Автоматизация производственных процессов - Корсаков В.С.

Автор: Корсаков В.С.
Теги: организация производственного процесса производственное планирование управление качеством системы управления учебник для вузов автоматизация производства управление производством
Год: 1978
Похожие
Технология автоматизированного машиностроения
Технологические основы поточно автоматизированного производства
Проектирование машиностроительного производства
Архитектурное проектирование промышленных зданий
Текст
                    В. С. Корсаков
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ
. '“X Jr
1 . / JC 
В. С. Корсаков
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ
ДОПУЩЕНО МИНИСТЕРСТВОМ
ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ СССР
В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНИКА
ДЛЯ СТУДЕНТОВ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ
ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1978
6Ф6.5
К69
УДК 658.52.56(075.8)
Рецензенты: проф. М. П. Новиков;
кафедра Ленинградского
ческого института.
политехни-
Корсаков В.С.
К69 Автоматизация производственных процес-
сов. Учебник для вузов. М., «Высш, школа»,
1978.
295 с. с ил.
В книге изложены понятия и положения данного курса при-
менительно к области механосборочного производства; рассмот-
рены технологические основы автоматизации этого производст-
ва; освещены вопросы технологического обеспечения качества
изделий в условиях автоматизации, проектирования технологи-
ческих процессов механической обработки и сборки, экономики
автоматизированного производства, технологичности конструк-
ций изделий и рационального выбора заготовок деталей машин
в условиях автоматизации. Предназначается для студентов ма-
шиностроительных специальностей, может быть полезна инже-
нерам, работающим в этой области.
„ 31202—003
К 001(01)—78 89—78
6Ф6.5
(Б) Издательство «Высшая школа», 1S78.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В материалах XXV съезда КПСС записано: «Обеспе-
чить дальнейшее развитие машиностроения — основы технического
перевооружения всех отраслей народного хозяйства... Продолжать
работы по созданию законченных систем машин и приборов, по-
зволяющих комплексно механизировать и автоматизировать весь
технологический цикл — от поступления сырья до отгрузки гото-
вой продукции». Большое внимание уделяется увеличению выпу-
ска станков с числовым программным управлением, специальных
станков и автоматических линий, разработке и производству обо-
рудования для автоматизации сборки изделий в машиностроении,
производству манипуляторов с программным управлением, позво-
ляющих механизировать и автоматизировать физические и моно-
тонные работы и других средств автоматизации производственных
процессов. Там же записано: «Считать важнейшей задачей выс-
ших и средних специальных и профессионально-технических
учебных заведений дальнейшее повышение уровня подго-
товки и идейно-политического воспитания специалистов и ра-
бочих».
В учебнике отражены основные направления и перспективы
развития автоматизации в единичном, серийном и поточно-массо-
вом производстве. Основные положения курса иллюстрируются
примерами технологических и конструктивных решений вопросов
автоматизации механосборочного производства. Учебник содержит
расчетные и методические указания по проектированию техноло-
гических процессов автоматизированного производства.. В нем
даны рекомендации по выбору средств автоматизации и разработ-
ке технических заданий на их конструирование.
В отличие от ранее изданных данный учебник при одинаковой
структуре излагаемых материалов содержит более подррбную
трактовку' вопросов построения технологических процессов при
автоматизации механосборочного производства, но 'меньше сведе-
ний по конструированию различных исполнительных устройств
и описанию принципов их работы; большее место отводится тех-
нологическим основам автоматизации механосборочного производ-
ства в машиностроении; более подробно отражены вопросы эконо-
мики и технологичности конструкций изделий автоматизированно-
го производства, технологического обеспечения заданного качества
и трчности изделий, специфика проектирования технологических
процессов, значительное внимание уделено комплексному подходу
к проектированию технологических процессов в условиях автома-
тизации с учетом взаимосвязи процессов получения заготовок,
. 3
механической обработки, сборки и контроля изделий на всех эта-
пах производства.
Курсу «Автоматизация производственных процессов» должен
предшествовать курс «Основы автоматики» и хорошая технологи-
ческая подготовка студента, осуществляемая проработкой цикла
дисциплин "по профилю специальности 0501, прохождением учеб-
ных мастерских, технологической практикой и выполнением кур-
сорого технологического проекта.
Эти курсы являются необходимой базой для изложения мате-
риалов курса «Автоматизация производственных процессов». Дан-
ный курс сопровождается лабораторными работами, эксперимен-
тально подтверждающими его основные положения.
Предлагаемый учебник предназначен для студентов машино-
строительных и политехнических вузов, может быть использован
при выполнении студентами курсового технологического и дип-
ломного проектов.
В учебнике отражен многолетний опыт преподавания в МВТУ
им. Н. Э. Баумана технологических дисциплин и дисциплины по
автоматизации производства, использованы достижения отечест-
венной науки и техники.
Автор выражает благодарность проф. М. П. Новикову и кафед-
ре Ленинградского политехнического института, возглавляемой
проф. Б. А. Скраганом, за ценные пожелания и советы по улуч-
шению содержания книги и будет признателен читателям, кото-
рые направят свои замечания по адресу: Москва К-51, Неглин-
ная ул., 29/14, издательство «Высшая школа».
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение — важнейшая отрасль промышлен-
ности. Рост и совершенствование производства различной продук-
ции в нашей стране непосредственно обеспечиваются развитием
машиностроения, так как его продукция — машины различного
назначения — поставляются всем отраслям промышленности.
В СССР создана мощная машиностроительная промышленность.
Ее непрерывный рост обусловил достижение высокого уровня ря-
да производств в нашей стране.
Советскими технологами-машиностроителями выполнена боль-
шая работа по совершенствованию производства машин самого
различного назначения, а советскими учеными внесен значитель-
ный вклад в формирование технологической науки. В настоящее
время перед технологами-машиностроителями стоят задачи даль-
нейшего повышения качества машин; снижения трудоемкости,
себестоимости и материалоемкости их изготовления, внедрение
поточных методов работы, механизации и автоматизации произ-
водства и сокращения сроков подготовки производства новых
машин.
Партия и правительство на всех, этапах индустриализации
и социалистического, строительства уделяли особое внимание раз-
витию отечественного машиностроения, темпы роста которого
всегда были выше темпов роста промышленности в целом. Авто-
матизация производственных процессов — основная тенденция
развития материально-технической базы производства и важный
этап научно-технической революции. В условиях развивающегося
социалистического общества автоматизация является, средством
повышения эффективности общественного производства и, как
следствие этого, повышения материального и культурного уровня
народа. Использование преимуществ социалистического хозяйства
обеспечивает дальнейшее развитие автоматизации производства.
Автоматизация способствует интенсификации технологических
процессов и снижению себестоимости изготовления изделий в ма-
шиностроении. Автоматизация производства возможна только на
основе широкого использования новейших достижений науки
и техники, на основе применения прогрессивной технологии и ис-
пользования передового производственного опыта.
Решение поставленной партией задачи повышения экономиче-
ских показателей производства зависит от создания оборудования
для выполнения принципиально новых и высокоэффективных тех-
нологических процессов получения заготовок, механической обра-
ботки и сборки. К ним можно отнести поперечную и винтовую
5
прокатку, взрывную и магнитную штамповку, гидроэкструзию,
лазерную и электронно-лучевую сварку, электрофизическую
и электрохимическую обработку и другие легкоавтоматизируемые
процессы.
По сравнению с обычным автоматизированное производство
характеризуется более высоким технологическим, техническим
и организационным уровнем. В каждом отдельном случае особое
внимание обращается на его экономическую эффективность и со-
кращение сроков внедрения автоматизации. Это особенно важно
теперь, с развитием научно-технической революции, когда сроки
замены устарелых изделий заметно сокращаются. Если с 1966 по
1970 г. в среднем ежегодно осваивалось 1700 новых видов про-
дукции, то с 1971 по 1974 г,—около 3600. Если в восьмой пяти-
летке ежегодно снималось с производства 500 видов продукции,
то с 1971 по 1973 г.— 1900, а в 1974 г.— около 1800. В 1974 г. был
сделан заметный сдвиг в улучшении качества продукции. Так, на
1 января 1975 г. Государственный Знак качества имели 23,2 тыс.
