Автоматы и автоматические линии

Машина. Машиной называется сочетание механизмов или устройств, осуществляющих определенные целесообразные действия для преобразования энергии или информации, а также для производства полезной работы.

Согласно этому определению можно выделить три основных класса машин: машины- двигатели, преобразующие один вид энергии в другой (электродвигатели, генераторы, турбины, двигатели внутреннего сгорания и т.д.); вычислительные машины, служащие для преобразования информации (цифровые и аналоговые вычислительные машины), и машины-орудия, или рабочие машины, служащие для преобразования энергии в конкретную работу для «обработки» данного продукта. С помощью рабочих машин производится изменение формы, свойств, положения и состояния объектов труда. Всякая развитая рабочая машина состоит из двигательного, передаточного и исполнительного механизмов.

Важнейшим в любой машине является исполнительный механизм, состав которого определяет и технологические возможности, и степень универсальности, и наименование машины (токарный станок, установка очистки материалов, холодновысадочный пресс, печатная машина и т.д.).

В любой машине процесс обработки совершается без участия человека, рабочими орудиями в процессе обработки управляет сама машина.

Рабочий цикл. Большинству рабочих машин свойственна цикличность в работе, т.е. периодическая повторяемость отдельных действий и движений, связанная с выпуском дискретной продукции. Наблюдая за работой таких машин, можно заметить чередование рабочих движений исполнительных механизмов, производящих обработку, и вспомогательных движений, не связанных непосредственно с технологическим воздействием, но подготавливающих условия для него.

Так, после пуска машины сначала осуществляются вспомогательные движения: подача и зажим заготовки, включение, подвод инструментов длительностью t_x1 (рис. 21). Затем происходит обработка длительностью t_p, после чего вновь следуют вспомогательные движения длительностью t_x2 : отвод инструмента, разжим, выключение, снятие обработанного изделия и т.д.

Если машина функционирует нормально (не произошел отказ в работе), за этим снова следуют подача другой заготовки, ее зажим и т.д.

О

О I

Рис. 21. Составляющие рабочего цикла машины

При этом одни и те же операции повторяются, как правило, через одинаковый интервал времени Т, который называется рабочим циклом.

Таким образом, рабочий цикл — это интервал времени между двумя одноименными операциями при бесперебойной работе машины, двумя срабатываниями ее основных рабочих механизмов.

Рабочий цикл машины складывается из длительности рабочих и холостых ходов:

T tp + tx1 + tx2 tp + tx где t_p — время рабочих ходов, tx — время холостых ходов.

Рабочими ходами называют такие движения, благодаря которым производится непосредственное технологическое воздействие на обрабатываемый материал (обработка, контроль, сборка).

Холостыми ходами называются вспомогательные движения, которые служат для подготовки условий, необходимых для обработки (подача заготовок, их зажим, подвод инструментов и т.д.). Некоторые рабочие и холостые ходы могут совмещаться во времени между собой.

За время рабочего цикла машина обычно выдает одно изделие или порцию изделий, т.е. каждый механизм за время цикла при обработке одного изделия, как правило, срабатывает один раз. Графически взаимная координация и последовательность выполнения всех элементов рабочего цикла иллюстрируются циклограммами.

Основным и достаточным условием для рабочей машины является самостоятельное выполнение рабочих ходов, а, следовательно, наличие механизмов рабочих ходов.

Если машина, кроме того, производит самостоятельно и холостые ходы, а также управление последовательностью отдельных движений, она представляет собой автоматическую рабочую машину.

Автомат. Автоматом называется самоуправляющаяся рабочая машина, которая при осуществлении технологического процесса самостоятельно производит все рабочие и холостые ходы рабочего цикла и нуждается лишь в контроле и наладке.

Таким образом, конструктивным признаком автомата является наличие полного комплекта механизмов рабочих и холостых ходов, осуществляющих все движения рабочего цикла, и механизмов управления, координирующих их работу.

Механизмы рабочих и холостых ходов, выполняющие отдельные элементы рабочего цикла, называются целевыми механизмами.

Как и всякая рабочая машина, автомат имеет двигательный, исполнительный и передаточный механизмы. Однако если неавтоматизированная машина имеет только механизмы рабочих ходов, исполнительный механизм автомата включает в себя механизмы холостых ходов и управления, число и наименование которых в каждом конкретном случае определяются технологическим назначением, принципом действия, типом системы управления и т.д.

Так, для токарно-револьверного автомата представленная на рис. 22 схема реализуется следующим образом: 1 — револьверный суппорт; 2 — передний поперечный суппорт; 3 — задний поперечный суппорт; 4 — механизм подачи прутка; 5 — механизм зажима; 6 — механизм реверса шпинделя; 7— механизм поворота револьверной головки; 8 — механизм быстрого подвода и отвода револьверной головки; 9 — распределительный вал; 10 — вспомогательный вал.

Рис. 22. Структурная схема механизмов автомата

Для многопозиционного агрегатного станка-автомата исполнительный механизм согласно схеме, представленной на рис. 22, включает в себя следующие механизмы: 1 — сверлильная силовая головка; 2 — фрезерная силовая головка; 3 — резьбонарезная силовая головка; 4 — механизм загрузки; 5 — механизм зажима изделий в приспособлении; 6 — механизм поворота стола; 7— механизм фиксации стола; 8 — установочный силовой стол; 9 — гидропанель управления циклом силовой головки; 10 — система управления циклом станка. Машины вакуумной обработки (откачки электровакуумных приборов) имеют следующие механизмы: 1 — вакуумные насосы; 2 — механизм прогрева прибора для обезгаживания; 3 — механизм отпая прибора; 4 — механизм установки и ориентации приборов в патроне; 5 — механизм зажима; 6 — механизм поворота стола; 7— механизм фиксации стола; 8 — механизм удаления остатка штенгеля; 9 — распределительный вал; 10 — механизм контроля герметичности откачиваемых приборов.

