмена информацией между различными звеньями
системы управления.
Информационная структура ГАЗ определяется следующей сис¬
темой потоков информации: между источниками и получателями
сверху вниз (управление процессами), снизу вверх (контроль про¬
цесса) и между параллельными подразделениями различного функ¬
ционального назначения (координация).
Современная техника сбора и обработки производственной ин¬
формации связывает техническую подготовку производства и соб¬
ственно производство, управление, материальное обеспечение и
все другие функции производства единой информационной се¬
тью для принятия решений, доступных для всех участников про¬
изводства.
Четыре составные части образуют информационную систему
ГАЗ: средства фиксации и сбора производственной информации;
средства анализа, обработки и представления данных; средства
передачи соответствующих данных и сообщений; средства хране¬
ния информации.
Интеграция потоков информации в единую систему через еди¬
ные банки данных обеспечивает мобильную координацию и на¬
дежный контроль за ходом производства при высокой степени его
гибкости.
Банки данных выполняют две функции: первая — хранение
информации для справок в будущем, для сравнения при анализе
текущих данных с прошлыми; вторая — обмен данными по пото¬
кам информации. Общий банк данных ГАЗ объединяет все локаль¬
ные автоматизированные банки данных средствами информаци¬
онной сети.
В практике управления ГАЗ выделяют четыре основных инфор¬
мационных потока, основанных на широкой компьютеризации
производства: о работе АТСС, АСИО, автоматизированной сис¬
темы обеспечения качества и автоматизированной системы кон¬
троля. Первые два информационных потока связаны с обеспечением
функционирования материальных потоков; третий на основании
полученной информации о качестве продукции управляет работой
технологического оборудования; четвертый контролирует работу
технологического, транспортного и другого оборудования, режу¬
щего инструмента, системы охлаждения, системы отвода струж¬
ки и др.
341

Информационное обеспечение ГАЗ. Для функционирования ГАЗ
необходимо информационное обеспечение (ИО), представляю¬
щее собой совокупность методов и средств организации, поддер¬
жки, хранения и пополнения информации.
Информационное обеспечение в условиях ГАЗ имеет две со¬
ставляющие: внесистемное и внутрисистемное. На рис. 10.10 при¬
ведена структурная схема ИО ГАЗ.
Внесистемное ИО включает в себя системы классификации и
кодирования информации; системы маркетинговой, управленчес¬
кой, конструкторской, технологической и производственной нор¬
мативно-технической и справочной или нормативно-справочной
документации; систему оперативной (плановой и отчетной) до¬
кументации; систему организации, ведения, хранения, накопле¬
ния, обработки нормативно-справочной документации и внесе¬
ния в нее дополнений и изменений.
Внутрисистемное ИО представляет собой совокупность дан¬
ных, языковых средств их описания, методов организации, хра¬
нения, накопления и доступа к информации в вычислительных
системах и обеспечивает представление всех данных, необходи¬
мых в процессе управления интегрированным производственным
Рис. 10.10. Структурная схема информационного обеспечения ГАЗ
342

комплексом, организацию информационного сопряжения мар¬
кетинг-АСУП-АСНИ- САПР-АСТПП- СУ ГПС и эффектив¬
ное взаимодействие ЭВМ всех уровней и операторов, обслужива¬
ющих производство ГАЗ.
Внутрисистемное ИО составляют:
совокупность специальным образом организованных данных,
характеризующих все аспекты деятельности, и входящие в него
системы. Такую совокупность данных принято называть информа¬
ционной базой ГАЗ (ГАЦ);
комплекс программных средств, обеспечивающих организацию,
хранение, обработку, корректировку, доступ и представление дан¬
ных, информационное сопряжение производственных систем,
составляющих ГАЗ (ГАЦ), и эффективное взаимодействие опера¬
торов вычислительных систем.
10.3.	Транспортное и вспомогательное оборудование ГАЗ
Ранее было рассмотрено технологическое оборудование, вхо¬
дящее в ГАЦ и ГАЗ, на примерах ГПМ, ГАУ, ГАЛ, ГПС. В дан¬
ном подразделе рассмотрим транспортное и вспомогательное обо¬
рудование, характерное для ГАЦ и ГАЗ.
Перемещения грузов в материальных потоках выполняет А ТСС.
Она реализует следующие функции накопления и транспортиро¬
вания:
прием внешних материальных потоков и демпфирование за счет
накопителей неравномерности их поступления;
оперативное хранение грузов всех категорий на складах;
транспортирование грузов между технологическими передела¬
ми и производственными участками;
межоперационное накопление;
комплектацию и формирование из обработанных деталей сбо¬
рочных машинокомплектов (подузел, узел, изделие);
транспортное и складское обеспечение ремонтно-техническо-
го обслуживания производства.
В состав АТСС ГАЦ и ГАЗ входят следующие элементы: общеза¬
водские и участковые склады; межучастковые и участковые транс¬
портные системы; грузораспределительное оборудование; приста-
ночные накопители и устройства загрузки-выгрузки, которые вхо¬
дят в состав технологического оборудования, работающего в увязке
с общей АТСС; другое аналогичное оборудование.
Входящие в состав АТСС ГАЗ многоярусные автоматизирован¬
ные склады (рис. 10.11) обладают рядом преимуществ:
позволяют рационально использовать пространство за счет бо¬
лее компактного складирования в высотных стеллажах с узкими
проходами между ними; снижают стоимость обслуживания скла¬
343

да, затраты на освещение, отопление, а также не требуют обслу¬
живания автопогрузчиками;
снижают вероятность повреждения оборудования и повышают
сохранность продукции за счет функционирования склада без не¬
посредственного участия людей;
дают возможность получения точной и достоверной информа¬
ции при инвентаризации содержимого склада; позволяют частич¬
но или полностью ликвидировать бумажный учет; обеспечивают
интеграцию системы управления складом с другими АСУ;
способствуют повышению производительности труда, умень¬
шению времени загрузки и выгрузки за счет оптимального разме¬
щения грузов на складе;
сокращают потребность в рабочей силе; позволяют улучшить
условия труда.
В качестве системы загрузки-выгрузки в автоматизированных
складах обычно используются автоматические стеллажные краны
и краны-штабелеры (стеллажные и мостовые).
Рис. 10.11. Многоярусный автоматизированный склад:
/ — система загрузки-выгрузки; 2 — система стеллажей; 3 — грузораспредели¬
тельное оборудование; 4 — АСУ; 5 — система информационной связи бортовых
систем управления крана-штабелера с АСУ
344

Стеллажный кран-штабелер включает в себя собственно кран-
штабелер, адресную систему, бортовую (локальную) систему уп¬
равления, систему безопасности. Мостовой кран-штабелер — это
мостовой кран с тележкой, снабженной колонной с перемещаю¬
щимся по ней подъемником, имеющим грузозахватное устрой¬
ство, как правило, в виде вилочного захвата.
Стеллажный кран-штабелер представляет собой балку, обору¬
дованную двумя безреберными колесами. К балке крепится одна
или две колонны, имеющие сверху горизонтально расположен¬
ные направляющие ролики. Если устанавливаются две колонны,
то их верхние концы соединяют балкой (по горизонтали). По ко¬
лонне с помощью канатного (реже цепного) механизма переме¬
щается подъемник с телескопическим захватом. Горизонтальное
движение крана-штабелера, вертикальное перемещение подъем¬
ника и выдвижение захвата обеспечиваются системой электро¬
приводов.
После точного позиционирования кран-штабелер выгружает
деталь из ячейки стеллажа или загружает ее в ячейку. Позиция,
где кран-штабелер берет или кладет груз, может быть регулярной
ячейкой стеллажа либо позицией загрузки-выгрузки склада.
При создании АТСС ГАЗ применяют робокары — автоматиче¬
ски управляемые безрельсовые тележки, перемещающиеся по
полу (рис. 10.12). Системы на базе робокар имеют следующие
преимущества по сравнению с другими транспортными систе¬
мами:
Рис. 10.12. Общий вид (а) и конструкция (б) робокара:
1 — шасси; 2 — двигатель; 3 — устройство для приема и передачи грузовых
единиц; 4 — электрооборудование; 5 — устройство обеспечения безопасности;
6 — бортовая система управления
345

