Экономично использовать метод групповой взаимозаменяемости для малозвенных размерных цепей, к точности замыкающих звеньев которых предъявляются высокие требования. 8 страница

.

Для упрощения, обозначив в формуле группу сомножителей (за исключением ) через , получим:

.

Допустив, что изменение состояния процесса обработки связано только с изменением значений и что, в силу выше указанных причин, значения рассеиваются в пределах:

;

при среднем значении

.

Для острого инструмента =1. Следовательно, и .

С затуплением инструмента значение быстро возрастает. Предположим, что =1,5. Тогда и 1,5. Значит, с затуплением режущего инструмента увеличивается поле рассеяния и среднее значение силы резания, а это приведет к увеличению поля и среднего значения упругих перемещений.

Влияние размерного износа на точность и производительность процесса обработки уменьшают следующие практические меры: повышение качества материала, используемого, для изготовления инструмента; повышение качества изготовления и доводки инструмента; рациональный выбор режимов резания; стабилизация сил резания; сокращение вибраций в технологической системе; правильный подбор и применение СОЖ; своевременная компенсация размерного износа инструмента поднастройкой технологической системы; применение автоматических подналадчиков; своевременная смена инструмента для его перетачивания; применение устройств диагностики состояния инструмента.

Тепловые деформации технологической системы.

В процессе обработки заготовок звенья технологической системы находятся под непрерывным воздействием различных источников теплоты. Основными источниками теплоты являются механическая работа, затрачиваемая на резание, и работа по преодолению сил трения движущимися деталями станка. К этому добавляется теплота, создаваемая работой электрических и гидравлических систем станка, теплота, сообщаемая внешней средой. Неодинаково нагретыми могут быть заготовки, поступающие на обработку. Изменения температуры технологической системы порождают дополнительные пространственные относительные перемещения ее исполнительных поверхностей и, как следствие, добавочные слагаемые погрешности динамической настройки. Перемещения, порождаемые изменениями температуры, получили название температурных деформаций.

Распределение теплоты в технологической системе неравномерно. Одни ее компоненты, даже части отдельных деталей, нагреваются сильнее другие слабее.

Нагрев деталей станка происходит в результате работы его механизмов, гидроприводов и электроустройств. Теплота станку сообщается также СОЖ, нагревательными устройствами, находящимися вблизи станка, воздухом в цехе. Наибольшей степени в станке нагревается шпиндельная бабка. Температура ее корпуса в различных точках может доходить до 30—70^o С, а шпинделей и валов — до 40-100^o С. Меньше нагревается станина. Соответственно уровню нагрева детали станка деформируются в трех координатных направлениях, нарушая тем самым первоначальную точность станка.

Тепловые деформации режущего инструмента вызывает теплота, отводимая из зоны резания. Несмотря на то, что доля теплоты, приходящаяся на инструмент, составляет лишь 2-5%, и ее оказывается достаточно для нагрева режущих кромок до 900^o С. В результате, например, изменение вылета токарных резцов средних размеров в процессе обработки заготовки могут доходить до 0,05-0,06 мм. Значения тепловых деформаций режущего инструмента зависят от скорости и глубины резания, подачи и геометрии инструмента, его вылета, эффективности охлаждения и др.

Тепловые деформации станка и инструмента протекают в пространстве и приводят к отклонениям относительного положения заготовки и инструмента, приданного им в процессе настройки технологической системы. Относительное перемещения инструмента и технологических баз заготовки служат причиной непрерывного изменения значения текущего размера, что в свою очередь отражается на всех геометрических показателях точности детали: форме, относительном повороте, расстоянии и размере получаемой поверхности.

Обычно заготовки обрабатывают с перерывами в работе станка, вызываемыми, например, необходимостью замены заготовок. На рис.20.5 приведен график, показывающий тепловые деформации токарного резца, происходящие во время работы заготовок и остановок станка для их замены. Изменение теплового состояния резца и его вылета влекут за собой отклонения формы обработанной поверхности детали.