изделий, из них 13,2 тыс. этот знак был присвоен в 1974 г.
Важнейшие условия дальнейшей автоматизации производ-
ства— повышение серийности выпуска продукции и непрерыв-
ности процесса ее изготовления. Первое обеспечивается унифика-
цией, нормализацией и стандартизацией изделий; второе — ис-
пользованием соответствующих технологических методов и про-
цессов. Не менее важно обеспечить выпуск высококачественного’
автоматического оборудования и средств автоматизации специ-
ального и переналаживаемого типа в количествах, необходимых
для дальнейшего развития всех отраслей промышленности и на-
родного хозяйства.
Проблема автоматизации производства выдвигает также соци-
ально-экономические вопросы. Если в капиталистическом обще-
стве автоматизация производства — средство получения макси-
мальной прибыли и орудие борьбы с конкурентами, то в условиях
социализма' она служит интересам всего общества, являясь сред-
ством облегчения и оздоровления условий труда и повышения его
производительности. Автоматизация в корне меняет условия рабо-
ты в промышленности и устраняет противоречия между умствен-
ным и физическим трудом. Без автоматизации производства
невозможно создание материально-технической базы коммунисти-
ческого общества.
Проектирование и внедрение автоматизированных технологи-
ческих процессов требует внимательного изучения накопленного
опыта, критической оценки мировых достижений при использова-
нии их в работе с учетом экономики и конкретных условий произ-
водства различных стран. В' СССР и в странах социалистической
интеграции планомерно осуществляется унификация и стандарти-
зация изделий машиностроения, развивается специализация их
производства. Это создает предпосылки широкой кооперации
и комплексной автоматизации производства в международных
масштабах.
4
Автоматизация — высшая ступень развития современного про-
изводства. Она возможна на базе обобщения и использования
больших накопленных научных и технических знаний и передо-
вого производственного опыта. Проектирование технологических
процессов и средств производства в условиях автоматизации тре-
бует глубоких обоснований и знания закономерностей протекания
технологических процессов. Лишь на базе этих закономерностей
можно решать задачу автоматизации производства. В каждом
конкретном случае принятый вариант автоматизации должен под-
тверждаться точными технологическими и экономическими расче-
тами. Неправильные технологические и конструктивные решения
и просчеты в выборе варианта увеличивают издержки производ-
ства и удлиняют сроки его подготовки.
Создание непрерывных производств с их полной или частичной
автоматизацией обусловливает включение в потоки механической
обработки и сборки разнородных технологических процессов
(литья, обработки давлением, термической обработки и др.). Это
определяет комплексность данной дисциплины и тесную связь
различных технологических областей. Нельзя также решать зада-
чи автоматизации без учета организации и экономики производ-
ства.
За последние годы значительно возросли темпы оснащения
машиностроения и металлообработки прогрессивными техниче-
скими средствами и средствами автоматизации. Так, например,
количество комплексно-механизированных, автоматизируемых,
и комплексно-автоматизируемых предприятий в 1965 г. составля-
ло 53, а в 1973 г.— 134, количество комплексно-механизированных
и автоматизированных цехов соответственно было 3241 и 10 501.
Количество механизированных и поточных линий составляло на
эти годы 9862 и 26 526, а автоматических линий — 2965 и 6136.
Еще более интенсивно процесс переоснащения производства будет
происходить в десятом пятилетии.
В производствах непрерывного типа должна предусматривать-
ся комплексная автоматизация с централизованным управлением
технологических процессов с помощью электронно-вычислитель-
ных машин (ЭВМ). В серийных производствах будет осуществ-
ляться переход к числовому программному управлению (ЧПУ)
и самонастраивающимся системам управления отдельными агре-
гатами и линиями на первом этапе, к централизованному управ-
лению от ЭВМ с автоматической оптимизацией управления и конт-
роля качества продукции на следующем этапе. В этих .системах
широкое применение получит оборудование с ЧПУ.
Как прикладная научная дисциплина автоматизация произ-
водственных процессов имеет большое значение в подготовке спе-
циалистов для машиностроительной промышленности. Она воору-
жает их знаниями, необходимыми для повседневной и творческой
деятельности по разработке прогрессивной технологии и созданию
конструкций машин, позволяющих применить при их производ-
стве высокопроизводительные методы и средства автоматизации.
7
Данная научная дисциплина возникла в СССР в двадцатых
годах в связи с быстрым ростом отечественного машиностроения.
Ее развитию способствовал широкий круг советских ученых,
инженеров и новаторов производства. Возникновение ее базиро-
валось на трудах русских ученых П. Л. Чебышева, И. А. Вышне-
градского, А. М. Ляпунова, И. А. Тиме, А. П. Гавриленко и совет-
ских ученых-технологов А- П. Соколовского, В. М. Кована,
А. И. Каширина, М. Е. Егорова, Э. А. Сателя, А. А. .Маталина,
М. П. Новикова, Б. С. Балакшина и др. Дальнейшее формирова-
ние и развитие этого предмета отражено в трудах И. И. Артобо-
левского, Н. Г. Бруевича, В. И. Дикушина, Ф. С. Демьянюка,
А. П. Владзиевского, Л. Н. Кошкина, В. Ф. Прейса, А. Н. Раби-
новича, Г,- А. Шаумяна, Ю. Б. Эрпшера, А. Б. Яхина и других
советских ученых.
В основах данной дисциплины используются теоретические
и прикладные науки; их положения используются для решения
общих и конкретных технологических задач.
Глава 1. Общие вопросы автоматизации
производственных процессов
§ 1.1. РАЗВИТИЕ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
АВТОМАТИЗАЦИИ МЕХАНОСБОРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Развитие автоматизации механосборочного производ-
ства в машиностроении началось^ СССР в годы первой пятилет-
ки. Первые работы проводились в станкостроении. В эксперимен-
тальном научно-исследовательском институте металлорежущих
станков (ЭНИМС) в 1933 г. были начаты работы по созданию
агрегатных станков, в 1935 г. был разработан технический проект
автоматической линии для обработки блока цилиндров автомо-
бильного двигателя для Горьковского завода, в 1939 г. на Ста-
линградском тракторном заводе была пущена автоматическая
линия обработки поддерживающего ролика гусеницы, созданная
И. П. Иночкиным. Большие работы по автоматизации проводи-
лись на 1-м государственном подшипниковом заводе (ГПЗ), в ав-
тотракторной промышленности и на ряде других заводов массо-
вого производства, но наибольший размах получили работы
в послевоенные годы. Было спроектировано, изготовлено и сдано
в эксплуатацию большое количество агрегатных станков, полу-
автоматов, автоматов и автоматических линий (линия обработки
валов электродвигателей, линии для обработки колец подшипни-
ков качения, линии для обработки деталей автомобильных двига-
телей и др.). Значительное внимание стало уделяться комплексной
автоматизации производства: в 1950 г. был построен полностью
автоматизированный завод . для изготовления поршней автомо-
бильных двигателей; в 1958 г. научно-исследовательским институ-
том тракторного и сельскохозяйственного машиностроения
(НИИтракторсельхозмаш) создан цех для изготовления втулочно-
роликовых цепей (все работы по изготовлению цепей, включая
контроль и сборку производились автоматически). Большое раз-
витие в отдельных отраслях промышленности получили автомати-
ческие роторные линии. За последние 20 лет большое внимание
уделялось автоматизации серийного производства путем создания
многономенклатурных и переналаживаемых поточно-автоматизи-
рованных и автоматических линий механической обработки
и сборки.	'
По своей трудоемкости механосборочное производство являет-
ся основным в общем цикле производства машин. Его трудоем-
кость по сравнению со всей трудоемкостью изготовления изделий
машиностроения составляет 80-j-90%. С развитием технологии
9
машиностроительного производства и его автоматизацией проис-
ходят изменения структуры трудоемкости производимых машин.