гибкость маршрутов транспортирования, возможность задания
сложной трассы, учитывающей компоновку производственного
оборудования;
простота изменения трассы при реструктуризации производ¬
ства и необходимости перепланировки производственных поме¬
щений;
компактность трассы и самих робокар, позволяющая миними¬
зировать площадь, занимаемую транспортной системой;
возможность наращивания пропускной способности транспор¬
тной системы путем увеличения числа одновременно действую¬
щих робокар;
децентрализация транспортной системы, в результате чего от¬
казы или сбои отдельных робокар не нарушают работоспособность
транспортной системы в целом;
экологическая чистота, низкий уровень шума;
высокий уровень автоматизации, основанный на использова¬
нии вычислительной техники, обеспечивающей минимальное
участие обслуживающего персонала;
возможность оптимизации транспортных потоков и интегра¬
ции АТСС с ИАСУ всего ГАЗ.
Шасси робокара является конструктивным элементом, на ко¬
тором крепятся все остальные его элементы. Перемещение робо¬
кара по полу обеспечивается одним или несколькими двигателя¬
ми. Существуют робокары, способные выполнять перемещение в
одном направлении (вперед или назад), в двух направлениях (впе¬
ред и назад), совершать дополнительные перемещения (вбок и
разворот на одном месте). Один из вариантов обеспечения движе¬
ния робокара — использование мотор-колеса (электрического дви¬
гателя, конструктивно совмещенного с ведущим колесом).
По виду манипуляции с грузом можно выделить три основные
группы робокар: робокар с грузовой платформой, оборудованной
устройством загрузки-выгрузки; робокар с вилочковым захватом,
перемещающимся в вертикальной плоскости в процессе загруз¬
ки-выгрузки; робокар-буксир, предназначенный для перемеще¬
ния платформ-прицепов с грузом.
Робокары оснащаются электроприводами постоянного тока; в
качестве источника тока используют кислотные аккумуляторные
батареи, обеспечивающие непрерывную работу робокара в тече¬
ние 2...5 ч.
Робокарная трасса на уровне ГАЦ и ГАЗ (рис. 10.13) — это
система информационных элементов, задающих множество допу¬
стимых траекторий перемещения робокар.
Для бесперебойной работы ГАЗ, как и любого завода, необхо¬
димо вспомогательное оборудование, чтобы обеспечивать предпри¬
ятие электроэнергией; своевременно ремонтировать оборудование,
здания и сооружения; правильно хранить материалы, комплекту-
346

Рис. 10.13. Компоненты робокарной системы:
/ — робокары; 2 — трасса; 3 — периферийное оборудование; 4 — АСУ; 5 —
система информационной связи бортовых систем управления робокар с АСУ;
6	— склад
ющие и выдавать их основному производству; убирать и перераба¬
тывать стружку; хранить, подавать и утилизировать отработанные
СОЖ; стабилизировать температуру в производственных помеще¬
ниях; производить вентиляцию и др.
Автоматизация в рамках ГАЦ и ГАЗ внедряется исходя из эко¬
номической эффективности не только в основном и вспомога¬
тельном производстве, но и в обслуживающей сфере. Иначе доля
труда в последней существенно возрастет, а эффективность авто¬
матизации первых двух снизится.
В оборудование систем отвода, уборки, транспортирования и
переработки стружки входят механизмы, обеспечивающие комп¬
лексное решение этой задачи: отвод стружки из рабочей зоны, от
станка и отдельных ГПС; переработка стружки и ее вывоз с ГАЗ.
На рис. 10.14 показана установка для комплексной переработки
стружки.
Отделение масла от стружки производится специальной цент¬
рифугой-сепаратором. Система снабжена устройством для удале¬
ния инородных тел размером 20x50 мм (заготовок, инструмента
и др.), случайно попавших в стружку. Управление работой систе¬
мы осуществляется от электрошкафа. Предусмотрены блокиров¬
ки, которые в случае перегрузки останавливают работу, автома¬
тически удаляют эти предметы и возвращают систему в нормаль¬
ный режим функционирования. Оборудование отличается низким
уровнем шума.
Для нужд ГАЗ в целом или отдельных его участков разрабаты¬
вается комплексная система для удаления стружки от станков,
347

Рис. 10.14. Установка для комплексной переработки стружки:
1 — бункер; 2 — подъемник; 3 — устройство для измельчения стружки и удале¬
ния масла и СОЖ; 4 — транспортер; 5 — электрошкаф
транспортирования, очистки ее от СОЖ и масла, в ряде случаев
оснащаемая и системой брикетирования стружки (рис. 10.15). Ком¬
плексная система выполняет технологический цикл: стружка—бри¬
кет — штампованная заготовка—изделие.
Стружка, собираемая на отдельных ГПМ 13, попадает с помо¬
щью пластинчатых конвейеров 1 в поворотные накопители 2. При
Рис. 10.15. Комплексная система удаления и переработки стружки
(проект ГАЗ КП):
7	— цеховые и участковые пластинчатые конвейеры; 2, 6 — накопители струж¬
ки; 3 — сборники СОЖ; 4, 5, 7 — промежуточные конвейеры; 8 — подъемник;
9 — транспортер-распределитель; 10 — пресс для брикетирования и формова¬
ния; 77 — изделия; 12 — тара; 13 — ГПМ обрабатывающего производства;
14 — транспортер
348

этом СОЖ и масло стекают в сборник 3. После заполнения нако¬
пителя стружкой или при переходе на обработку деталей из дру¬
гого материала собранная ранее стружка из накопителя удаляется
системой конвейеров периодического действия. С помощью транс¬
портера 14 стружка перегружается на конвейер 4, передающий ее
на конвейер 5 и далее в определенную тару 12 в зависимости от
вида материала. Начиная с накопителя 6, организуется участок
комплексной переработки отходов стружки в брикеты или штам¬
пованные заготовки. После того как собран определенный объем
стружки (соответствующего материала), по команде оператора от¬
крывается накопитель 6 и стружка поступает на конвейер 7, далее
в подъемник 8 ж на транспортер-распределитель 9. В зависимости
от применяемого оборудования 10 для очистки стружки от СОЖ
и масла, дробления и получения порошков, прессования струж¬
ки и штамповки изделий, получают брикеты, а затем изделия 11.
10.4.	Назначение, структура и функции ИАСУ КИП
Назначение ИАСУ КИП — обеспечение эффективной произ¬
водственно-хозяйственной деятельности в рамках функциониро¬
вания ГАЦ и ГАЗ. Эффективность деятельности предприятия мо¬
жет быть достигнута за счет компьютерной автоматизации техно¬
логических процессов, применения современных методов орга¬
низации производства, труда и управления.
Компьютерная автоматизация производственных и технологи¬
ческих процессов позволяет сократить себестоимость производ¬
ства, длительность производственного цикла, объем незавершен¬
ного производства, сократить потери, повысить надежность и ста¬
бильность процессов, обеспечить требуемое качество выпускае¬
мой продукции. В сфере организации производства и управления
ИАСУ автоматизирует процедуры обработки управленческих дан¬
ных и рутинные расчеты; предоставляет лицам, принимающим
решения, актуальную и достоверную информацию. Применитель¬
но к технологическим процессам — автоматизирует процессы об¬
работки, сборки, контроля и другие.
Значительный эффект дает информационная интеграция под¬
систем и задач ИАСУ, обеспечивающая многократное использо¬
вание однажды произведенной информации для разных задач.
Исключение повторного ввода и обработка данных существенно
сокращает затраты времени и риск возможных ошибок (рис. 10.16).
В рамках автоматизированной системы управления предприя¬
тием (АСУП) решаются задачи управления финансово-хозяй¬
ственной деятельностью: маркетингом, сбытом, материально-тех¬
ническим снабжением (закупками), планированием производ¬
ства и т.д.
349

Автоматизированная система конструкторско-технологической
подготовки производства (АСКТПП) управляет проектировани¬
ем новых изделий и технологических процессов, разработкой про¬
грамм ЧПУ, проектированием и изготовлением оснастки.
Автоматизированная система научных исследований (АСНИ)
управляет исследовательскими работами по созданию новых пер¬
спективных образцов продукции и новых технологий.
АСУ ГАУ управляет организационно-технологическими и опе¬
ративно-диспетчерскими процессами обработки, сборки и други¬
ми функциями, выполняющимися на различных ГАУ и ГАЛ.
АСУ АТСС управляет транспортно-складской инфраструктурой
ГАЦ и ГАЗ — взаимосвязью автоматизированных складов и транс¬
портных систем.
АСУ АСИО управляет процессами обеспечения участков инст¬
рументом и оснасткой, процессами их контроля и восстановле¬
ния, осуществляет учет движения инструмента.
По результатам маркетинговых исследований и поступления
заказов АСУП осуществляет планирование работ, рассчитывает
потребности в материальных ресурсах (материалах, комплектую¬
щих изделиях, инструменте и оснастке), поддерживает процесс
закупок и хранения запасов, а также процесс продажи продукции
и отправки ее заказчику. На основе плана выпуска продукции
формируются производственные программы производственных
участков, передаваемые в АСУ ГАУ, и планы работ по конструк¬
торско-технологической подготовке производства.
На основе информации, получаемой от АСКТПП и АСУП,
АСУ ГАУ управляет изготовлением конкретных деталей и узлов,
Рис. 10.16. Структура ИАСУ КИП и взаимосвязь ее подсистем
350

