УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БАРАНОВИЧСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ОБОРУДОВАНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

Учебно-методический комплекс

для обеспечения

контролируемой самостоятельной работы студентов (КСР)

по учебной дисциплине «Автоматизация технологического проектирования»

Для специальности

1 - 40 01 02 Информационные

системы и технологии

4-й курс

Всего КСР – 8 часов, 8 семестр Материалы подготовлены

Из них: Бакулин Б. А., преподаватель

Лекционные занятия – 6 часов кафедры ОАП (в соответствии с Положением о

контролируемой самостоятельной работе

студентов БарГУ, утвержденным

18.08.2009 №341)

Барановичи

Содержание

1. Основные ступени автоматизации производства 2 часа

2. Технические средства САПР ТП 2 часа

3. Организационно-методическое обеспечение САПР ТП 2 часа

4. Виртуальное производство 2 часа

Инфомационно-методическая часть

Автоматизация технологического проектирования в десятки раз сокращает сроки подготовки производства за счёт автоматизации инженерного труда не только в рутинных работах, но и в творческой сфере деятельности технолога.

Широкое применение САПР у и их дальнейшее развитие сдерживается недостатком кадров конструкторов и технологов, имеющих соответствующие знания для эффективного использования систем автоматизированного проектирования.

Целью преподавания дисциплины является освоение студентами методов автоматизированных систем технологической подготовки производства.

Задачи изучения дисциплины: изучение системной методологии автоматизированного проектирования объектов технологической подготовки производства. Получение навыков по практическим методам разработки компонента программно-информационного комплекса САПР ТП.

Тема 1 Основные ступени автоматизации производства

Важнейшими показателями, характеризующими вид производст­ва, являются количество и номенклатура выпускаемых изделий. Ха­рактер производства предъявляет определенные требования к технологическому оборудованию. Если в условиях массового производства со стабильным характером выпускаемой продукции главным требова­нием к рабочим машинам является высокая производительность, то для условий серийного и единичного производства первостепенное значение приобретают универсальность и мобильность средств производства при обеспечении во всех случаях требуемого качества про­дукции. Под универсальностью понимается способность оборудования к переналадке на возможно широкий диапазон обрабатываемых изделий. Мобильность определяется быстротой перехода с выпуска одних изделий на другие.

Автоматизация процессов производства, создание и широкое внедрение машин-автоматов, станков с программным управлением, авто­матических линий, цехов и заводов во все отрасли промышленности является основной тенденцией перспективного производства.

Анализируя историю и тенденции развития автоматизации произ­водственных процессов, можно отметить три основных этапа, на которых решались различные по своей сложности задачи:

1) автоматиза­ция рабочего цикла, создание машин-автоматов и полуавтоматов;

2. автоматизация системы машин, создание автоматических линий;

3. комплексная автоматизация производственных процессов, созда­ние автоматических цехов и заводов.

Первой ступенью автоматизации является автоматизация рабочего цикла, создание автоматов и полуавтоматов — автоматизация технологических процессов. Появление автоматов явилось неизбежным следствием развития и совершенствования конструкции рабочих машин. Любая рабочая машина состоит из трех основных механизмов: двигательного, передаточного и исполнительного. Основным явля­ется исполнительный механизм, определяющий технологические воз­можности машины, производительность и качество обработки. Наблюдая за работой машины, легко заметить, что кроме основных рабочих движений исполнительного механизма, производящих обра­ботку, контроль и сборку, имеются движения, непосредственно не связанные с обработкой (подвод и отвод, зажим и разжим, включение и выключение, поворот револьверной головки и т. д.).

С точки зрения выполнения технологического процесса все пере­мещения рабочих органов машины можно разделить на рабочие и хо­лостые. Во время рабочих перемещений производится непосредствен­но обработка материалов или сборка узлов. В процессе холостых хо­дов осуществляются вспомогательные движения, которые служат для подготовки рабочих ходов (загрузка и зажим заготовки, подвод и отвод инструмента, переключение направления вращения шпинделя и т. д.).

Обработка одной заготовки требует обычно полного комплекса рабочих и холостых ходов, время выполнения которых определяет вре­мя рабочего цикла машины:

Т = t_р + t_x,

где t_p — время рабочих ходов; t_x — время холостых ходов. Отдель­ные рабочие и холостые ходы могут совмещаться между собой.

Любая рабочая машина самостоятельно выполняет рабочие ходы. Если машина кроме рабочих ходов самостоятельно выполняет и хо­лостые, то она представляет собой автоматическую машину или авто­мат. Автоматом называется самоуправляющаяся рабочая машина, которая при осуществлении технологического процесса производит все рабочие и все холостые ходы цикла обработки, кроме наладки и регулирования. Таким образом, необходимым и достаточным услови­ем для работы автомата является наличие механизмов рабочих и холостых ходов и системы уп­равления, которая осуществ­ляет запрограммированную последовательность всех эле­ментов рабочего цикла.