Рис.20.5. Тепловые деформации резца при работе с перерывами

Часть теплоты, выделяющейся в зоне резания, передается в заготовку. В зависимости от способа режимов обработки отвод теплоты в заготовку может быть различным. Например, при токарной обработке он может составлять до 10% в общем тепловом балансе, а при сверлении – до 55%. Следовательно, в процессе обработки заготовка может значительно нагреваться и деформироваться. Причем наибольшие деформации возникают при обработке тонкостенных заготовок. В большинстве случаев поверхность заготовки обрабатывают постепенно. Поэтому источник теплоты в зоне резания непрерывно (или с перерывами) перемещается по обрабатываемой поверхности заготовки. На рис. 20.6 показано тепловое поле цилиндрической поверхности заготовки, создаваемое вдоль ее оси резцом.

Рис.20.6. Тепловое поле, движущееся впереди источника теплоты в поверхностных слоях заготовки

Впереди источника теплоты в поверхностных слоях заготовки движется опережающая волна тепла, которая при подходе резца к концу заготовки существенно увеличивает ее нагрев. Объясняется это тем, что на границе двух сред (металл-воздух) ухудшается теплопроводность среды и теряет свою скорость теплоотдача. Материал заготовки при этом нагревается и расширяется сильнее, из заготовки удаляется больший слой материала. Вместе с изменениями температур заготовки, на различных ее участках изменяется нагрев резца и его вылет. В результате после обработки и охлаждения заготовки ее поверхность обретает форму, показанную на рис. 20.7.

Рис.20.7. Искажение формы поверхности детали под воздействием теплового поля: I – участок, образовавшийся при нарастающем нагреве заготовки и резца в начале обработки; II – участок, возникший при установившемся тепловом поле; III – участок, при ухудшении отвода теплоты в конце обработки

Причиной снижения точности деталей также может быть и разная степень нагрева заготовок, поступающих на обработку, что присуще массовому производству. Различие условий обработки заготовок на предшествующих операциях, нарушение очередности их транспортирования с одной операции на другую приводит к тому, что на обработку попадают и слабо и сильно нагретые заготовки. Получая дополнительный нагрев при обработке на данной операции, заготовки будут иметь различную усадку при остывании. В результате этого произойдет не только смещение , но и увеличение значения поля рассеяния размеров в партии деталей рис.20.8).

Рис.20.8. Усадка деталей по мере их остывания

В обеспечении требуемой точности детали тепловые деформации технологической системы и заготовок приобретают особую значимость на отделочных операциях, где колебания припусков, а, следовательно, силы резания и упругих перемещений оказываются незначительными. Основными мероприятиями по уменьшению тепловых деформаций являются следующие: применение СОЖ; создание термоконстантных цехов; введение в конструкцию станков, устройств, стабилизирующих температуру; прогревание станков на холостом ходу до начала работы; сокращение перерывов в работе до минимума; настройка технологической системы на рабочий настроечный размер, учитывающий влияние тепловых деформаций; встраивание в станке автоматических подналадчиков; увеличение скорости резания; шлифование заготовок кругами большего диаметра; установка перед ответственными операциями термостатических устройств, выравнивающих температуру заготовок, поступающих на обработку; чередование операций в технологическом процессе с большим и меньшим нагревом заготовок; применение транспортных средств, обеспечивающих соблюдение очередности в прохождении заготовками операции технологического процесса.

Влияние работающего на точность изготовляемых деталей

Технологический процесс изготовления деталей не может быть выполнен без участия человека. В зависимости от уровня автоматизации технологического оборудования это участие может иметь различные формы.

При изготовлении детали на универсальных неавтоматизированных станках в функции рабочего входит установка заготовки, настройка станка, осуществление технологического процесса обработки заготовки и контроль точности изготовленной детали. Успешное решение задач, возложенного на рабочего зависит от его квалификации, состояния (степень утомления, настроение и т.п.), состояние оборудования и условий, в которых ему приходится работать. На точности и характере распределения отклонений размеров деталей, изготовленных на универсальных станках, отражается постоянная боязнь рабочего получить неисправимый брак. Этот психологический фактор вынуждает рабочего придерживаться при изготовлении детали «безопасных границ полей допусков», что приводит к смещению центра группирования размеров обрабатываемых деталей.

При изготовлении деталей на настроенных полуавтоматических станках функции рабочего сводится к установке заготовки в приспособлении, включению станка и съему заготовки или изготовленной детали. Настройку станка чаще осуществляет наладчик, он же контролирует точность полученных размеров. Несмотря на то, что роль квалификации рабочего здесь сведена до минимума, его влияние на точность изготовляемых деталей может быть весьма существенным, т.к. именно рабочий обеспечивает стабильное и надежное закрепление заготовки.