сборкой, испытаниями изделий и подготовкой их к поставке за¬
казчикам. Набор функций каждой из подсистем зависит от техно¬
логического и производственного назначения ГАЦ и ГАЗ, приня¬
той схемы организации производства.
Таким образом, ИАСУ состоит из человекомашинных систем,
использующих для хранения и обработки информации компьюте¬
ры, объединенные в корпоративную сеть. Порядок использования
систем персоналом определяется должностными инструкциями,
инструкциями по эксплуатации действующих систем.
С точки зрения выполняемых функций в составе ИАСУ ГАЦ
или ГАЗ можно выделить три уровня:
верхний уровень — это уровень управления финансово-хозяй-
ственной деятельностью предприятия. Масштаб времени систем
этого уровня — часы, смены, сутки, недели, декады, месяцы,
кварталы — определяется прежде всего горизонтом прогнозиро¬
вания и планирования, а также длительностью отчетных и учет¬
ных периодов;
нижний уровень связан с устройствами управления оборудова¬
нием и технологическими процессами, системами диспетчериза¬
ции. Масштаб времени таких систем — смены, часы, минуты,
секунды — определяется длительностью технологических циклов
оборудования и управляющих воздействий на автоматизирован¬
ное оборудование и персонал;
промежуточный уровень занимают системы сбора данных и кон¬
троля хода производства в реальном масштабе времени. Важней¬
шая функция этих систем — поддержание интерфейсов систем
верхнего уровня, управляемых изменениями состояния производ¬
ства, отображаемыми в базах данных, с нижним уровнем.
Между подсистемами осуществляется интенсивный обмен дан¬
ными.
Одна из важнейших составляющих ИАСУ — это ее техничес¬
кая инфраструктура, которая состоит из вычислительных систем,
средств администрирования, систем управления базами данных,
сетевых решений, оборудования рабочих мест пользователей и
базового программного обеспечения.
Программная архитектура ИАСУ связана с технологиями кли¬
ент-сервер (рис. 10.17). Три программных уровня ИАСУ — это
серверы баз данных (поддерживающие интегрированную базу дан¬
ных), презентационные серверы (отвечающие за интерфейс с
пользователем), серверы приложений (решающие прикладные
задачи и обращающиеся к серверам баз данных с вопросами).
Серверы всех трех уровней могут быть установлены на одном
компьютере (такая конфигурация называется централизованной)
или на нескольких (распределенная конфигурация). Основой для
выбора конфигурации являются требуемые показатели произво¬
дительности, отношение цена/производительность, возможнос-
351

Рис. 10.17. Трехуровневая архитектура клиент—сервер (распределенная
система):
1 — презентационные серверы; 2 — серверы приложений; 3 — сервер баз данных
ти расширения, простота управления. Обычно централизованные
системы проще для администрирования. С другой стороны, рас¬
пределенные системы проще поддаются расширению и расшире¬
ние их обходится дешевле. Например, необходимость увеличения
вдвое числа пользователей ИАСУ, что представляет реальную за¬
дачу в условиях перехода ГАЦ или ГАЗ на выпуск новой продук¬
ции, при использовании централизованной конфигурации может
потребовать замены сервера масштаба предприятия на более мощ¬
ный, а при использовании распределенной конфигурации — при¬
вести к наращиванию оперативной памяти сервера баз данных и к
добавлению одного сервера масштаба рабочей группы. Затраты на
реализацию первого подхода могут быть больше в два-три раза.
В качестве оборудования клиентских рабочих мест чаще приме¬
няются ПЭВМ с операционной средой Microsoft Windows.
В ряде современных систем в качестве клиентской части приме¬
няются приложения для доступа к Интернету. В некоторых системах
допускается использование алфавитно-цифровых терминалов.
Создание ИАСУ КИП — трудоемкая и дорогая задача, поэто¬
му проектирование с нуля проводится крайне редко. Основной
путь создания ИАСУ — объединение, адаптация и настройка ти¬
повых систем.
Контрольные вопросы
1.	Что такое ГАЦ?
2.	Что такое ГАЗ? Приведите пример его структуры.
352

3.	В чем причины появления в промышленности ГАД и ГАЗ?
4.	В какой области производства (массовое, серийное, мелкосерий¬
ное) эффективно применять ГАЦ и ГАЗ?
5.	Расскажите о функционировании ГАЗ.
6.	Расскажите о проекте ГАЗ КП.
7.	Какие материальные потоки необходимы для функционирования
ГАЗ?
8.	Расскажите об информационной структуре управления ГАЗ.
9.	В чем заключается информационное обеспечение ГАЦ и ГАЗ?
10.	Расскажите о документообороте ГАЗ.
11.	Какое технологическое оборудование применяется в ГАЦ и ГАЗ?
12.	Что такое АТСС? Расскажите о построении АТСС ГАЗ.
13.	Расскажите об автоматизированном складе, работающем в усло¬
виях ГАЦ и ГАЗ. Для чего он служит? Расскажите о конструкциях скла¬
дов ГАЦ и ГАЗ.
14.	Что такое робокар? Расскажите о его конструкции.
15.	Какое вспомогательное оборудование применяется в ГАЗ?
16.	Расшифруйте аббревиатуру ИАСУ. Каково назначение ИАСУ в ус¬
ловиях ГАЦ и ГАЗ?
17.	Какова структура ИАСУ ГАЗ?
18.	Какие функиии выполняет ИАСУ в составе ГАЦ и ГАЗ?
12 Черпаков

Глава 11
РАЗВИТИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЧЕСКОГО
ПРОИЗВОДСТВА
11.1.	Этапы развития автоматизации
Как известно, все новое рождается из старого. Количество на¬
копленных знаний и опыта ведет к качественным изменениям
производства, к новым открытиям — таков необратимый закон
развития. Поэтому прежде чем заглянуть вперед, сделать прогноз,
определить перспективу, необходимо обратиться к прошлому,
проанализировать настоящее, проследить историю развития ма¬
шиностроения, раскрыть противоречия его развития, разреше¬
ние которых и определяет прогресс техники.
Металлорежущие станки являются преемниками древних ме¬
ханизмов, которые применялись нашими далекими предками для
изготовления изделий из камня и кости. Простейший станок, пред¬
назначенный для обработки тел вращения из дерева, был извес¬
тен еще до н.э. (рис. 11.1, а)*, однако вряд ли можно узнать в нем
современный токарный станок. Заготовку, зажатую между цент¬
рами, вращал один человек, а обработку режущим инструментом
выполнял другой. Тетиву лука обводили один-два раза вокруг за¬
готовки, чтобы сделать вращение более равномерным и увеличить
крутящий момент. И только в XIII в. появились станки с ножным
приводом, и обе руки работающего освободились для работы ин¬
струментом. Тетиву все так же обводили вокруг заготовки и од¬
ним концом прикрепляли к деревянной пружине (длинному брус¬
ку, называемому очепом), а другой конец прикрепляли к педали
(рис. 11.1, б).
В начале XVIII в. появились станки, изготовленные из металла.
Вращение шпинделю передавалось от ножной педали через кри¬
вошипный механизм, шкивы и ременную передачу. Как видно из
рис. 11.1, в, на станке еще отсутствует суппорт — вместо него
имеется подручник для инструмента.
С развитием техники ручной и ножной привод главного движе¬
ния станка был заменен машинным. Через цех под потолком про¬
ходила трансмиссия (длинный вал), от которой через ременную
*	Авторские рисунки С. Н. Борисова.
354

Рис. 11.1. Развитие конструкции токарного станка:
а — примитивный токарный станок с ручным лучковым приводом; б — токар¬
ный станок с очепом и ножным приводом; в — производственный токарный
станок с педалью и шкивом; г — токарный станок с приводом от трансмиссии;
д — токарный ГПМ с двумя манипуляторами
355