На рис. 1.1 показан общий характер изменения трудоемкости Т
основных этапов производства машин во времени t для условий
крупносерийного и массового производства (данные относятся
к условным объектам производства средней, неизменяемой во
времени, конструктивной сложйости). На рис. 1.1, а показан ха-
рактер Изменения трудо-
емкости Т механической
обработки, кривая 1 от-
ражает тенденцию сни-
жения трудоемкости
предварительной обра-
ботки в результате по-
вышения точности вы-
полнения заготовок;
кривая 2 — увеличения
трудоемкости отделоч-
ной обработки в резуль-
тате непрерывного по-
вышения точности изго-
товления машин, суммар-
ная кривая 3 — измене-
ние трудоемкости всей
механической обработ-
ки. На рис. 1.1,6 пред-
ставлен характер из-
менения трудоемкости заготовительных процессов; увеличение
трудоемкости изготовления заготовок обусловлено повышением
точности и приближением их конфигурации к конфигурации гото-
вой детали. На рис. 1.1, в иллюстрируется постепенное снижение
трудоемкости сборки в результате сокращения пригоночных работ
и увеличения сопряжений, осуществляемых по принципу полной
взаимозаменяемости. Последнее достигается повышением точ-
ности механической обработки. ' Схема, представленная, на
рис. 1.1,а характеризует изменение относительной трудоемкости
заготовительных  процессов Т i (зона I), механической обработ-
ки Тц (зона II) и сборки Гш (зона III). Из схемы видно, что
относительная трудоемкость заготовительных процессов во вре-
мени t растет, механической обработки уменьшается, а сборки
несколько увеличивается, что объясняется замедленными темпа-
ми снижения абсолютной трудоемкости сборочных процессов
сравнительно с механической обработкой. Из приведенных дан-
ных, видно, что по своему удельному весу механосборочное про-
изводство— доминирующее. Это сохранится в машиностроении
и на ближайшее будущее.
Сравнительно высокий уровень механизации и автоматизации
производства достигнут в области механической обработки дета-
ю
лей. Он обеспечивается наличием многочисленного парка техно-
логического оборудования и большим накопленным'опытом про-
изводства. В настоящее время в машиностроении используется
большое количество серийно выпускаемых металлорежущих стан-
ков высокой производительности разного целевого назначения
(агрегатные станки, полуавтоматы, автоматы, станки с программ-
ным управлением), а также автоматических станочных линий.
Выпуск этого оборудования непрерывно возрастает, что обеспечи-
вает дальнейшее сокращение трудоемкости механической обра-
ботки и ее автоматизацию. Развивается новый тип оборудова-
ния— станки и линии, управляемые от ЭВМ. Уровень автомати-
зации механической обработки на заводах массового производства
в ряде случаев приближается к 100%.
В области сборочного производства уровень механизации
и автоматизации.еще сравнительно низок. Количество операций,
на которых используются средства механизации сборки, составля-
ет в среднем около 30%, а средства автоматизации около 5%.
С увеличением объема производства количество рабочих в сбо-
рочных цехах растет быстрее, чем в механических.
Причина отставания автоматизации сборочных работ — в труд-
ностях технологического, конструктивного и организационного
характера. Промышленность пока не выпускает оборудование для
автоматической сборки и его приходится в каждом конкретном
случае конструировать и изготовлять индивидуальным порядком.
Это удорожает и удлиняет подготовку производства, а при малой
программе выпуска изделий часто не снижает себестоимости
изготовления продукции.
Одна из ближайших задач — развитие автоматизации сбороч-
ных работ. Она связана с необходимостью разработки научных
основ проектирования технологических процессов автоматической
сборки и создания научных основ конструирования сборочного
оборудования. Эта работа должна вестись на базе аналитических
и экспериментальных исследований с учетом накопленного в про-
мышленности опыта. Весьма важным является автоматизация
серийного производства, в области которого выпускается около
70% всей продукции машиностроения, автоматизаций мелкосе-
рийного и единичного производства.
Чрезвычайно актуальна и своевременна задача разработки
и дальнейшего формирования научных и методических основ про-
ектирования технологических процессов для автоматизированного
производства, составления соответствующих нормативов и руко-
водящих материалов.
§ 1.2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА,
ОБЕСПЕЧИВАЕМЫЕ АВТОМАТИЗАЦИЕЙ ПРОИЗВОДСТВА
Автоматизация производства — средство повышения произво-
дительности общественного труда и снижения себестоимости
изготовления продукции, улучшения ее качества, высвобождения
11
большого количества рабочих, сокращения производственных
площадей и коренного улучшения условий труда.
Повышения производительности общественного труда достига-
ют снижением суммарных трудозатрат на используемые средства
производства (это прошлый или овеществленный труд) и на изго-
товление заданной продукции (живой труд). Цель автоматизации
производства — получить минимум затрат живого и овеществлен-
ного (прошлого) труда, заложенного в средствах производства.
На рис: 1.2, а дана структура трудозатрат на изготовление задан-
Рис. 1.2
ного количества изделий в обычном (вверху) и автоматизирован-
ном (внизу) производствах. Величины и Т i — трудозатраты на
изготовление средств производства, включая проектно-конструк-
торские работы, а Т2 и Т2— трудозатраты на изготовление задан-
ной продукции. Все величины даны в едином сопоставимом мас-
штабе, характеризующем затраты простого труда. Из рисунка
видно, что рост производительности общественного труда с пере-
ходом к автоматизированному производству обеспечивается при
условии, что Ti + T2<Ti + T2. При уменьшении программы выпу-
ска изделий в k раз трудозатраты Т2 и Т2 пропорционально со-
кращаются до величин T^k и T2/k (показано пунктиром). В этом
случае приведенное условие не выполняется и экономия общест-
венного труда при переходе к автоматизированному производству
12
не обеспечивается. Наоборот, с увеличением программы выпуска
изделий экономия общественного труда и эффективность, автома-
тизации увеличиваются. На рис. 1.2, б показан график изменения
количества общественного труда Т в зависимости от программы
выпуска изделия п. Линия А характеризует зависимость для
автоматизированного производства, а линия В — для простого.
Пересечение обеих линий (точка по) дает ту величину программы
выпуска изделий, при которой оба производства равноценны по
затратам общественного труда, т. е. Л + f2=7\+Мо. Отсюда
«о = (Л'-ЛЖ-П,	(1.1)
где t2 и t2 — трудоемкости изготовления одного изделия в про-
стом и автоматизированном производствах.
Пример: Определить целесообразность автоматизации, если Tj = lOOO ч,
ч Т1=200 ч, <2=0,03 ч, /2=0,01 ч, программа выпуска изделий «=50000 шт. По
(1.1) находим Ло=(1ООО—200)/(0,03—0,01) =40 000 шт. Так как п>«о, то авто-
матизация данной операции по затратам общественного труда целесообразна.
Рассмотренный случай относится к условиям массового про-
изводства, когда каждая выполняемая операция закреплена за
отдельным рабочим местом.
Если по условиям загрузки автоматическое оборудование,
обладая свойством быстрой перенала)киваемости, используется
для изготовления изделий нескольких наименований (серийное
производство), то эффективность автоматизации производства
изделия одного наименования возрастает по сравнению с выше
рассмотренным случаем. Это обусловлено тем, что величины Т\
и Т\ теперь уменьшаются до значений Т\а и Т[ а, где а<1, при-
чем уменьшается Т i на большую величину, чем Т\. На рис. 1.2, в
изображена структура трудоемкости для данного случая. На
рис. 1.2, а линии А и В соответственно сместятся вниз, а точка их
пересечения п0 сдвинется влево. Для данного случая
(1.1) примет следующий вид:
ЭЙ
рормула

(1.2)
Из изложенного видно, что сопоставлять технологические ва-
рианты следует не путем сравнения живого труда, а путем сравне-
ния сумм живого и прошлого труда. Уменьшение затрат живого
труда при автоматизации производства происходит в несколько
раз (в некоторых случаях в несколько десятков раз). Сумма за-
трат живого и прошлого труда так сильно не уменьшается. Ее
уменьшение зависит от программы выпуска изделий.
Эта обстоятельство следует учитывать при проектировании
технологических процессов и выборе средств автоматизации для
их осуществления. При учете выпуска производимой продукции
и выполнения плановых заданий производительность в реальных
13
производственных условиях оценивается по затратам живого тру-
да (трудоемкости технологического процесса, т. е. по сумме штуч-
ного времени на все выполняемые операции). Аналогично реша-
ется вопрос увеличения выпуска продукции на действующем
предприятии.