При изготовлении детали на автоматических станках рабочий из непосредственного исполнителя технологического процесса превращается в руководителя им. В обязанности работающего вменяются настройка станка, наблюдение за ходом технологического процесса и устранение отклонений в нем. Выполнение этих функций требует всесторонних знаний и навыков, т.е. более квалифицированного труда. Например, оператор, обслуживающий многооперационный фрезерно-расточной станок с программным управлением, одновременно должен владеть квалификацией фрезеровщика, сверловщика, расточника, до тонкостей знать программное управление и устройство станка.

На основании изложенного можно сделать следующие выводы:

· качество изготавливаемых деталей находится в прямой зависимости от квалификации;

· создание благоприятных условий для труда, облегчающих физическую и умственную деятельность работающего, является одним из средств повышения качества продукции и производительности труда;

· в массовом и крупносерийном производстве при выполнении однообразной и монотонной работы следует периодически делать перестановку рабочих с одних операций на другие, создавая тем самым разнообразие в их труде;

· при конструировании приспособлений следует избегать ручных зажимов и применять пневматические, гидравлические, электромеханические зажимы, обеспечивающие стабильность сил закрепления заготовок.

ЛЕКЦИЯ 21

21. Информационное обеспечение производственного процесса. Временные связи в производственном процессе.

Информационный процесс является важнейшей составной частью производственного процесса изготовления машины. Информация в производственном процессе – это средство, приводящее, поддерживающее и направляющее его действие.

21.1. Свойства технологической информации и информационные связи

Технологическая информация представляет собой указание о том, что, как, когда, с помощью чего надо сделать, или сообщения о результатах совершенного действия, изменения первоначальных условий, сообщение каких-то данных и т п.

Осуществление производственного процесса включает выполнение ряда технологических процессов изготовления деталей и сборки машины, доставку к рабочим местам технологической документации, заготовок, сборочных единиц, инструментов, технологической оснастки, складирование заготовок и продукции, контроль хода производственного процесса и управление им и прочие действия, обеспечивающие функционирование производственного процесса и изготовление качественной продукции.

Каждый этап процесса изготовления машины сопровождается своими информационными процессами, цели и содержание которых обусловлены спецификой решаемых задач. Однако на любом этаже при решении конкретных технологических и производственных задач ведут сбор, запрос, поиск, хранение, переработку, преобразование, передачу и использование информации.

Технологическая информация, поступающая на рабочее место, является исходной в информационном процессе, совершаемом при выполнении операции. Как выполнение любой операции, связанное с решением множества технологических задач (установка заготовки, настройка станка, наблюдение за ходом процесса обработки и управления им), так и анализ полученных результатов требует получения, преобразования, передачи и других действий над информацией.

Таким образом, постановку задачи, ее решение, сообщение о том, что задача решена, и оценку правильности решения связывает замкнутый информационный контур, который может быть назван информационной связью.

Информационная связь - это замкнутый контур, образуемый прямым и обратным потоками информации, охватывающий все действия над информацией, необходимые для решения производственной или технологической задачи.

Входы в информационный контур является постановка задачи, выходом – результат ее решения. Замыкает информационный контур сопоставление результата решения с условиями технологической задачи (рис.21.1).

Рис.21.1. Схема информационной связи

21.2. Технологическая задача и информационное обеспечение ее решения

Выполнение производственного процесса связано с решением многих производственных и технологических задач. Любая из них расчленяется на несколько действий, и каждое из них должно быть обеспечено своим информационным процессом. Информационное обеспечение задачи всегда предшествует ее решению.

Если задачу решает человек, то информационный процесс во многом оказывается скрытым и от самого человека, и от наблюдателя за его действиями. Объясняется это тем, что информационный процесс человек осуществляет в результате умственной деятельности и с помощью всех органов чувств, многие действия выполняются подсознательно, но целесообразно.

Если выполнение задачи возлагается на технические средства, то требуется расшифровка содержания, как самой задачи, так и проработка информационного процесса, обеспечивающие ее решение. Технические средства должны выполнить не только механическую, но и умственную деятельность человека.