передачу сообщалось вращение шпинделям всех станков. Те же,
которые в данный момент не работали, отключались — сбрасы¬
вался ремень со шкива. На рис. 11.1, г показан один из токарных
станков начала XX в. Шпиндель станка имел уже несколько час¬
тот вращения, так как на нем было закреплено несколько шкивов
разных размеров. Такой способ изменения частоты вращения шпин¬
деля еще сохранился в некоторых настольных сверлильных стан¬
ках с той лишь разницей, что теперь станок имеет свой индивиду¬
альный привод от электродвигателя.
На рис. 11.1, д показан современный токарный ГПМ, работа¬
ющий в автоматическом цикле — обрабатывая заготовку без уча¬
стия человека: манипулятор забирает заготовку, устанавливает ее
в патрон, заготовка автоматически закрепляется, после чего осу¬
ществляется процесс резания, смена режущего инструмента, кон¬
троль, открепление обработанной детали и установка ее на такто¬
вый стол. Таков исторический путь развития металлорежущего стан¬
ка (на примере токарного) — от примитивного станка с ручным
приводом до станка-автомата, работающего в автономном режи¬
ме в течение рабочей смены по безлюдной технологии.
Итак, рассмотрим развитие и прогнозы автоматизации в ма¬
шиностроении на примере металлорежущих станков (рис. 11.2).
Витки спирали означают эволюционное развитие средств и мето¬
дов автоматизации на каждом этапе, стрелки — революционные
скачки, определяющие переход к качественно новым средствам и
методам автоматизации.
На первый виток (I, поз. 7—7) развития автоматизации средств
производства человечество затратило более двухсот лет. Первый
токарно-копировальный автомат создан в 1712 г. механиком и то¬
карем Петра I А. К. Нартовым. Токарный станок с суппортом и
ходовым винтом запатентован в 1798 г. Генри Модслеем (Англия).
В 1920 г. сооружены первые автоматические линии (компания
«Форд», США), которые обеспечили повышение производитель¬
ности труда в 10 раз. Первый в мире автоматический завод пост¬
роен в СССР в 1951 г. На нем полностью изготовлялись автомо¬
бильные поршни из алюминиевых чушек: отливка в кокиль, ме¬
ханическая обработка, контроль и сортировка по размерным груп¬
пам, консервация и упаковка.
Автоматический цех для производства шарико- и роликопод¬
шипников двух типов (также от заготовки до упаковки, включая
их полную сборку) вступил в строй в СССР в 1956 г. Первый авто¬
матический завод по производству колец подшипников (45 типо¬
размеров) создан компанией «Тимкен» (США) в 1960 г.
Первый виток характеризуется автоматизацией на основе элект¬
ромеханических устройств. Достигая повышения производительно¬
сти в 5 —10 раз и снижения себестоимости продукции на 30... 50 %,
заводы-автоматы, автоматические цехи, комплексные автома-
356

Самообновляющиеся
производственные
системы
VI
Безотказные
и самовосстанавливающиеся
производственные системы
Гибкие автоматические
заводы; малолюдные цехи
и заводы
Гибкие производственные системы,
гибкие автоматизированные
производства
17
Автоматизация рабочего цикла машины,
автоматизация
поточного производства
IV
III
II
4 I
Рис. 11.2. Схема развития автоматизации в машиностроении:
1 — универсальные станки с ручным управлением; 2 — универсальные автоматы
и полуавтоматы; 3 — специальные и специализированные автоматы и полуавто¬
маты; 4— агрегатные станки; 5 — автоматические поточные линии из агрегатных
станков; 6 — автоматические линии из универсальных автоматов; 7 — комплекс¬
ные автоматические линии и автоматические заводы на их базе; 8 — универсаль¬
ные станки с ЧПУ; 9 — автоматы с ЧПУ; 10 — специальные станки с ЧПУ; 11 —
ОЦ с индивидуальными ЧПУ; 12 — автоматические линии с ЧПУ; 13 —
многоцелевые станки с ЧПУ; 14 — фрезерно-расточные ОЦ; 15 — ГПМ; 16 —
ГПС для массового производства со специальными ОЦ; 17 — ГПС; 18 — ГПС +
САПР + АСТПП; 19 — ГАЗ; 20 — малолюдный завод будущего; 21 — автомати¬
ческий завод будущего; I —VI — витки эволюции
357

тические линии применялись лишь в массовом производстве для
обработки какой-то одной детали (изделия) и в крупносерий¬
ном производстве для обработки небольшой группы подобных
деталей.
Автоматические линии, заводы-автоматы строили, как прави¬
ло, для производства изделий, разработанных и полностью гото¬
вых для запуска в производство. На создание комплексных авто¬
матических линий и заводов-автоматов обычно уходило до трех
лет. Кроме того, из-за их высокой стоимости желателен был дли¬
тельный срок их службы. Это означает, что от начала разработки
нового изделия, создания для его производства автоматических
линий или завода до окончания их установленного срока эксплу¬
атации может пройти 15 лет. Конструкция изделий, выпускаемых
с использованием такого оборудования, должна оставаться неиз¬
менной длительное время, что сдерживало внедрение новых раз¬
работок, удлиняло срок освоения новой продукции и в производ¬
ство запускалось подчас уже морально устаревшее изделие.
Таким образом, прогрессивное оборудование, обеспечивающее
высокую производительность и низкую себестоимость продукции
при массовом и крупносерийном производстве, начинало «про¬
являть консерватизм» при переходе на выпуск новой продукции.
На этом же витке развития автоматизации в единичном и се¬
рийном производстве продолжали использовать универсальное (как
правило, с ручным управлением) оборудование, которое непре¬
рывно совершенствовалось. Универсальные станки стали в десят¬
ки раз мощнее и в сто раз точнее, мобильнее, но не обеспечивали
должного повышения производительности.
Второй виток (И, поз. 8—12) автоматизации начался в середи¬
не 1950-х гг., и за очень короткий срок (около 30 лет) произошел
качественный скачок — от первых универсальных станков с ЧПУ
до автоматических линий с ЧПУ.
Дальнейшее развитие электроники содействовало ускорению
перехода к централизации обработки информации. Использова¬
ние ЭВМ в режиме разделения времени раскрыло новые возмож¬
ности ЧПУ. Было создано новое поколение ЧПУ станками непос¬
редственно от ЭВМ, что позволило объединять их в производ¬
ственные системы, управляемые от одной ЭВМ.
Начался третий виток (III, поз. 13—18) диалектической спи¬
рали развития автоматизации в машиностроении — создание ГПС.
Основой развития автоматизации на этой ступени стало широкое
применение ЭВМ и микропроцессорной техники. Появились сис¬
темы автоматизированной подготовки производства, на базе об¬
рабатывающих центров стали создаваться ГПМ, появились пер¬
вые гибкие производственные системы сборки (ГПСС), гибкие
системы в заготовительном производстве, а также САПР, АСУТП
и др. Этот виток продолжается и по имеющимся прогнозам будет
358

продолжаться еще 10—15 лет. С объединением отдельных систем
началась интеграция процессов и управления производством в
единое гибкое автоматизированное производство, что означает
переход на четвертый виток.
На четвертом витке (IV, поз. 19—21) развития автоматизации
решение проблемы надежности и диагностирования рабочих ма¬
шин и систем позволит перейти к созданию на базе нового, так
называемого пятого поколения ЭВМ, интегрированных малолюд¬
ных заводов, способных работать круглые сутки, полную неделю
и круглый год, причем большую часть времени в безлюдном ре¬
жиме, т. е. автоматически. Организация производства будет обес¬
печивать основное требование эффективности — выпускать про¬
дукцию любыми партиями, в любое время, сколько и когда изде¬
лий требуется.
На пятом витке (V) автоматизации будут созданы безотказные
самовосстанавливающиеся рабочие машины, производственные
системы, заводы на основе использования искусственного интел¬
лекта, «видящих», «слышащих», «ощущающих» и, наконец, «ду¬
мающих» машин, которые позволят переходить на выпуск новой
продукции путем автоматического перестраивания производствен¬
ных систем.
Развитие безотходной технологии, создание нетрадиционных,
новых видов технологий формообразования (например, сверхточ¬
ное прессование из порошка или непосредственно из жидкого
металла; применение композиционных материалов, формообра¬
зование из которых требует минимальной обработки резанием)
приведут к новой научно-технической революции в машиностро¬
ении, к качественным преобразованиям, которые позволят со¬
здать класс высокопроизводительных рабочих машин, производ¬
ственных систем, заводов и на шестом витке (VI) создать само¬
обновляющиеся производственные системы. Это в свою очередь
обеспечит решение задач автоматизации производственных про¬
цессов на еще более высоком научно-техническом уровне.
11.2.	Машиностроительные заводы будущего
В настоящее время во многих странах мира ведутся научные
исследования и практическая работа по созданию автоматического
завода* будущего, отличительными чертами которого являются:
высочайшая производительность труда, высокая степень гиб¬
кости перехода на выпуск новой продукции;
кратчайший производственный цикл изготовления изделий;
*	В последнее время в технической литературе применяется термин компью-
терно-интегрированное производство (КИП).
359