Значительное повышение производительности труда при авто-
матизации производства может быть получено лишь при корен-
ной перестройке технологического процесса, использовании новых
технологических методов и высокой' степени концентрации техно-
логических переходов и операций. Слепое копирование существу-
ющих технологических процессов в условиях автоматизации не
дает желаемого эффекта.
Снижения себестоимости изготовления производимой продук-
ции достигают сокращением всех издержек производства. В усло-
виях автоматизации эта задача — основная, но решение ее в от-
личие от обычных условий имеет свою специфику. На рис. 1.2, д
показана укрупненная структура себестоимости изготовления еди-
ницы изделия в обычном (вверху) и автоматизированном произ-
водстве (внизу). На этих схемах М и М' — расходы на материал,
L и L' — зарплата производственных рабочих, Z и Z' — цеховые
расходы, учитывающие все остальные издержки производства
(амортизация оборудования, энергия, зарплата вспомогательных
рабочих, инженерно-технических работников и др.). Из схем вид-
но, что при автоматизации производства снижаются себестои-
мость изготовления изделий и общие расходы на зарплату про-
изводственных рабочих (поскольку их число значительно умень-
шается); цеховые расходы снижаются мало, а в отдельных слу-
чаях могут и возрасти. Процент цеховых расходов к производ-
ственной зарплате увеличивается от 400 до 500 при обычном
и от 1000 и более при автоматизированном производстве. Расхо-
ды на материал при автоматизации производства уменьшаются
незначительно. Однако себестоимость выполнения заготовок для
автоматизированного производства несколько возрастет в связи
с повышением их точности.
 На рис. 1.2, е изображен характер изменения величин М' wL'
и основных составляющих величины Z' в зависимости от уровня
автоматизации а, под которым понимают отношение длительно-
сти обработки на автоматизированных операциях к общей дли-
тельности технологического процесса. Данный случай примените-
лен к условиям массового производства с постоянным выполне-
нием операций на отдельных рабочих местах с их достаточно
высокой загрузкой.
С повышением уровня автоматизации а усложняется и удо-
рожается применяемое технологическое и транспортное оборудо-
вание, а следовательно, растут амортизационные отчисления по
каждой единице оборудования на одну деталь. Учитывая, что
с ростом а изменяется и структура поточной линии в сторону
сокращения количества применяемого оборудования, общие
амортизационные отчисления А' на одну деталь могут расти не
14
интенсивно, а в некоторых случаях даже снижаться. Аналогичным
образом увеличиваются расходы на электроэнергию, сжатый воз-
дух и другие виды энергии Э', поскольку с ростом а растут уста-
новленные мощности средств автоматизации. Расходы на потреб-
ляемую энергию возрастают на 50% и более. Зарплата вспомо-
гательных рабочих и инженерно-технических работников Ц рас-
тет в 1,5-7-2 раза, так как увеличивается их количество и квали-
фикация с усложнением средств производства. Количество налад-
чиков возрастает в 24-3 раза, ремонтных рабочих в 1,54-2 раза,
для обслуживания автоматических линий и сложных автомати-
ческих комплексов часто используются инженеры. Увеличиваются
расходы на более сложные и дорогие инструменты и технологи-
ческую оснастку. Амортизационные отчисления и расходы на
содержание и ремонт зданий и сооружений, однако, несколько
снижается, так как при автоматизации производства уменьшают-
ся потребные производственные площади. Суммарная кривая С
характеризует изменение себестоимости изготовления одной дета-
ли в зависимости от уровня автоматизации.
Себестоимость изготовления единицы производимой на имею-
щемся автоматическом оборудовании продукции зависит от про-
граммы выпуска:' увеличивая программу при имеющейся недо-
грузке оборудования, можно снизить себестоимость изготовления
единицы продукции. Это снижение будет интенсивнее в автомати-
зированном производстве, чем в обычном, что обусловлено боль-
шим влиянием амортизационных отчислений.
Для снижения себестоимости изготовления продукции следует
по возможности полнее использовать автоматическое оборудова-
ние, принимая плановый * коэффициент его загрузки не ниже 0,9
для отдельных станков. При использовании сложных технологи-
ческих комплексов (автоматические линии) минимальное значе-
ние этого коэффициента допускают часто 0,74-0,8 для резервов
на устранение отказов и неполадок в работе оборудования.
В условиях автоматизации большое влияние на себестоимость
изготовления изделий оказывают расходы на приобретение и со-
держание технологического оборудования. Первые этапы разви-
тия автоматизации производства были связаны с большими из-
держками на индивидуальное проектирование и изготовление
средств автоматизации. Это приводило к тому, что снижение себе-
стоимости изделий было сравнительно небольшим, а сроки оку-
паемости средств автоматизации значительными. По мере накоп-
ления опыта, нормализации средств автоматизации и организации
их централизованного изготовления себестоимость продукции сни-
жается более значительно и сроки окупаемости средств автома-
тизации сокращаются.
Автоматизация производства обеспечивает повышение качест-
ва производимой продукции и поддержание ее на заданном уров-
не, а также снижает брак изделий. Качество изделий повышают,
уменьшая или устраняя влияние субъективных факторов. Квали-
фикация обслуживающих рабочих в условиях автоматизации не
15
влияет на точность, шероховатость обработанных поверхностей
и другие параметры качества. Качество изделий, однако, зависит
от квалификации наладчиков. Брак изделий сокращается при
использовании средств активного контроля и блокировочных уст-
ройств, предупреждающих возникновение брака. Накопленный
опыт эксплуатации автоматического оборудования показывает,
что точность обработки на новом оборудовании сначала медленно
снижается, затем длительное время остается на постоянном уров-
не, а потом опять падает. Это обстоятельство побуждает повы-
 шать требования к новому оборудованию в целях стабильного
обеспечения заданного качества изделий. В отдельных случаях
необходимое качество изделий может быть обеспечено только
в условиях автоматизированного производства. Например, при
изготовлении электровакуумных приборов ручные операции обра-
ботки и сборки часто не допустимы из-за возможности наруше-
ния вакуумной гигиены.
Автоматизация производства освобождает значительное коли-
чество обслуживающих рабочих (нередко в несколько десятков
раз) при использовании автоматического и полуавтоматического
оборудования (за счет многостаночного обслуживания). С разви-
тием автоматизации темп сокращения обслуживающего персона-
ла, однако, постепенно снижается. Это обусловлено тем, что,
несмотря на продолжающееся сокращение обслуживающих рабо-
чих, усложнение средств автоматизации .приводит к некоторому
увеличению количества наладчиков и ремонтных рабочих.
Автоматизация освобождает производственные Площади в ре-
зультате .более концентрированного построения технологических
процессов, когда на станках и агрегатах параллельно выполняет-
ся большое количество. переходов (уменьшается потребное коли-
чество станков). Многие станки-автоматы, несмотря на крупные
габариты, заменяют большое количество обычных станков, а это
тоже экономит площади. При малых габаритах собираемых изде-
лий удается расположить технологическое сборочное оборудова-
ние более компактно. При обычном производстве расстояние меж-
ду рабочими местами не может быть меньше определенной вели-
"чины, определяемой удобством выполнения операций вручную.
В условиях автоматизации это расстояние может быть сокраще-
но. Так, при ручной сборке малогабаритных изделий оно состав-
ляет один метр, при сборке того же изделия на автоматической
линии расстояние между сборочными позициями уменьшается
до 300 мм.
Автоматизация облегчает условия труда и снижает производ-
ственный травматизм: рабочие не выполняют профессионально
вредных операций (работа в запыленной зоне, в зоне с выделе-
нием вредных газов и паров, с воздействием вибраций, при повы-
шенной температуре и др.), операций,
изически тяжелых,
свя-
занных с большой тратой мускульной энергии и однообразных
и монотонных по своему характеру (визуальный контроль одно-
родных мелких изделий по внешнему виду, вызывающий утом-
16
ление органов зрения), т. е. человек полностью устраняется от
соприкосновения с опасной зоной.