Например, необходимо решить технологическую задачу – «установить заготовку втулки на токарном станке в самоцентрирующий трехкулачковый патрон с пневматическим зажимом». Человек возьмет втулку из тары (например, в виде лотка), поднесет к патрону, забазирует втулку относительно кулачков и включает пневматический привод патрона. Правильность решения задачи рабочий оценит «на глаз» по радиальному биению заготовки после включения привода шпинделя станка.

Решение же задачи техническими средствами потребует полного раскрытия и реализации ряда действий:

1. придание заготовкам втулок определенного положения в лотке;

2. придание необходимого положения лотку с заготовками в системе координат технологической системы;

3. программирование движений робота;

4. введение в устройства программного управления (УПУ) робота и станка управляющих программ (УП);

5. придание захватному устройству (ЗУ) робота исходного положения в системе координат технологической системы;

6. перемещение (ЗУ) робота к очередной заготовке;

7. захват роботом заготовки;

8. перемещение заготовки к патрону станка;

9. базирование заготовки относительно кулачков патрона;

10. закрепление заготовки кулачками патрона;

11. разжим ЗУ робота;

12. отвод ЗУ из зоны обработки;

13. проверка правильности установки заготовки.

Каждое упомянутое действие представляет собой частную технологическую задачу. Информационное обеспечение решения частных задач будет осуществляться по-разному. Например, задачи обеспечения первого и второго действий решаются при конструировании лотка, в процессе которого перерабатывается исходная информация о виде, форме, размере и числе заготовок, одновременно размещенных в лотке; о конструкции стола, на котором будет установлен лоток; в конструктивные решения о форме, размерах и местоположения ячеек, базирующих заготовки в лотке, о форме и размерах корпуса лотка и и.д. Необходимо также разработать средства, выдающие информацию о выполнении действий и разработать информационные процессы, управляющие действиями робота и станка.

Из рассмотренного, можно сделать следующие выводы.

1. Решение производственной или технологической задачи обеспечивает информационный процесс.

2. Информационный процесс, сопутствующий решению производственной или технологической задачи, может подразделен на две части. Одна из них связана с разработкой той, что обеспечивает решение задачи (технологии, управляющих программ, технических средств и т.п.), а другая – с управлением процессом, в результате свершения которого достигается решение задачи.

3. Обе части информационного процесса так же, как и его этапы, органически связаны друг с другом.

4. Для раскрытия содержания информационного процесса необходимо расчленение производственной или технологической задачи на частные задачи и элементарные действия.

5. Решение любой частной задачи обеспечивает информационная связь, объединяющая операции над информацией, необходимые для периода от условий задачи к сообщению о том, что задача решена, и заключению, что ее решение верно.

21.3. Структура информационных связей в производственном процессе

Членение производственных и технологических задач влияет образование сопряженных контуров информационных связей, увязывание в день в той же последовательности, в какой должно идти решение частных задач. Например, если в задаче установки заготовки втулки в патрон токарного станка выделить часть действий, непосредственно касающиеся установки заготовки, то информационный процесс составил бы ряд информационных связей, показанных на рис. 21.2.

Указанием к действию будет служить сигнал: «Установить заготовку», а положительный ответ при сопоставлении результатов решения задачи с ее условием служит сигналом об окончании выполнения этого действия (решения частной задачи) и командой к началу решения следующей, т.е. приведению в действие следующего информационного контура.

Информационный процесс, таким образом, обеспечивающий решение основной задачи, представляет собой цепь, звеньями которой являются информационные связи, с помощью которых решаются частные задачи

Рис.21.2. Фрагмент информационного процесса в задаче установки заготовки втулки в патрон станка

В соответствие с иерархией производственных и технологических задач оказывается многоуровневый и информационный процесс, обеспечивающий их решение. Нижний уровень составляет информационные процессы, обеспечивающие исполнение операций технологических процессов. Следующий уровень составляют информационные процессы, охватывающие задачи, общие для технологических операций: управление включением оборудования, доставка на рабочие места инструментов, заготовок и т.д. На верхнем уровне управления решаются задачи оперативного планирования, диспетчеризации, учет изготовленной продукции и т.п.