обеспечение выпуска продукции только высокого качества;
малое энергопотребление, высокий коэффициент использова¬
ния машин и сырья;
безотходная технология; полная утилизации отходов путем пре¬
вращения стружки в исходный материал, выработки вторичного
сырья побочной продукции;
высокая надежность оборудования и всего завода за счет ис¬
пользования самодиагностирования, предупреждающего выход
оборудования из строя или обеспечивающего восстановление его
работы в кратчайшие сроки;
гуманизация труда, создание условий, удовлетворяющих всем
требованиям сохранения здоровья человека; сокращение физи¬
ческого труда и полная компьютеризация умственного труда;
экологическая безопасность, обеспечение сохранности окру¬
жающей среды;
мобильность в отношении применения новых достижений на¬
уки и техники, новейших технологий и оборудования.
Создание автоматического завода будущего невозможно при
традиционных методах развития производства: необходимы рево¬
люционные сдвиги в технологии машиностроения и организации
производства на базе компьютерно-интегрированной системы.
Для создания машиностроительного завода будущего необхо¬
димы следующие преобразования:
отказ от дифференциации обработки деталей и сборки изде¬
лий в несколько операций, переход к централизации обработки и
сборки в одну операцию, на одном станке, на одной обрабатыва¬
ющей или сборочной системе;
переход к использованию систем машин, выполняющих комп¬
лекс работ и обеспечивающих непрерывность производственных
процессов;
интеграция различных процессов производства и управления в
единую компьютеризированную производственную систему;
переход к имитационному моделированию при испытании об¬
разцов изделий и производственных процессов;
углубление технологической и подетально-поузловой специа¬
лизации производства, сокращение серийности, индивидуальный
учет требований каждого заказчика;
совмещение профессий, повышение квалификации рабочих при
общем их сокращении;
электронизация производства, развитие средств связи и ин¬
форматизации производства;
совершенствование организации производства по принципу «все
только тогда, когда нужно».
Завод будущего — не безлюдное предприятие, это будет мало¬
людное автоматизированное предприятие. Количество занятых в
сфере собственно производства значительно сократится, часть
360

перейдет в сферы технической подготовки и управления. На пер¬
вых этапах можно ожидать относительного увеличения численно¬
сти персонала в сфере технической подготовки производства. Од¬
нако с накоплением автоматизированных банков данных и биб¬
лиотек программ занятость уменьшится и в этой сфере производ¬
ства. Переход на автоматическую инвентаризацию материальных
ресурсов, установление полного контроля за ходом производства
с помощью ЭВМ, обеспечение дисциплины поставок и графика
производства, полная электронизация управления производством,
включая делопроизводство, обеспечат малолюдность и в сфере
организации и управления завода будущего.
Уже сегодня можно спрогнозировать модель завода будущего и
его создание путем поэтапной интеграции. Параллельно-последо¬
вательно, на основе интеграции, будут развиваться три основные
части завода: АСУ технической подготовкой производства, АСУ
изготовления продукции и АСУ организации производства. Они, в
свою очередь, вместе с автоматизированными системами моделиро¬
вания, информационного обеспечения принятия решений и элект¬
ронизации всего делопроизводства будут интегрироваться в АСУ
гибкого производства или в гибкий автоматический завод будущего.
11.3.	Эффективность автоматического производства
Экономические факторы. Общеизвестно определение этого по¬
нятия как полезного результата экономической деятельности,
измеряемого разностью между денежным доходом от функциони¬
рования предприятия и денежным расходом на его создание.
Принятие решения о создании автоматического завода связано
прежде всего со стратегическими выгодами, хотя в ряде случаев
их трудно подтвердить соответствующими расчетами.
В деятельности различных предприятий, а в первую очередь
инновационных, типа автоматического завода, существенное зна¬
чение имеют инвестиционные технологии, связанные с освоени¬
ем новых и усовершенствованием серийных изделий.
Инновации — нововведение в области техники, технологии и
организации производства и управления, основанные на исполь¬
зовании достижений науки и передового опыта.
Инновационная деятельность предприятий приобретает осо¬
бое значение в условиях рыночной экономики, так как действия
конкурентов вынуждают улучшать качество товаров, расширять
их ассортимент, снижать себестоимость. Эти мероприятия, есте¬
ственно, требуют затрат, которые обязательно должны быть воз¬
мещены. В связи с этим каждое капиталовложение должно быть
экономически обосновано — инвестор должен быть уверен, что
вложенные средства окупятся.
361

Инвестор — юридическое или физическое лицо, осуществля¬
ющее инвестиции (долгосрочное вложение капитала) в создание
предприятия, которое даст экономический эффект через опреде¬
ленное время.
Во всех фазах инвестиционной деятельности необходима про¬
фессиональная координация исследований, производства, про¬
дажи, работы с заказчиками.
Инвестиции в производства новых типов сопровождаются го¬
раздо большим риском, чем в уже известные и апробированные
объекты. В процессе реализации инновационной идеи возникают
технический, временной, экономический и финансовый риски.
В условиях динамичности и неопределенности рынков вероятность
неуспешной реализации инновационных проектов возрастает. Не¬
обходима система измерения и оценки эффективности иннова¬
ций, позволяющая обоснованно принимать решения о целесооб¬
разности дальнейшей реализации нововведения, а также система
оценки допустимой для проектировщиков и производства степе¬
ни риска.
Успех инновационной деятельности оценивается не только с
помощью экономических критериев (прибыль, рентабельность,
окупаемость и т.д.). Существует целый ряд других эффектов. Ин¬
новации могут ориентироваться на решение политических, соци¬
альных, экологических и прочих проблем.
На рис. 11.3 приведена классификация эффектов от инноваци¬
онной деятельности по видам и формам их проявления. По каждо¬
му инновационному проекту определяют также собственные спе¬
цифические параметры для оценки технических эффектов. Даже
если в результате инновации не достигнут запланированный техни¬
ческий эффект, возникают дополнительные непрямые эффекты:
Рис. 11.3. Классификация эффектов от инновационной деятельности
362

обучение в области освоения новых технологий, методов и инст¬
рументов; патентование отдельных ноу-хау, разработанных в про¬
цессе инновационной деятельности, фиксация приоритетов; вы¬
явление слабых мест технологии предприятия.
Не следует отождествлять оценочные расчеты экономической
эффективности инноваций на стадии принятия решений и эко¬
номические результаты (эффекты) уже реализуемых и реализо¬
ванных инноваций. Эффективность технологических инноваций
скорее всего следует оценивать по показателю снижения затрат на
производство продукции.
На практике применяют различные варианты прямых иннова¬
ций, и подходы к оценке их экономической эффективности в
каждом случае имеют свои особенности. Например, расчеты эко¬
номической эффективности строительства нового автоматического
завода для производства конечной продукции будут отличаться от
расчетов экономической эффективности реконструкции цеха,
участка или отдельного технологического оборудования в рамках
действующего завода.
Как уже отмечалось выше, создание автоматического завода —
объекта инновационной технологии и техники — требует значи¬
тельных инвестиций, при вложении которых неизбежен прежде
всего экономический риск. Деятельность хозяйственных субъек¬
тов, направленная на преодоление неопределенности при кон¬
кретном выборе варианта проекта, когда имеется возможность оце¬
нить вероятность достижения желаемого результата, а также ве¬
роятность неудачи или отклонения от цели, называется сокраще¬
нием риска.
В условиях создания автоматического завода риск связан с оп¬
ределенными решениями на стадии проектирования или реструк¬
туризации производства.
Оптимальным является решение, обеспечивающее в конкрет¬
ных условиях достижение необходимого результата при минималь¬
ных затратах. Оптимальность выбираемого решения зависит также
от времени, затрачиваемого на выбор варианта и принятие реше¬
ния: при преждевременном или запоздалом принятии решений
могут возникнуть дополнительные потери.
Для оценки конкурентоспособности продукции необходимо
учитывать не только экономические показатели производства, но
и эффективность реализации продукции. Конкурентоспособность
предприятия обусловливается конкурентоспособностью выпуска¬
емой продукции, состоянием оборудования, квалификацией и
составом кадров и другими факторами.
Социальные факторы. При внедрении автоматического завода
основные изменения происходят в системе человек — машина:
за человеком остаются функции генерации идей, оценки вари¬
антов и принятия решений, частичного технического обслужи¬
363