Автоматизация способствует устранению коренного различия
между трудом физическим и умственным. Автоматизация способ-
ствует повышению квалификации обслуживающего персонала:
уровень технических знаний наладчиков и мастеров должен быть
значительно выше, а в ряде случаев приближается к уровню зна-
ний специалиста с высшим образованием.
§ 1.3. ЭТАПЫ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВА .
Развитие процессов автоматизации производства на многих
действующих и реконструируемых заводах проходит следующие
четыре стадии: частичная и комплексная механизация, частичная
и комплексная автоматизация. Такая последовательность хотя
и кажется логичной с точки зрения постепенного накопления опы-
та, однако, не является обязательной во всех случаях. На ряде
заводов при использовании опыта передовых предприятий сразу
осуществляется комплексная автоматизация без прохождения
перечисленных предварительных стадий. В то же время на дру-
гих участках этих же заводов проводятся мероприятия по частич-
ной и комплексной механизации производства. Частичная меха-
низация проводится многими7 заводами и обычно не связана
с большими затратами.
При ней рабочий освобождается от одного или нескольких
приемов, связанных с выполнением данной операции. Например,
применяя на сборке изделий пневматическое зажимное устрой-
ство, можно освободить сборщика от необходимости ручного за-
крепления детали, что повышает производительность его труда.
При комплексной механизации внедряют системы механизи-
рованных устройств или машин, обеспечивающих выполнение
основных и вспомогательных работ (транспортировку, установку
и снятие со станков тяжелых заготовок). Применяя механизацию
производственных процессов, стремятся облегчить выполнение
профессионально вредных, тяжелых, однообразных и монотонных
работ.
Частичная автоматизация заключается в том, что наряду
с обычным оборудованием в цехах используют автоматы и полу-
автоматы. Автоматом называют рабочую машину (систему ма-
шин), при осуществлении технологического процесса на которой
все элементы рабочего цикла (рабочие и холостые ходы) выпол-
няются автоматически. Повторение цикла осуществляется без
участия человека. В простейших автоматах человек осуществляет
наладку автомата и контроль за его работой. В более совершен-
ных системах автоматически контролируется количество и к че-
ство изделий, регулируется и меняется инструмент подаются
исходные заготовки и материал, убирается стружка и др.
2 1273
17
Полуавтоматом называют рабочую машину, цикл работы кото-
рой в конце выполняемой операции автоматически прерывается.
Для возобновления цикла (пуск полуавтомата) необходимо вме-
шательство человека, который устанавливает и снимает заготов-
ки, пускает станок и контролирует его работу, меняет и регули-
рует инструмент.
Частичную автоматизацию осуществляют в первую очередь
для наиболее трудоемких, профессионально ' вредных, скоротеч-
ных, монотонных и однообразных операций, добиваясь полного
или частичного освобождения рабочих от их выполнения. Здесь
можно более широко организовать многостаночное обслуживание,
в результате чего освобождается значительное количество рабо-
чей силы.
Более эффективна полная (комплексная) автоматизация от-
дельных технологических процессов, когда система непрерывно
работающих автоматических машин функционирует как единый
взаимосвязанный комплекс.
Комплексная автоматизация — высшая форма автоматизации,
при которой из технологического и вспомогательного оборудова-
ния могут быть скомпонованы автоматические линии, цехи и за-
воды, где в едином потоке осуществляются процессы выполнения
заготовок, механической обработки, контроля, термической обра-
ботки, сборки, окраски, упаковки или консервации.
При комплексной автоматизации кроме ранее перечисленных
преимуществ, свойственных автоматизации вообще, обеспечивает-
ся возможность непрерывной работы в едином потоке. Отпадает
потребность в промежуточных складах, сокращаются производ-
ственные заделы и длительность цикла производства, упрощается
планирование производства и учет производимой продукции.
Здесь наиболее полно и эффективно сочетаются два принципа —
автоматизация и непрерывность производственного процесса.
Комплексная автоматизация производства — радикальное и реша-
ющее средство повышения производительности труда и качества
продукции, снижения ее себестоимости.
Ближайшая перспектива развития комплексной автоматиза-
ции— это более широкое использование автоматизированных
и автоматических систем управления сложными технологическими
процессами и производствами на основе электронных управляю-
щих вычислительных машин (АСУТП). К концу 1975 г. в про-
мышленности действовало 700 систем; они показали высокую
эффективность, а окупаемость их составляла в среднем 1,2 года.
Более отдаленная перспектива— это создание полностью автома-
тизированных предприятий, на которых ЭВМ будет использовать-
ся не только для группового и индивидуального управления тех-
нологическими комплексами, но и для конструирования изделий
и проектирования технологических процессов их изготовления.
Благодаря использованию автоматических манипуляторов с про-
граммным управлением (промышленных роботов) для обслужи-
18
вания самого различного оборудования на этих заводах количе-
ство обслуживающих рабочих может быть сокращено в несколь-
ко раз.
§ 1.4. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
В ПРОИЗВОДСТВАХ РАЗЛИЧНОГО ТИПА
Ранее существовало преобладающее мнение, что автоматиза-
ция целесообразна и возможна лишь в массовом производстве,
когда выпускается сравнительно большое количество однотипных
(стандартных) изделий и работа протекает непрерывным пото-
ком. Это обосновывалось тем, что большие материальные затраты
на сложное автоматическое оборудование и значительная продол-
жительность подготовки автоматизированного производства оправ-
дываются при большой программе и длительных сроках выпуска
продукции.
В настоящее время автоматизация чаще всего и в сравнитель-
но больших масштабах применяется в массовом производстве.
Условия ее применения стремятся расширить унификацией, нор-
мализацией и стандартизацией изделий, что приводит к увеличе-
нию количества и продолжительности их выпуска, Унификация
и нормализация изделий и их элементов — важный этап дальней-
шего развития автоматизации производства. Работа в этом на-
правлении проводится в СССР и за рубежом во все более широ-
ких масштабах и в самых различных областях промышленности.
При нормализации и стандартизации изделий создаются вы-
годные условия для внутри- и межотраслевой специализации
предприятий, что служит важной предпосылкой для дальнейшего
развития автоматизации.
От мероприятий по стандартизации изделий и соответствую-
щей специализации заводов в ГДР ожидается увеличение выпу-
ска продукции на 204-40%. Выпуск продукции автомобильным
концерном «Рено» во Франции за счет автоматизации производ-
ства с 1946 по 1950 г. возрос в 10 раз при увеличении основных
' средств только в два раза.
Если автоматизация производства проводится в государствен-
ном масштабе, то для этого не требуется больших дополнитель-
ных затрат. По данным западноевропейских фирм, автоматиче-
ская линия по сравнению с обычной поточной на 15% дороже. На
автомобильном заводе «Остин» (Англия) некоторые типовые
автоматические линии обошлись дешевле специального оборудо-
‘ вания.
Основа автоматизации в массовом производстве — строгая по-
точность технологических процессов. Отступление от принципа
поточности снижает ее эффективность.
Для автоматизации процесса массового производства целесо-
образно более широкое применение комплексного оборудования,
совмещающего механическую обработку с отдельными заготови-
19
тельными операциями, термической обработкой, сваркой, контро-
лем, сборкой и другими операциями вспомогательного характера.
Технологические процессы изготовления деталей должны строить-
ся комплексно, включая транспортные и складские операции.
Автоматизация в серийном производстве вполне возможна
и необходима, так как около 70% всей продукции в машинострое-
нии выпускается серийно. Несмотря на это, автоматизация серий-
ного производства развита значительно слабее, чем массового,
и носит в основном частичный характер. При относительно мень-
шей программе выпуска сроки окупаемости средств автоматиза-
ции нередко оказываются большими, чем предполагаемая дли-
тельность выпуска заданных изделий. В этих случаях автоматиза-
ция оказывается нерентабельной. При автоматизации серийного
производства целесообразно на основе типизации технологических
процессов создавать групповые участки и поточные линии из
быстропереналаживаемых одно- и многопозиционных станков.
Групповая обработка и сборка — это основа автоматизации се-
рийного производства.
При автоматизации отдельных операций задача решается
более ограниченно. Это не дает в конечном итоге того эффекта,
который можно получить при создании поточных групповых авто-
матических переналаживаемых линий, проектирование которых
связано с большой подготовительной работой организационного,
конструкторского и технологического характера.