Уровни информационного процесса связаны между собой потоками информации, несущими в одном направлении сигнал к действию, а в обратном – сообщение об исполнении действий, состоянии оборудования и т.п.; на любом действующем предприятии одновременно осуществляются технологические процессы изготовления деталей различных наименований, оснащение рабочих мест инструментами, приспособлениями, заготовками, транспортирование готовой продукции на склад, задачи по обеспечению, требуемой точности деталей, непрерывный анализ хода производственного процесса, его диспетчеризации и т.п. требует бесперебойного информационного обеспечения.

Более сложной оказывается разработка информационного процесса для автоматизированного производства, в котором физическая и умственная деятельность человека замещается техническими средствами и управляющими программами и пр.

Любой производственный процесс сопровождается действием большого числа случайных факторов, поэтому структура информационных связей должна для поддержания непрерывности хода процесса обеспечивать возможность его корректировки.

В обычном производстве процесс корректируют руководящие работники всех рангов, диспетчерская служба, операторы. В автоматизированном производстве исполнение этих функций возлагается на технические средства.

В построении информационных процессов для автоматизированных производств участвуют технологи, специалисты в области управления, автоматика, вычислительной техники, конструкторы и др. Задание на проектирование системы управления выдают технологи по завершении разработки технологии изготовления изделий и принятия решений по вопросам транспортирования и складирования заготовок и готовых изделий, инструментообеспечения, организации и планирования производственного процесса.

В задачи технологов входит выдача технических заданий на проектирование технологического оборудования и оснастки, средств транспорта, инструмента и т.п.

21.4. Временные связи в производственном процессе. Компоненты временных связей

Временные связи это соотношение между фондами времени, которыми располагают технологическое оборудование, рабочие, производственное подразделение (участок, цех и т.п.) и затратами времени на выполнение технологического процесса изготовления изделий и отдельных операций.

Временные связи образуются также в результате членения затрат времени на составляющие.

Исходным, в определении фонда времени, служит календарное время за вычетом нерабочих дней в избранном периоде.

Для единицы оборудования номинальный фонд времени составляет:

,

где – число рабочих дней в планируемом периоде, T_сут – число рабочих часов в сутки,

_с. – число рабочих дней сокращенной продолжительности,

– число часов, на которое сокращены рабочие сутки,

– планируемое время простоя оборудования (3—6% — для универсального, 10-12% — для уникального оборудования).

Действительный фонд времени отличается от номинального на величину потерь фонда времени из-за случайных событий, сопровождающих любой производственный процесс. Потери фонда времени можно определить:

Потери фонда времени можно определить:

,

где – потери фонда времени по техническим причинам;

– потери фонда времени по организационным причинам;

– потери фонда времени по виде рабочего.

Затраты времени на выполнение операций технологического процесса, называется штучно-калькуляционным:

,

где – подготовительно-заключительное время затрачивается на подготовку к изготовлению партии деталей (получение задания, ознакомление с ним, изучение чертежей и технической документации, подготовка рабочего места, настройка оборудования, сдача изготовленных изделий и другое);

– число изделий, составляющих партию.

Штучное время представляет собой сумму четырех слагаемых:

.

В формуле _. – основное технологическое время – это время непосредственного воздействия на объект производства (изменения формы, размеров, структуры материала и т. д).

Если воздействие на объект проводится вручную то:

,

и его называют ручным.

Если при воздействии на объект используется оборудование, то называется машинным:

.

Если воздействие на объект производится с помощью машины, но с участием человека, то называется машинно-ручным:

Вспомогательное время – время, затрачиваемое на переходы, сопутствующие процессу непосредственного воздействия на объект производства (установка, отвод, подвод инструмента, включение, выключение оборудования).

Сумму основного технологического и вспомогательного времени называют оперативным:

Время обслуживания рабочего места ( ) – время, которое затрачивается рабочим на уход за рабочим местом и поддержанием его в рабочем состоянии. Его подразделяют на две части: время технического обслуживания время организационного обслуживания .

Время на техническое обслуживание затрачивается на поднастройку технической системы, смену затупившегося инструмента, удаление стружки с рабочих органов станка, приспособлений.

Время на организационное обслуживание затрачивается на смазку и чистку оборудования, удаление стружки с рабочего места и приведение его в порядок.

Время дополнительное выделяется на отдых, регламентируется условиями работы (тяжестью и интенсивностью труда), на личные надобности.