вания, а функции аналитической подготовки вариантов, опти¬
мизации и команд на исполнение решений передаются ЭВМ.
Происходят не только количественные изменения в выпуске
продукции и улучшение ее качества, но и качественные преобра¬
зования самого содержания труда, меняется место человека в
производстве, а вслед за этим происходят изменения в жизни
отдельного индивидуума и общества в целом. Прежде всего, это
изменение квалификации специалиста, повышение его ответ¬
ственности. Человек в будущем не станет трудиться меньше. Фак¬
тор личного участия каждого в общественно полезном труде ос¬
танется решающим, но характер этого участия приобретет но¬
вые черты: например, повысится личная ответственность каждо¬
го при принятии коллективных решений, а функции управле¬
ния не будут переданы только машине.
Человек с помощью ЭВМ может решать сложные задачи про¬
ектирования, моделирования, контроля, диагностирования тех¬
нического состояния машин и др. В системе человек — машина
ЭВМ будет выполнять действия в пределах запрограммированно¬
го человеком круга ситуаций. По мере накопления человеком опыта
и знаний будет происходить самообучение машины, повышение
ее интеллекта.
Эпоха автоматических заводов принесет людям кроме положи¬
тельных эффектов немало социальных проблем, потребует от них
более эффективного использования дорогостоящего оборудова¬
ния, повышения квалификации и производственной переподго¬
товки кадров.
Внешний социальный эффект от внедрения автоматических
заводов выражается через высокие потребительские свойства про¬
дукта и через свойства самого предприятия как элементов окру¬
жающей городской и природной среды, внутренний проявляется
в таких характеристиках труда, как его безопасность, тяжесть и
напряженность, в удовлетворенности человека своим трудом, воз¬
можности профессионального роста и т. п.
Повышение уровня автоматизации на протяжении всего жиз¬
ненного цикла автоматических заводов предъявляет новые тре¬
бования к квалификации обслуживающего персонала. При со¬
здании автоматического завода затраты на подготовку кадров
могут составить до 10 % общей стоимости предприятия, доля ра¬
ботников с высшим образованием — до 50 % общего количества
работающих.
Развитие автоматического завода потребует формирования соб¬
ственных исследовательских и преподавательских кадров для под¬
готовки и переподготовки заводских специалистов. В условиях ав¬
томатического завода прежде всего будет необходимо совмеще¬
ние профессий и постоянное повышение квалификации по сле¬
дующим причинам:
364

значительное сокращение потребности в живой силе благода¬
ря всесторонней автоматизации основных, вспомогательных и
обслуживающих работ. Например, для обслуживания одной ГПС
механообработки число профессий превышает число необходи¬
мых операторов, поэтому один и тот же рабочий становится и
наладчиком станков, и инструментальщиком, и крановщиком, и
водителем автопогрузчика, и ремонтником и т.д.;
интеграция производства и концентрация обработки деталей
на одном станке, т.е. сокращение числа операций. Конструктор
станет одновременно и технологом, токарь — фрезеровщиком,
ремонтник — механиком и специалистом по электронной техни¬
ке и т.д.;
интенсификация труда и расширение круга обязанностей опе¬
ратора. Это обеспечит его большую самостоятельность при реше¬
нии производственных задач, при участии в принятии коллектив¬
ных решений по управлению производством, повысит интерес к
труду, так как возрастет ответственность каждого, а с ней — по¬
нимание значения своего труда. То же относится и к инженерно-
техническим работникам.
Компьютеризация управленческого труда изменит его содер¬
жание для служащих, занятых учетом и делопроизводством, по¬
скольку исчезнет бумажная документация, почтовая переписка,
обработка почтовой корреспонденции. Обработку текстов будет
выполнять вычислительная техника.
Совмещение профессий потребует повышения уровня квали¬
фикации работников — она будет непрерывно совершенствовать¬
ся, адаптируясь к быстроменяющейся продукции и организации
производства.
Значительным социальным достижением при переходе к про¬
изводствам типа автоматического завода будет сокращение рабо¬
чего времени персонала и увеличение его свободного времени,
что откроет новые возможности для постоянного повышения ква¬
лификации, увеличения оплачиваемых отпусков персонала, для
отдыха и всестороннего развития личности. Труд будет более твор¬
ческим, удовлетворяющим духовные потребности человека.
Автоматический завод обеспечит органичное соединение фи¬
зического и умственного труда в производственной деятельности,
произойдет внедрение новейших производственных технологий,
новых форм организации труда, что обеспечит повышение про¬
изводительности и эффективности производства, позволит не
просто сблизить, а объединить творческие способности и испол¬
нительские функции человека в процессе труда.
Как показывает обследование некоторых машиностроительных
фирм, при внедрении ГАЗ почти 60 % квалифицированных рабо¬
чих были вынуждены в течение пяти лет приспосабливаться к из¬
менениям в характере и содержании труда. Помимо проблемы пе¬
365

реобучения персонала, приспособления его к новым производ¬
ственным условиям, имеется еще один очень важный аспект: по¬
являются новые производственные операции, связанные с ком¬
пьютеризацией и требующие жесткой регламентации поведения
работника. Моторные напряжения, связанные с физическим тру¬
дом, сменяются сенсорными, связанными с нагрузкой на органы
чувств и нервную систему. Из-за этого условия труда персонала
ГАЗ в ряде случаев ухудшаются, создаются предпосылки для но¬
вых форм травматизма, стресса и др. Стремясь по возможности
смягчить проблему адаптации человека к изменениям производ¬
ственной среды, специалисты обращаются к арсеналу эргономи¬
ки, ищут способы учесть ограничения в системе человек—маши¬
на, исходящие от человека.
Типичной социальной проблемой становится ситуация, когда
безработица соседствует с неудовлетворенным спросом на рабо¬
чую силу по целому ряду профессий. Уже сегодня достаточно остро
стоит вопрос о безработице вследствие вытеснения рабочих сис¬
темами автоматизации различных уровней.
Основным требованием для персонала автоматического завода
будет значительно большая, чем обычно, приспособляемость к
постоянным изменениям, происходящим в производственном
процессе.
Широкий круг мероприятий, направленных на улучшение ус¬
ловий труда, исключение тяжелых, монотонных и вредных для
здоровья операций, меры, способствующие привлекательности
труда и развитию его творческих составляющих, — все это объ¬
единяется понятием гуманизации труда. К ней относятся и орга¬
низационные меры, такие, как компьютеризация, позволяющая
рабочим за счет расширения объема информации, получаемой
ими на рабочих местах, эффективно участвовать в управлении про¬
изводственным процессом.
Опыт показывает, что успех внедрения новых технологий дос¬
тигается только при надлежащем учете взаимодействия техноло¬
гических, экономических, организационных и человеческих фак¬
торов. Особое внимание уделяется вопросам эргономики рабочего
места — учитываются анатомические, физиологические, эколо¬
гические и психологические характеристики человеческого орга¬
низма.
Гуманизация труда направлена не только на снижение стресса,
устранение источников несчастных случаев, но и на постоянное
совершенствование, обогащение содержания труда путем услож¬
нения заданий, индивидуальной организации труда каждого,
возможности проявлять собственную инициативу, т. е. на создание
условий, при которых труд приносит радость.
Таким образом, гуманизация труда — одна из главных задач на
пути создания автоматических заводов, позволяющая избежать
366

многих сложных проблем при их эксплуатации, связанная с отно¬
шением людей к новой технике — они не должны рассматривать
ее только как средство замены человека.
Это особенно важно в современном производстве, когда ис¬
точниками отрицательных воздействий на человека все чаще ста¬
новятся не физические, а психологические и умственные нагруз¬
ки: шум, монотонность, быстрые операции, аналитическая обра¬
ботка больших объемов информации, работа в ночную смену и др.
Появился и новый фактор — социальная изоляция человека во
время работы, когда оператор остается один на один с техникой
и ему не хватает общения с коллегами по работе.
Гуманизация труда состоит также в обеспечении здоровых са¬
нитарно-гигиенических условий, во внедрении совершенной тех¬
ники безопасности, устраняющей производственный травматизм
и профессиональные заболевания.
Создание автоматических заводов потребует проектирования
оборудования и производственной среды на основе эргодизайна
с необходимой степенью унификации и совместимости формооб¬
разующих элементов оборудования (пультов управления, рабочих
мест, узлов и систем управления). В противном случае неизбежны
визуальный хаос, дисгармония предметного окружения, отсут¬
ствие композиционных связей составляющих объектов, снижение
надежности управленческих решений и т. п.
В деятельности персонала преобладающими станут функции
управления. Роль каждого работника, значимость его решений и
действий для производства в целом резко повысятся. Для ряда
специалистов (диспетчеров, наладчиков, дежурных инженеров и
др.) характерным станет режим ожидания, постоянная повышен¬
ная бдительность, готовность к экстренным действиям при воз¬
никновении отказов или аварийных ситуаций.
Включение человека в контур управления подсистемами в ава¬
рийном режиме (экстренная передача ему функций управления),
настоятельно требует специальной организации информационных
потоков, выявления оптимальных форм представления информа¬
ции операторам и в целом разработки новой концепции проекти¬
рования систем управления. Становится необходимым принципи¬
ально новое осмысление таких понятий, как режим обслужива¬
ния, производственная среда, рабочая зона и др.
Многообразие оборудования, выполняющего в автоматичес¬
ких заводах функции обработки, транспортирования, складиро¬
вания, контроля и управления, делает нецелесообразным созда¬
ние индивидуальных проектов рабочих мест операторов для каж¬
дой подсистемы предприятия. Оптимальным решением в данной
ситуации является разработка унифицированных проектов с ис¬
пользованием общей элементной и конструктивной базы. Один из
основных принципов, обеспечивающих эффективность таких про¬
367