Возьмем, к примеру, то­карный многошпиндельный автомат 1А225. На этом ав­томате обрабатываются дета­ли из пруткового материала, требующие таких операций, как обтачивание, сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы.

Рисунок 1.1 – Классификация механизмов автомата

На рис. 1.1 приведена схема классификации меха­низмов автомата. Как пока­зано на схеме, исполнитель­ный механизм рабочих и хо­лостых ходов распадается на ряд механизмов, каждый из которых выполняет опреде­ленный элемент рабочего цикла — операцию. Количе­ство и назначение целевых механизмов определяются технологическим назначением и схемой работы автомата. Токарный многошпиндельный автомат, например, имеет продольный суппорт, произ­водящий продольную обра­ботку на всех позициях, и несколько поперечных суп­портов, каждый из которых обслуживает одну или две позиции. Кроме того, авто­мат имеет обычно целый ряд дополнительных приспособ­лений (резьбонарезное, быстросверлильное и др.).

Механизмы холостых хо­дов выполняют операции, связанные с перемещением и закреплением заготовок. К ним относятся, прежде всего, подача прутка и его зажим; шпиндельный блок периодически поворачивается специальным механизмом. Точность положения шпин­дельного блока во время обработки обеспечивается механизмом фик­сации. Для уменьшения износа опор шпиндельного блока и сохранения его долговечности перед поворотом шпиндельный блок припод­нимается над опорами. Эту операцию выполняет механизм подъема шпиндельного блока.

Управление рабочим циклом работы всех механизмов построено на механической основе. Главным органом управления является рас­пределительный вал, на котором находятся кулачки, управляющие отдельными механизмами.

Если отсутствует один из основных механизмов для осуществле­ния холостых ходов, автоматический цикл прерывается и для его по­вторения требуется обязательное вмешательство рабочего. Наиболее часто таким отсутствующим механизмом является механизм питания, что связано с большими трудностями в создании надежных механиз­мов загрузки заготовок сложной формы. В таких случаях рабочая машина, выполнив весь рабочий цикл, автоматически выключается, и все механизмы отводятся в исходное положение. Рабочий снимает обработанную деталь, устанавливает новую заготовку и включает станок, после чего весь цикл работы повторяется. Такая машина, ра­ботающая с автоматическим рабочим циклом, для повторения которого требуется вмешательство рабочего, называется полуавтоматом.

На первой ступени автоматизация технологических про­цессов охватывает лишь отдельные операции обработки, а сборку, контроль и упаковку готовой продукции про­изводят вручную или с применением средств механизации.

Второй сту­пенью автоматиза­ции является автомати­зация системы машин, создание автоматических линий, объединяющих в себе выполнение разно­образных операций об­работки, контроля, сборки, упаковки и т. д. — автоматизация производственных про­цессов. Автоматической линией называется ав­томатическая система машин, расположенных в технологической пос­ледовательности, объе­диненных средствами транспортировки, уп­равления, автоматически выполняющих комплекс операций, кроме налад­ки.

Рисунок 1.2 - Планировка автоматической линии для обработки корпусных деталей (модель 1Л165)

На рисунке 1.2 показана схема автоматической линии для обработки корпусных деталей. В процессе работы об­рабатываемая деталь не снимается с транспорте­ра, а последовательно проходит через все по­зиции обработки, начи­ная с загрузочной. В каждой рабочей позиции детали фиксируются и зажимаются в стацио­нарных приспособлени­ях.

На рисунке 1.3 показана структурная схема типовой автоматической линии.

Рисунок 1.3 – Структурная схема типовой автоматической линии

Автоматическая линия представляет собой более высокую ступень развития ис­полнительного механизма. Отдельные автоматы, встроенные в линию, являются элементами, выполняющими рабочие ходы (опе­рации обработки, контроля, сборки), т. е. они выполняют в линии те же функции, что и механизмы рабочих ходов в отдельном автомате. Холостые ходы в линии выполняются механизмами меж­станочной транспортировки, накопления заделов и т. д., которые на первой ступени автоматизации выполняются вручную.

Все механизмы на позициях работают независимо и только подают сигналы об окончании зажима. После получения последнего сигнала дается общая команда на пуск всех агрегатных головок. Каждая го­ловка имеет автономную систему управления, которая переключает ее с быстрого подвода на рабочую подачу, а затем и на быстрый отвод. В исходном положении головка самовыключается и подает сигнал об окончании своего цикла. Как только будет подан сигнал об оконча­нии обработки на позиции с самым длительным циклом, вновь вклю­чаются механизмы зажима и фиксации, которые освобождают обраба­тываемые детали в приспособлениях. С обработкой синхронизируется и работа других механизмов (поворотные столы, механизмы для удаления стружки из отверстий и т. д.).