Степень автоматизации машины можно повысить путем введения автоматических механизмов и устройств для регулирования и стабилизации процессов обработки, контроля качества изделий, замены и подналадки инструмента, уборки отходов и т.д.

Если работа этих механизмов не связана непосредственно с рабочим циклом автомата, их называют внецикловыми механизмами.

Полуавтомат. Если в комплексе целевых механизмов автомата (см. рис. 22) отсутствует один из основных его механизмов и этот элемент рабочего цикла выполняется вручную или с помощью средств механизации, то это есть полуавтоматическая рабочая машина. Полуавтоматом называется машина, работающая с автоматическим циклом, для повторения которого требуется вмешательство рабочего. Такими неавтоматизируемыми операциями являются чаще всего загрузка заготовок и съем обработанных изделий, реже — ориентация изделий и их зажим.

К полуавтоматам относятся зуборезные станки (зубодолбежные, зубофрезерные, зубострогальные). В них рабочий производит вручную загрузку и закрепление заготовок в шпинделе, после чего нажатием кнопки включает автоматический цикл.

Инструменты подходят к изделию и производят полный цикл нарезания всех зубьев при соответствующей координации всех рабочих движений; после обработки инструменты и механизмы отводят в исходное положение и станок самовыключается. При этом снимают готовую шестерню, закрепляют новую заготовку и цикл повторяется.

Одним из важнейших определяющих признаков современных автоматов и полуавтоматов является тип системы управления, которая реализует заданную программу работы, координирует работу всех механизмов и устройств машины в течение рабочего цикла и выполняет ряд дополнительных функций.

Исторически первыми развитыми были системы управления на механической основе, где программоносителем является распределительный вал с кулачками, число которых соответствует количеству управляемых механизмов. Профиль каждого кулачка обеспечивает нужную скорость, фазу перемещений управляемого механизма; жесткое крепление кулачков на едином валу обеспечивает взаимную координацию действий рабочих органов.

Потребность в автоматизации обработки изделий со сложной конфигурацией (плоских и объемных) вызвала появление копировальных систем управления, в которых программоносителями являются уже не кулачки, а копиры, профиль которых полностью соответствует профилю обрабатываемых изделий. Наибольшее распространение в настоящее время получили следящие копировальные системы (электрокопировальные, гидрокопировальные, фотокопировальные).

Во многих автоматах и полуавтоматах, а также автоматических линиях, особенно с гидравлическим и пневматическим приводами подачи целевых механизмов, применяется система управления, где программоносителями являются упоры, расстановка которых определяет величину перемещений рабочих органов, переключение на различные режимы работы и т.д. Передача и преобразование сигналов, поступающих от упоров, производится электрическим путем, через электросхему управления станком или линией. В последнее время появляется тенденция передачи этих функций непосредственно ЭВМ; при этом упоры остаются лишь как путевые датчики, сигнализирующие о выполнении тех или иных рабочих или холостых перемещений.

Технически наиболее современными являются системы программного управления, в которых программа работы автомата задается как система цифр, которые кодируются на магнитной ленте, перфоленте, а также может задаваться непосредственно на панели управления. Такие системы обладают высокой мобильностью и рядом других преимуществ; на их базе создаются автоматы самого различного назначения.

Принципы программного управления, отработанные применительно к отдельным полуавтоматам и автоматам, все шире начинают применяться и при создании автоматических систем машин — автоматических линий, участков, цехов.

Автоматическая линия. Автоматической линией называется автоматически действующая система машин, расположенных в технологической последовательности и объединенных общими средствами транспортировки, управления, накопления заделов, удаления отходов и др.

Автоматическая

линия

Автоматы, встроенные Межстаночные механизмы Механизмы

в автоматическую линию холостых ходов управления

Рис. 23. Структурная схема механизмов автоматической линии

На рис. 23 представлена схема классификации механизмов автоматической линии, которая характеризуется общностью структуры автомата и автоматической линии как более совершенной рабочей машины, с более развитым исполнительным механизмом. Отдельные автоматы, встроенные в линию, являются конструктивными элементами, выполняющими рабочие ходы, необходимые для выполнения технологических процессов обработки, контроля, сборки, т.е. выполняют те же функции, что и механизмы рабочих ходов в отдельном автомате. Холостые ходы в линиях выполняются механизмами межстаночной транспортировки, изменения ориентации, накопления заделов, удаления отходов и т.д. Система управления линии также выполняет более сложные функции, чем в отдельном автомате, — не только координацию работы отдельных машин, механизмов и устройств при выполнении рабочего цикла линии, но и взаимной блокировки, отыскания неисправностей, сигнализации и т.д.

Автоматический цех. Автоматическим называется цех, в котором основные производственные процессы осуществляются на автоматических линиях. Приведенная на рис. 24. классификация механизмов и систем автоматического цеха показывает, что он является дальнейшей, более высокой, ступенью развития рабочей машины, в которой элементами, выполняющими рабочие ходы, являются уже отдельные автоматические линии. Функции механизмов холостых ходов выполняют системы межлинейной, межучастковой и межстаночной транспортировки заготовок, обработанных изделий и собранных узлов, системы автоматического складирования. Функции управления автоматическим цехом осуществляются уже посредством автоматических систем управления производством на базе вычислительной техники.

Рис. 24. Структурная схема механизмов и систем автоматического цеха

Создание и внедрение автоматических цехов создают предпосылки перехода к высшей форме рабочей машины — автоматическому заводу с комплексной автоматизацией всех производственных процессов выпуска самой сложной машиностроительной продукции.