В настоящее время большое внимание уделяется Проблеме
создания обычного и автоматического оборудования, собираемого
из нормализованных агрегатов, узлов и деталей, обладающих
свойством размерной и функциональной взаимозаменяемости. Это-
обеспечивает сокращение сроков проектирования и изготовления
станков и автоматических линий, снижает их стоимость, улучшает
условия ремонта и модернизации оборудования, а также упроща-
ет задачу его использования при изменении объекта производства.
Успешное решение задачи по созданию переналаживаемых
автоматических линий обычного типа и управляемых от ЭВМ
позволит в короткие сроки переключить машиностроительное про-
изводство на автоматическую работу. Эта задача решается сле-
дующими путями: 1) модернизацией имеющихся в промышлен-
ности .серийных станков и оснащением их автооператорами и'дру-
гими устройствами для полной автоматизации рабочего цикла,
а также созданием межстаночных автоматических транспортных
механизмов; 2) разработкой новых типов технологического обо-
рудования серийного производства, пригодных для встраивания
в автоматические линии; 3) постановкой на серийное производство
типовых автоматических линий для массового и серийного про-
изводства типовых деталей с определенным диапазоном их разме-
ров; 4) использование станков с программным управлением (ПУ).
Первый путь дает удовлетворительные результаты, обеспечи-
вая повышение производительности на 304-50%. Он позволяет
в относительно короткие сроки и при небольших затратах полу-
го
4ить средства автоматизации на базе имеющихся в наличии уни-
версальных станков. При использовании проверенных на практи-
ке проектных разработок по модернизации оборудования можно
избежать часто возникающих ошибок конструктивного и техноло-
гического характера. Этот путь осуществляется многими завода-
ми при наличии трудностей с получением типового и специаль-
ного автоматического оборудования. Второй и третий пути раз-
рабатываются с учётом принципа агрегатирования, при котором,
как указывалось выше, оборудование компонуют из нормализо-
ванных узлов. Это обеспечивает повышецйе производительности
в несколько раз. Станки с ПУ в серийном производстве применя-
ют как с индивидуальной управляющей программой, так и с про-
граммой, зафиксированной в памяти ЭВМ. (для группы станков
и автоматических переналаживаемых линий)j
Проблема автоматизации серийного производства в настоящее
время весьма актуальна. От ее успешного решения зависит уро-
вень автоматизации всей промышленности.
Автоматизация единичного и мелкосерийного производства
также представляет собой важную и нужную задачу. Большой
эффект может дать автоматизация выполнения сложных и трудо-
емких операций механической обработки, сборки, сварки, контро-
ля, термической обработки и других видов работ. В качестве
средств автоматизации здесь используются станки и установки
с ПУ. Особенно эффективна на этих станках обработка деталей
со сложно профилированными поверхностями, с большим числом
точно координированных отверстий и с большим количеством тех-
нологических переходов. При выполнении такой обработки на
станках с ПУ отпадает необходимость в предварительном изго-
товлении копиров, кондукторов и другой оснастки. Программу
работы станка записывают за короткое время на более компакт-
ных и удобных для использования программоносителях (магнит-
ная или перфорированная лента, перфокарты). Примером удач-
ного применения автоматизации в единичном производстве слу-
жат автоматическая сварка протяженных швов под слоем флюса,
электрошлаковая сварка крупных уникальных узлов в тяжелом
машиностроении, пайка, поверхностная закалка токами высокой
частоты или газовым пламенем.
Автоматизация в условиях единичного производства повышает
производительность труда (часто в несколько раз) и способствует
улучшению качества изделий. Она наиболее эффективна при
большой длительности и сложности технологических операций,
что характерно для тяжелого машиностроения.'
Развитие автоматизации неравномерно во времени. На рис. 1.3
показана схема развития средств автоматизации в текущем сто-
летии. Она составлена на основе обобщения прошлых этапов
и прогнозов на будущее. По оси абсцисс отложены годы, по оси
ординат — объем производства. Зона I — единичное и мелкосерий-
ное производство, зона II— крупносерийное и поточно-массовое.
Область 1 — обработка на универсальных станках; 2 — групповая
21
обработка, 3— обработка на станках с ПУ; 4 — использование
станков с ПУ комплексного типа (обрабатывающих центров),
5 — использование систем станков с ПУ, 6 — автоматизированные
производства с управлением от ЭВМ, 9 — обработка на автомати-
ческих линиях, 8 — поточно-массовое производство, 7 — централи-
зованное производство стандартных и нормализованных изделий.
§ 1.5. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Технологические процессы по характеру ориентации изделий
и по необходимости обеспечения строгой кинематической связи
движений заготовки и рабочего инструмента можно разбить на
два основных класса.
К первому классу относятся процессы, при осуществлении ко-
торых требуется обязательная ориентация изделий относительно
рабочего инструмента, а характер относительного движения заго-
товки и инструмента подчиняется строгой кинематической зави-
симости. К этому классу относится большая часть процессов меха-
нической обработки и сборки. Автоматизация этих процессов
наиболее сложна.
Ко второму классу относятся процессы, при выполнении кото-
рых не требуется ориентация заготовок, а рабочий инструмент
представляет собой активную обрабатывающую среду. К числу
таких процессов можно отнести термическую обработку, сушку,
мойку и окраску деталей простейших форм методом погружения,
очистку заготовок в галтовочных барабанах, травление в кислот-
ных ваннах. При выполнении этих процессов заготовки могут
занимать безразличное положение, соблюдение кинематической
связи движений не требуется и автоматизация процессов осуще-
ствляется более просто.
22
Существует и промежуточный класс процессов, когда заготов-
ки должны занимать определенное положение, а рабочий инстру-
мент представляет собой активную рабочую среду (окраска мето-
дом пульверизации, гальванопокрытия, напыление) или когда при
наличии рабочего инструмента исходный материал подается в ра-
бочую зону без ориентирующих движений (прессование заготовок
из пластмасс). Автоматизация этих процессов также не представ-
ляет больших затруднений.
С точки зрения непрерывности технологические процессы мож-
но разбить на три класса.
К первому классу относятся процессы, осуществляемые на
машинах дискретного действия. При выполнении каждой опера-
ции они периодически прерываются из-за необходимости выпол-
нения ряда вспомогательных движений и холостых ходов, уста-
новки и снятия обработанных заготовок (собранных узлов).
Ко второму классу относятся процессы, выполняемые на ма-
шинах непрерывного действия (бесцентровое шлифование на про-
ход гладких валиков, волочение проволоки, прокатка и некоторые
другие виды обработки). Процесс обработки в пределах данной
партии заготовок или данного количества материала не преры-
вается. Эти процессы характеризуются непрерывным движением
изделий при неподвижном положении рабочего инструмента.
К третьему классу относятся процессы, в которых обработку-
осуществляют при непрерывном движении и изделий, и инструмен-
та в одном транспортном потоке. Эти процессы обычно осуществ-
ляют на машинах роторного типа.
Первый класс процессов. Он осуществляется на автоматах
и полуавтоматах и характеризуется строгой цикличностью проте-
кания элементов выполняемой операции. Основные (технологиче-
ские) Движения связаны с выполнением процесса обработки
(сборки); вспомогательные движения (подвод и отвод инструмен-
тов, поворот инструментальных головок и столов, установка, за-
крепление, открепление и снятие заготовок) обеспечивают выпол-
нение основной работы. Время вспомогательных движений сводят
к минимуму, осуществляя их на повышенных скоростях или
совмещая эти движения (частично или полностью) с основной
работой.
Зная время рабочего цикла автомата или полуавтомата
Т (мин), определяем их производительность (шт/мин)
Q = 1/7’= 1/(/0 + ZB),	(1.3)
где t0 — основное время, т. е. время выполнения основных движе-
ний, связанных с осуществлением технологического процесса, мин;
tB — время выполнения вспомогательных движений, не связанных
непосредственно с выполнением технологического процесса, мин.
Время tB представляет собой цикловые потери; чем оно мень-
ше, тем выше производительность данного 'оборудования. Если
/в = 0 («идеальная» машина), то T=t0 и Q = l//0.