Следует отметить, что резкой разницы между многопозиционными агрегатными станками и автоматическими линиями не существует. Так, если станок имеет линейную компоновку, а перемещение деталей из позиции в позицию производится не поворотным столом, а прямо­линейно-шаговым транспортером, такую компоновку называют авто­матической линией.

Опыт, накопленный при автоматизации рабочего цикла отдельных машин, позволяет перейти к решению новых, более сложных задач. Первая из этих задач — создание автоматической системы меж­станочной транспортировки обрабатываемых деталей. При этом задача усложняется тем, что необходимо не просто автоматически передавать детали от одной рабочей машины к другой, но и учитывать неодина­ковый ритм работы, а также несовпадение по времени простоев раз­личных машин из-за возникающих неполадок.

Следовательно, система межстаночной транспортировки включает в себя не только транспортеры, но и автоматические магазины-нако­пители для создания и расходования межоперационных заделов и других устройств. Важной проблемой на второй ступени автоматиза­ции является создание систем управления системой машин. При этом необходимо не только согласование между собой рабочих циклов от­дельных машин, а также транспортирующих механизмов, но и бло­кировка на случай всевозможных неполадок (поломки, выход разме­ров за пределы поля допуска, контроль правильности выполнения команд, отыскание неполадок и т. д.). Системы управления рабочим циклом машины, которые строятся на базе распределительного вала с кулачками, здесь непригодны прежде всего из-за плохой дистанци­онности. Это вызывает появление новых систем управления, основанных на применении гидравлических, электрических и электронных устройств.

На второй ступени автоматизации решается и задача создания средств автоматического контроля, в том числе активного контроля, корректировкой работы станка, самоорганизацией и самонастрой­кой, т.е. с применением средств самоприспосабливающегося управ­ления, систем управления качеством и т. д.

Высшей формой автоматизации на второй ступени являются комп­лексные поточные линии из полуавтоматов и автоматов.

Третьей ступенью автоматизации является комплексная автоматизация производственных процессов — создание автоматиче­ских участков, цехов и заводов с широким использованием электронных вычислительных машин, автоматических систем управления про­изводством, систем управления качеством и т. д.

Комплексная автоматизация связана с высокой технической осна­щенностью всех звеньев производственного процесса, с максимальным сокращением длительности производственного цикла, с внедрением автоматических систем управления производством.

Автоматическим цехом или заводом называется цех или завод, и котором основные производственные процессы осуществляются на автоматических линиях. Здесь решаются задачи автоматизации меж­линейной и межцеховой транспортировки, складирования, уборки переработки стружки, управление качеством, диспетчерского конт­роля и автоматической системы управления производством.

На рисунке 1.4 представлена структурная схема автоматического цеха, оснащенного роторными линиями. Здесь элементами, выполняющими рабочие ходы, являются уже автоматические линии с технологиче­скими роторными машинами, механизмами транспортировки, управ­ления и т. д. В автоматических цехах и заводах межлинейное транс­портирование и накопление заделов являются холостыми ходами; система управления цехом также выполняет новые, более сложные задачи.

Рисунок 1.4 – Структурная схема автоматического цеха

Изменение масштабов автоматизации требует и иных методов ее решения. Так, если для межстаночной транспортировки применяются

транспортеры, то межцеховая транспортировка тре­бует системы конвейеров с автоматическим адресованием.

Следовательно, современный автоматизированный завод представ­ляет собой сложный многозвенный объект управления, все элементы которого находятся в постоянном динамическом взаимодействии друг с другом. Установление оптимальных взаимоотношений между эле­ментами объекта управления для достижения наилучших экономиче­ских показателей работы автоматизированного предприятия (в част­ности, минимизация себестоимости выпускаемой продукции) опреде­ляет функции автоматических систем.

Подобные системы решают значительно более сложные задачи, чем обычные межстаночные транспортные и управляющие системы. Соответствующим образом усложняются системы отвода стружки, которые должны обслуживать уже не отдельные станки и линии, а целые цехи. Качественно отличаются и автоматические линии. Если на второй ступени автоматизации автоматические линии охватывают в основном только процессы механической обработки, то комплексные автоматические системы охватывают все звенья производственного процесса, начиная с заготовительных операций, кончая сборкой, ис­пытанием готовой продукции, упаковкой и отгрузкой.

Комплексная автоматизация производственных процессов, как новая ступень технического прогресса, строится на широком приме­нении вычислительной техники, в первую очередь ЭВМ, которые

позволяют решать не только задачи управления производством, но и гибкого управления технологическими процессами и всем техно­логическим комплексом оборудования, на котором выполняются эти процессы.