ектных решений, — блочно-модульный, в соответствии с кото¬
рым рабочие места могут компоноваться из отдельных типовых
блоков.
Стремление к безлюдной технологии, само по себе прогрес¬
сивное, в ряде случаев приводит к игнорированию мероприятий
по рационализации деятельности операторов и охране труда. В раз¬
личных концепциях создания автоматических заводов обсуждает¬
ся переход от оборудования, удобного для обслуживания челове¬
ком (антропосообразного), к оборудованию, обслуживаемому ПР
(роботосообразному). Это положение можно считать правильным
лишь в отношении основного технологического процесса, из ко¬
торого человек действительно может быть исключен, но по отно¬
шению к операциям наладки и ремонта антропосообразность тех¬
нических средств должна сохраниться. Необходимо обеспечить
удобный доступ к оборудованию, наличие блокировок безопас¬
ности и понятных маркировок, удобных ремонтных и наладочных
ручных инструментов.
Статистические данные свидетельствуют о том, что различные
непредвиденные ситуации, которые могут привести к аварии или
несчастному случаю, возникают в среднем несколько десятков
раз в год на каждой ГПС. К числу наиболее распространенных
причин их возникновения относятся электрические помехи, не¬
исправность гидравлики, различные неполадки в электронных
устройствах, а также ошибки человека.
С точки зрения безопасности обслуживания автоматический
завод характеризуется двумя противоположными чертами. С одной
стороны, автоматизация выполнения ряда операций обусловли¬
вает улучшение условий труда, с другой — влечет за собой воз¬
никновение факторов повышенной опасности. По отношению к
элементам автоматического завода сформулировано даже специ¬
альное понятие «опасная зона», применяемое не только к местам
функционирования ПР и робокар, но и к большинству других
составляющих завода: станкам, складским системам, управляю¬
щим и контрольным системам и др. Более того, повышение уров¬
ня автоматизации и сложности производственного оборудования,
в состав которого зачастую входят недостаточно надежные элект¬
ронные системы, усугубляют неадекватность методов и средств
традиционной техники безопасности, что в ряде случаев порож¬
дает у операторов обманчивое чувство безопасности и приводит к
беспечности.
В высокоавтоматизированном производстве должны исполь¬
зоваться в основном активные средства защиты, обеспечиваю¬
щие безопасность человека вне зависимости от его поведения.
Однако чаще всего опасные ситуации, приводящие к травмам,
возникают во время наладки, настройки и ремонта оборудова¬
ния. Особенно велика опасность травмирования при устранении
368

неисправностей, если оператор не знаком с правилами включе¬
ния того или иного органа агрегата. Эта проблема требует неза¬
медлительного решения, для чего необходим глубокий психо¬
физиологический анализ, проектирование алгоритма действий в
условиях ремонта и наладки, создания специальных средств сиг¬
нализации.
Одни и те же составляющие автоматического завода являются
объектами управляющих, диагностических и других воздействий,
а деятельность оператора в целом отличается большой сложнос¬
тью, поэтому основные функциональные элементы должны от¬
личаться четкими опознавательными признаками. В связи с этим в
организации предметной среды автоматического завода возраста¬
ет роль цвета.
Оборудование должно окрашиваться в легко различимые цве¬
та, в то же время соответствующие общей колоритной гамме. Не¬
обходимо также введение цветовых акцентов, визуально объеди¬
няющих систему, с целью законченного композиционного обра¬
за и создания зрительного комфорта, что может быть достигнуто
с помощью графических элементов. Цвета обозначений (полосы,
логотипы, эмблемы) должны дополнять цветовую гармонию сис¬
темы и облегчить ориентацию в пространстве. Выразительность
образа автоматического завода также желательна.
Общую композицию эргодизайна автоматического завода и
условий работы персонала можно выразить краткой формулой:
человеку — человеческое, машине — машинное.
Экологические факторы. При создании автоматического завода
важнейшей проблемой является охрана окружающей среды и здо¬
ровья людей — как обслуживающих предприятие, так и живущих
за его пределами. Более чем вековой опыт индустриализации по¬
казал, что промышленные предприятия, созданные без учета эко¬
логических требований, нанесли окружающей среде значитель¬
ный, а в отдельных случаях и непоправимый ущерб. Это не долж¬
но повториться в будущем.
Усиленное внимание, уделяемое в последние годы вопросам
экологии, во многом отражено в законодательстве промышленно
развитых стран.
Экологическая защита современного машиностроительного
завода строится по нескольким направлениям:
применение экологически защищенного технологического и
транспортного оборудования;
использование металлических, смазочных и других материа¬
лов, СОЖ по принципу замкнутого цикла;
внедрение экологически чистых (или с малым объемом вред¬
ных веществ) технологических процессов;
применение прогрессивных методов очистки воздушного по¬
тока завода;
369

уничтожение материальных отходов на специальных полиго¬
нах;
проверка экологического уровня технологического оборудо¬
вания.
Учитывая общие тенденции в области сохранения среды оби¬
тания человека, а также и то, что оба спроектированных в России
ГАЗ КП и ГАЗ ТЗШ располагаются в центральной части крупных
городов (Москва и Тверь), недалеко от рек Москва и Волга, уже
при разработке этих заводов защите воздушного и водного бас¬
сейнов было уделено особое внимание.
Основными источниками загрязнения атмосферы, связанны¬
ми с деятельностью машиностроительного завода, являются вред¬
ные вещества, выделяющиеся при работе технологического обо¬
рудования: абразивная и металлическая пыль, пары растворите¬
лей, аэрозоли окраски, масляные аэрозоли, пары СОЖ и рабо¬
чей жидкости.
Для тех заводов, которые по проекту расположены в зоне жи¬
лой застройки, размеры санитарно-защитной зоны машиностро¬
ительного завода принимают по внешнему ограждению в соот¬
ветствии с действующими нормами. Предусмотрено также озеле¬
нение окружающих завод территорий с использованием деревьев
особых видов, которые способны эффективно очищать воздух.
Кроме того, в автоматическом заводе не должны использоваться
технологии, представляющие явную опасность для экологичес¬
кой и социальной среды. Если использование таких технологий
неизбежно, то необходимо обеспечить дополнительную экологи¬
ческую защиту: для охраны окружающей среды в производствен¬
ных помещениях, где используют гальвано- и термохимические
технологии, устанавливать фильтровентиляционные системы; для
уменьшения вибраций и шума применять вибро- и звукопогло¬
щающие материалы.
При очистке воздуха в качестве пылегазоочистных устройств
используют следующие: от абразивной и металлической пыли —
сухие двухступенчатые схемы; от паров растворителей и масляных
аэрозолей — мокрую очистку в гидрофильтрах и каталитическое
дожигание; от электроэрозионной обработки в углеродосодержа¬
щих средах — электростатические фильтры; от продуктов плаз¬
менной и лазерной резки металла — электрофильтры; от масля¬
ных аэрозолей закалочных баков — гидрофильтры.
Для охраны водных ресурсов, окружающих автоматический
завод, создаются возможные замкнутые системы водоснабжения,
обеспечивающие повторное использование очищенных вод, и
системы оборотного водоснабжения термальных вод.
Необходимо максимально сократить количество сильно загряз¬
ненных стоков, чтобы иметь возможность очищать и повторно
использовать воду.
370