23
Технологическая производительность
оборудования
(шт/мин)
Qt'=? 1/(^о + tB + ta),	(1.4)
где /ц—внецикловые потери, учитывающие затраты времени на
смену и подналадку рабочего инструмента, регулирование стан-
ка, удаление стружки и др. Величину 1Ц относят ко времени одно-
го цикла.
Технологические процессы, осуществляемые на оборудовании
дискретного действия, в основном применяют при производстве
штучных изделий. Нештучную продукцию (порошкообразные
материалы) так же часто выпускают на оборудовании дискрет-
ного действия, изготовляя ее партиями в определенных дозах.
Повышение производительности машин дискретного действия
достигается: а) сокращением основного времени путем совмеще-
ния во времени .технологических переходов при многоместной
и многоинструментной обработке, повышения режимов работы
оборудования и другими мероприятиями технологического харак-
тера; б) сокращением времени вспомогательных движений за
счет рационального построения рабочего цикла, совмещения во
времени вспомогательных движений и вспомогательных движений
с основными, повышения их скорости; в) сокращением внецикло-
вых потерь работы оборудования в результате конструкторских,
технологических и организационных мероприятий (применение
быстросменных настраиваемых вне станка инструментальных
блоков, улучшение конструкции регулирующих устройств, улуч-
шение организации обслуживания рабочих мест).
На оборудовании дискретного действия обычно получают наи-
большую точность обработки. Это обусловлено его значительной
жесткостью и высокой геометрической точностью.
Второй класс процессов. Его осуществляют на оборудовании
непрерывного действия, которое характеризуется тем, что изде-
лия штучного или нештучного характера производятся непрерыв-
но. Технологический процесс протекает без периодической оста-
новки оборудования для установки и снятия обрабатываемых
заготовок (собираемых изделий). Производимая продукция схо-
дит'с оборудования непрерывным потоком. К непрерывным тех-
нологическим процессам относятся: волочение проволоки и прут-
ков круглого и специального профиля, используемых для изго-
товления деталей на автоматах; непрерывная прокатка специаль-
ного проката и поперечно-винтовая прокатка штучных заготовок
шаров и других деталей (достоинства этих методов — высокая
производительность, простота технологической схемы и отсутствие
отходов материала); Изготовление биметаллической ленты для
производства тонкостенных подшипниковых вкладышей, включа-
ющее в себя обезжиривание, травление, лужение, заливку анти-
фрикционного сплава на одну сторону ленты, предварительное
и чистовое фрезерование залитого слоя; непрерывная безоправоч-
ная навивка спиральных пружин на , специальных автоматах;
24
пескоструйная и дробеструйная обработка заготовок, располо-
женных на непрерывно движущемся конвейере, для очистки от
окалины и упрочнения.
В механических цехах в качестве непрерывных процессов обра-
ботки применяют конвейерное протягивание (рис. 1.4,а). Заго-
Рис. 1.4
товки 1, свободно закладываемые в приспособления-спутники 2,
образующие непрерывно движущуюся замкнутую цепь, проходят
под неподвижной протяжкой 3. На рис. 1.4,6 показан другой при-
мер непрерывной обработки — бесцентровое шлифование на проход
25
цилиндрических пальцев 1, подаваемых по лотку 2 в рабочую
зону между шлифующим 3 и ведущим 5 кругами. По лотку 4 они
передаются к другому станку. Несколько расположенных цепоч-
кой бесцентрово шлифовальных станков, работающих по рассмот-
ренной схеме, могут образовать простейшую непрерывно действу-
ющую автоматическую линию. На рис. 1.4, в дана схема непре-
рывного нарезания резьбы в гайках 1 кривым метчиком 2. Стрел-
кой А показана подача гаек на заборную часть метчика; по стрелке
Б происходит выбрасывание нарезанных гаек в процессе вра-
щения метчика. На рис. 1.4, г представлена схема непрерывной
узловой сборки. На уступы непрерывно движущихся по лотку
деталей 1 надевают с зазором шайбы 2. Последние, находясь в на-
клонном лотке 3, в дне которого выполнена продольная прорезь,
подаются до упора в пружинный отсекатель 4.
Примерами непрерывных процессов служат: мойка деталей на
конвейерной установке моечной машины, сушка деталей, окраска
на подвесном конвейере в электростатическом поле или в уста-
новках электрофореза, нагрев деталей в методической печи или
при прохождении ими индуктора токами высокой частоты, есте-
ственное или ускоренное (в струе воздуха) охлаждение после
термической обработки, охлаждение в хладоносителе перед сбор-
кой с тепловым воздействием, многие операции сборки и техни-
ческого контроля.
Для этого типа процессов (при штучных изделиях) произво-
дительность оборудования (шт/мин)
Q = Ъ’техДМ- /1),	(1-5)
где »тех—скорость технологического движения, м/мин; I — длина
изделия в направлении технологического движения (рис. 1.4, а), м;
/1 — расстояние между изделиями в том же направлении, м.
При /1 = 0 достигается наибольшая производительность про-
цесса обработки. Под скоростью технологического движения пони-
мают минутную продольную подачу при бесцентровом шлифова-
нии индивидуальных заготовок на проход, скорость резания при
конвейерном протягивании, скорость движения прутков или про-
волоки при волочении, скорость прокатки при обработке на про-
катных станках (рис. 1.4).
Данный класс технологических процессов характеризуется
высокой производительностью и возможностью сравнительно лег-
кой автоматизации. Его в основном применяют для массового
изготовления мелких и средних деталей. Здесь может быть
достигнута достаточно высокая точность. Например, при бесцент-
ровом шлифовании на проход при хорошем состоянии оборудова-
ния достигается точность обработки первого класса по диаметру.
Третий класс процессов. Его осуществляют на автоматическом
оборудовании роторного типа. Он характеризуется тем, что изде-
лия в процессе обработки (сборки) совершают непрерывное пере-
мещение (транспортирование) от загрузочной позиции к позиции
26
съема. В настоящее время имеется много разновидностей ротор-
ного оборудования от полуавтоматических станков и установок
до автоматических линий.
На рис. 1.4, д показана схема роторного станка для двусто-
роннего сверления отверстий в бобышках поршня 1. Заготовки
устанавливаются на позициях непрерывного вращающегося бара-
бана 2. С двух сторон от этого барабана соосно расположены
синхронно вращающиеся с барабаном инструментальные блоки 5.
Число инструментов в каждом блоке равно числу рабояих пози-
ций в барабане. В процессе вращения барабана заготовки в зо-
не А устанавливаются на его рабочие позиции, а в зоне Б они
автоматически снимаются и попадают в тару. В зоне В, охваты-
ваемой дугой а, происходит сверление отверстий. Быстрый под-
вод и.отвод инструментов в исходное положение происходит в зо-
нах углов ой и «2- Производительность роторного станка (шт/мин)
Q =	+ /J,	(1.6)
где цТр — скорость транспортирующего движения (окружная ско-
рость рабочего или транспортного роторов в м/мин берется по
линии расположения на них обрабатываемых изделий), м/мин;
I — длина изделия, м; li—расстояние между изделиями в на-
правлении транспортирующего движения, м.
Повышая скорость транспортирующего движения, можно уве-
личить производительность роторного оборудования. Эта скорость
не может быть установлена произвольно, она взаимосвязана со
скоростью рабочих (технологических) движений.
Из рис. 1.4, д видно, что время обработки t0 = LlsK, или
f0 = L7fTp, где L — путь перемещения сверла; sM —подача инстру-
мента в минуту; L' — длина дуги по зоне обработки В; отр— ско-
рость транспортирующего движения на радиусе R расположения
инструментов.
Приравнивая эти выражения и помня, что L' = aR, получим
-Утр = sMaR/L.	(1.7)
Точность данных процессов ниже процессов первого класса.
Это обусловлено тем, что технологический процесс выполняется
при непрерывном движении изделия (в этом случае на точность
влияют кинематические погрешности) и что жесткость роторного
оборудования меньше, чем оборудования дискретного действия.
При использовании самоустанавливающихся систем (развертыва-
ние плавающей разверткой, калибрование отверстий, запрессов-
ка) может быть достигнута такая же точность, как и на обору-
довании дискретного типа.