Для получения максимального экологического эффекта в про¬
изводственных помещениях при проектировании завода прини¬
маются следующие принципиальные решения:
использование ресурсосберегающих технологий, обеспечива¬
ющих минимальные отходы материала в стружку, и переработка
стружки на месте;
обработка резанием без СОЖ или с минимальным ее рас¬
ходом;
кабинетная защита обслуживающего персонала от СОЖ, па¬
ров и аэрозолей;
сокращение расхода технологических материалов;
защита воздушной среды и персонала в процессе окраски про¬
дукции.
Контрольные вопросы
1.	Расскажите о схеме развития автоматизации в машиностроении (по
рис. 11.2).
2.	Какими производственными возможностями будет обладать авто¬
матический завод будущего?
3.	Каковы особенности экономических факторов, определяющих эф¬
фективность оценки автоматического завода по сравнению с традици¬
онным производством?
4.	Что такое социальные факторы, связанные с работой автоматичес¬
кого завода?
5.	Какие экологические факторы возникают при эксплуатации маши¬
ностроительного завода? Как бороться с отрицательными факторами?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Брук И. В., Черпаков Б. И. Гибкие механообрабатывающие произ¬
водственные системы. — М.: Высш. шк., 1987. — 103 с.
2.	Васильев Г. Н. Автоматизация проектирования металлорежущих стан¬
ков. — М.: Машиностроение, 1987. — 260 с.
3.	Власов С. #., Черпаков Б. И. Справочник наладчика агрегатных стан¬
ков и автоматических линий. — 3-е изд., стер. — М.: Высш. шк., 2002. —
364 с.
4.	Вереина J1. И. Обработка на строгальных и долбежных станках: Спра¬
вочник. — М.: Машиностроение, 2002. — 304 с.
5.	Вереина Л. И. Справочник токаря: Учеб. пособие для нач. проф. обра¬
зования. — М.: Изд. центр «Академия», 2002. — 448 с.
6.	Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робо¬
тотехнические комплексы: Практ. пособие. В 14 кн. / Под ред. Б. И. Черпа-
кова. — М.: Высш. шк., 1989—1990.
7.	Грувер М, Зиммере Э. САПР и автоматизация производства / Пер. с
англ. — М.: Мир, 1987. — 528 с.
8.	Камышный Н. #., Стародубов В. С. Конструкции и наладка токарных
автоматов и полуавтоматов: Учеб. для ПТУ. — 4-е изд., перераб. и доп. —
М.: Высш. шк., 1988. — 256 с.
9.	Клюев А. С. Автоматическое регулирование: Учебник для сред. спец.
учеб. заведений. — М.: Высш. шк., 1987. — 351 с.
10.	Основы автоматизации машиностроительного производства: Учеб.
для машиностроит. спец. вузов / Е. Р. Ковальчук, М. Г. Косов, В. Г. Мит¬
рофанов и др.; Под ред. Ю. М. Соломенцева. — 3-е изд., стер. — М.: Высш.
шк., 2001. - 312 с.
11.	Компьютерно-интегрированные производства и CALS-технологии
в машиностроении: Учеб. пособие / Т.А.Альперович, В. В. Барабанов,
А.	Н. Давыдов и др.; Под ред. д-ра техн. наук, проф. Б. И.Черпакова. — М.:
БИМИ, 1999.- 512 с.
12.	Конструкции, наладка и эксплуатация агрегатных станков и авто¬
матических линий / Л.Ф.Брон, С. Н. Власов, Г. М.Годович и др. — 4-е
изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1985. — 384 с.
13.	Координатные измерительные машины и их применение / В. А. Гап-
шик, А. Ю. Каспарайтис, М. Б. Модестов и др. — М.: Машиностроение,
1985.- 328 с.
14.	Косовский В.Л. Справочник молодого фрезеровщика. — 2-е изд.,
перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1992. — 400 с.
15.	Наерман М. С., Наерман Я. М., Исаков А.Э. Справочник молодого
шлифовщика. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1991. — 207 с.
372

16.	Программное управление станками / В.Л.Сосонкин, О. П. Михай¬
лов, Ю. А. Павлов и др.; Под ред. д-ра техн. наук, проф. В. JI. Сосонкина. —
2-е изд., стер. — М.: Машиностроение, 1981. — 398 с.
17.	Программное управление станками и промышленными роботами /
В.JI. Косовский, Ю. Г. Козырев, А. Н. Ковшов и др. — 2-е изд., стер. —
М.: Высш. шк., 1989. — 272 с.
18.	Проектирование металлорежущих станков и станочных систем:
Справочник-учебник. В 3-х т. / А. С. Проников, Г. Н. Васильев, В. Ф. Горнев
и др.; Под общ. ред. А. С. Проникова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баума¬
на; Изд-во МГТУ «Станкин», 1994 — 2000.
19.	Пикус М. Ю. Справочник слесаря по ремонту металлорежущих стан¬
ков. — Минск: Вышэйш. шк., 1987. — 318 с.
20.	Разработка САПР: Практ. пособие. В 10 кн. / Под ред. А. В. Петрова. —
М.: Высш. шк., 1990.
21.	Харизоменов И. В., Харизоменов Г. И. Электрооборудование станков
и автоматические линий. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностро¬
ение, 1987. — 224 с.
22.	Черпаков Б. И. Эксплуатация автоматических линий. — 2-е изд.,
перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1990. — 304 с.
23.	Черпаков Б. И., Черпаков А. Б. Сокращение ручного труда при экс¬
плуатации станков на основе технической диагностики. — М.: Машино¬
строение, 1985. — 44 с.
24.	Черпаков Б. И. Технологическая оснастка. — М.: Изд. центр «Акаде¬
мия», 2003. — 368 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие	3
Основные сокращения	6
Глава 1. Механизация производства	8
1.1.	Основные понятия	8
1.2.	Механизация станков	9
1.3.	Механизация сборочных процессов	24
Глава 2. Автоматизация производства	40
2.1.	Основные понятия	40
2.2.	Классификации средств автоматизации
металлорежущего станка	47
2.3.	Средства автоматизации различных функций
металлорежущих станков	48
Глава 3. Целевые механизмы, автоматизирующие
металлорежущие станки	62
3.1.	Зажимные механизмы для закрепления заготовок	62
3.2.	Механизмы загрузки-выгрузки заготовок	70
3.3.	Контрольно-блокировочные устройства	84
Глава 4. Системы автоматического управления технологическим
оборудованием	88
4.1.	Общие сведения	88
4.2.	Устройства, реализующие операции ручного управления	94
4.3.	Системы управления с распределительным валом	99
4.4.	Копировальные системы управления	101
4.5.	Системы циклового программного управления	103
4.6.	Системы числового программного
управления	108
4.7.	Следящие системы управления	116
4.8.	Адаптивные системы управления	121
4.9.	Микропроцессорные устройства ЧПУ	128
4.10.	ЭВМ и программируемые контроллеры	133
4.11.	Системы автоматического регулирования	144
4.12.	Средства автоматического контроля качества продукции	155
4.13.	Измерительные преобразователи систем управления	168
Глава 5. Диагностирование технологического оборудования	175
5.1.	Общие сведения	175
5.2.	Классификация методов и средств диагностирования	178
5.3.	Диагностирование металлорежущих станков	179
5.4.	Особенности диагностирования режущего инструмента	184
374

5.5.	Методы диагностирования без применения
специальных технических средств	185
5.6.	Создание системы технического диагностирования
на стадии проектирования оборудования	188
Глава 6. Системы автоматизированного проектирования
и расчетов	191
6.1.	Общие сведения	191
6.2.	Процесс проектирования оборудования	192
6.3.	Формирование производственной базы данных	200
6.4.	Примеры применения САПР/АПП	201
6.5.	Эффективность автоматизации проектирования	205
Глава 7. Машины-автоматы	207
7.1.	Структурная схема станка-автомата	207
7.2.	Средства автоматизации в одношпиндельных автоматах	209
7.3.	Средства автоматизации в многошпиндельных автоматах	214
7.4.	Средства автоматизации в роторных автоматах	221
Глава 8. Автоматические линии	224
8.1.	Классификация автоматических линий	224
8.2.	Средства автоматизации загрузки-разгрузки оборудования,
работающего в составе АЛ	231
8.3.	Транспортные устройства AJI	248
8.4.	AJ1 для обработки корпусных деталей	263
8.5.	AJI для обработки деталей типа тел вращения	265
8.6.	Системы АЛ	269
8.7.	Роторные и роторно-конвейерные АЛ	274
Глава 9. Гибкие производственные системы	279
9.1.	Общие сведения. Термины и определения. Классификация.... 279
9.2.	Гибкие производственные модули и гибкие
производственные ячейки	285
9.3.	Гибкие производственные системы	303
9.4.	Гибкие автоматизированные участки	315
9.5.	Система обеспечения функционирования ГПС	317
Глава 10. Автоматический цех и завод-автомат	323
10.1.	Назначение и организационная структура ГАЦ и ГАЗ	323
10.2.	Материальные и информационные потоки
в условиях ГАЗ	335
10.3.	Транспортное и вспомогательное оборудование ГАЗ	343
10.4.	Назначение, структура и функции ИАСУ КИП	349
Глава 11. Развитие автоматизации производства. Эффективность
автоматического производства	354
11.1.	Этапы развития автоматизации	354
11.2.	Машиностроительные заводы будущего	359
11.3.	Эффективность автоматического производства	361
Список литературы	372

Учебное издание
Черпаков Борис Ильич,
Вереина Людмила Ивановна
Автоматизация и механизация производства
Учебное пособие
Редактор Г. Г. Андреева
Технический редактор О. С. Александрова
Компьютерная верстка: В.А.Крыжко
Корректоры С. Ю. Свиридова, Е. В. Соловьева
Диапозитивы предоставлены издательством.
Изд. № A-909-I. Подписано в печать 29.03.2004. Формат 60x90/16.
Бумага тип. № 2. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная. Уел. печ. л. 24,0.
Тираж 10 000 экз. Заказ №13168.
Лицензия ИД № 02025 от 13.06.2000. Издательский центр «Академия».
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.02.953.Д.003903.06.03 от 05.06.2003.
117342, Москва, ул. Бутлерова, 17-Б, к. 328. Тел./факс: (095) 330-1092, 334-8337.
Отпечатано на Саратовском полиграфическом комбинате.
410004, г. Саратов, ул. Чернышевского, 59.