На роторном оборудовании (автоматических линиях) легко
осуществляются комплексные технологические процессы, включа-
ющие механическую и термическую обработку, сборку и контроль
качества изделий. Это оборудование, являющееся специальным,
27
дорогим и в большинстве случаев непригодным для переналадки
на выпуск других изделий, применяют для малогабаритных изде-
лий, выпускаемых в больших количествах по принципу массового
производства'. На сложность, а следовательно, надежность и стои-
мость автоматического оборудования оказывает большое влияние
кинематика основных и вспомогательных движений. Предпочти-
тельны технологические процессы, у которых траектория этих дви-
жений— прямые линии (объемная штамповка, электроэрозионная
обработка, прессовая клепка). В этом случае применяются инстру-
менты объемного типа (штампы, электроды, обжимки). Их рабо-
чая поверхность воспроизводит соответствующую поверхность
объектов производства. Более сложны случаи обработки, основан-
ные на сочетании двух движений (вращение заготовки и ради-
альная подача фасонного резца при обтачивании поверхности
с криволинейной образующей). Оборудование еще более услож-
няется, если процесс обработки (сборки) основан на кинематиче-
ском сочетании трех или большего количества движений (обра-
ботка сложнопрофилированных поверхностей по копиру или на
станке с программным управлением).
§ 1.6. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
По принципу действия и технологическому обеспечению задан-
ного качества изделий системы автоматизации можно разбить на
три основные группы [11].
Первая группа. К ней относятся циклические системы автома-
тизации. В них технологический процесс осуществляется по зара-
нее жестко установленной программе и все действия оборудова-
ния во времени протекают в строгом соответствии с принятым
циклом его работы. Эти системы широко распространены в меха-
носборочном производстве. Циклические системы имеют центра-
лизованное устройство управления всеми элементами рабочего
цикла. В большинстве случаев — это распределительный вал с ку-
лачками и упорами (командоаппарат), непосредственно воздей-
ствующими на рычаги, толкатели и другие жесткие элементы,
передающие движение исполнительным органом данной техноло-
гической машины. Кулачки и упоры распределительного вала
могут воздействовать на золотники, включающие и выключающие
в определенные моменты времени пневматические или гидравли-
ческие устройства системы, а также включать и выключать 'вспо-
могательные электродвигатели.
На рис. 1.5, а показана принципиальная кинематическая схема
токарного автомата с распределительным валом 7, приводимым
во вращение от шпинделя 4 через понижающую передачу 2 и зве-
но настройки 5 (сменные зубчатые колеса). От кулачков 6 рас-
пределительного вала приводятся в движение все исполнительные
механизмы автомата. Частота вращения шпинделя 4 изменяется
28
через звено настройки 3 от электродвигателя /. Для уменьшения
потерь времени на холостые движения автоматы подобного типа
часто имеют устройства для переключения распределительного
вала на большую частоту вращения в определенные промежутки
времени цикла. На рис. 1.5,6 показана схема, в которой фрик-
ционная муфта 8 переключает вращение распределительного ва-
ла на повышенную частоту вращения. Это возможно в данной
Рис. 1.5
схеме при наличии муфты обгона 9. Переключение муфты произ-
водится рычагом 10 от одного из кулачков распределительного
вала. Использование подобных устройств сокращает время цикла
на 304-40%.
Описанные системы циклической автоматизации просты и на-
дежны в работе. На их базе строят устройства управления, приме-
няемые в большинстве металлорежущих автоматов и полуавтома-
29
тов, а также в оборудовании для автоматической сборки. При
циклической системе автоматизации время выполнения данной
технологической операции (время цикла) стабильно,- Оно опре-
деляется длительностью одного оборота распределительного (ку-
лачкового) вала командоаппарата. Циклические системы автома-
тизации, однако, не реагируют на возникающие в процессе рабо-
ты отклонения в качестве изделий. Например, автомат цикличе-
ского действия продолжает работать, если в процессе обработки
выполняемый размер вышел из поля допуска из-за износа режу-
щего инструмента. Циклические системы автоматизации не могут
долго работать без вмешательства человека, в функцию которого
входит систематическое наблюдение за их работой, периодическое
регулирование и подналадка. При широких допусках на обработ-
ку это вмешательство происходит реже; при узких допусках —
чаще. С увеличением сложности циклических систем вероятность
отказов в их работе по тем или иным причинам возрастает. Для
предупреждения выхода из строя отдельных элементов системы
в них применяют блокирующие и контрольные устройства. При
нарушении цикла обработки эти устройства срабатывают и систе-
ма останавливается.
Циклические системы автоматизации с кулачковыми распре-
делительными устройствами используют для однопроходной обра-
ботки. Они обеспечивают точность обработки до 3-го класса, иск-
лючая случаи обработки мерным режущим инструментом, когда
точность может быть повышена до 2-го класса.
По системе циклической автоматизации работают современ-
ные станки с программным управлением (цикловые, позиционные,
контурные). Эти станки имеют принципиально отличный вид про-
граммоносителя. Они универсальны, быстро переналаживаемы
и удобны для условий мелкосерийного производства в отличие от
станков с кулачковым распределением, применяемых в массовом
и крупносерийном производстве.
Циклы работы оборудования удобно изображать и анализи-
ровать в целях сокращения их длительности в виде графиков. На
рис. 1.5, в показан цикл работы круглошлифовального станка, на
котором обработку ведут врезным методом. Здесь 1 — установка
заготовки; 2 — пуск станка; 3 — быстрый подвод круга; 4 — за-
медленный подвод круга до встречи с заготовкой; 5 — врезание
круга; 6 — установившийся съем металла; 7 — реверсирование
круга; 8 — чистовое шлифование; 9 — отвод круга; 10 — снятие
заготовки. Этап реверсирования круга уменьшает время обработ-
ки в результате быстрого перехода от больших натягов в техно-
логической системе на этапе 6 к малым при чистовом шлифова-
нии. На этом графике tQ — основное время обработки; t\ — основ-
ное и машинно-вспомогательное время; Т — время цикла. Для
многопозиционного оборудования и автоматических линий состав-
ляются циклограммы.
Вторая группа. К ней относятся рефлекторные системы авто-
матизации. В этих системах технологический процесс также
30
осуществляется по заранее намеченной программе в определен-
ной последовательности. Однако продолжительность цикла пре-
дусмотренных программой действий здесь не выдерживается столь
точно, как в циклических системах. Это обусловлено тем, что
отдельные этапы цикла начинают выполняться только после того,
как будет получен сигнал об окончании предшествующего этапа
и подана команда на начало выполняемого этапа. По причине
задержек в получении и передаче команд, носящих случайный
характер, происходит разброс длительности цикла. Нестабиль-
ность длительности цикла зависит и от колебания времени вы-
полнения многопроходной точной обработки (внутреннее и круг-
лое шлифование, хонингование отверстий). Величина припуска на
обработку у заготовок в партии переменна; поэтому количество
проходов, а следовательно, и время обработки будет также пере-
менным. Колебание длительности цикла в отдельных случаях
достигает 20%.
Благодаря использованию контрольно-измерительных уст-
ройств (средств активного контроля), осуществляющих автомати-
ческую проверку выполняемых размеров, рефлекторные системы
обеспечивают более высокую точность обработки. Эти системы
применяют в различном технологическом оборудовании, но наи-
большее применение они получили при выполнении финишных
операций. Рефлекторные системы автоматизации обычно строят,
используя релейные схемы управления рабочим циклом. Наибо-
лее часто используют электрорелейные схемы, несколько реже —
пневматические и гидравлические, а также смешанные.
На рис. 1.5,г показана простейшая электрическая релейно-кон-
тактная схема управления многошпиндельного сверлильного стан-
ка с пневматическим зажимом заготовки. Схема работает по
полуавтоматическому циклу. Нажатием на пусковую кнопку ЛУ
включается электрозолотник ЭЗ пневматической системы и уста-
новленная в приспособление заготовка А закрепляется. После
повышения давления в пневмоцилиндре до номинала включается
реле давления РД и срабатывает магнитный пускатель К, кото-
рый своими главными контактами включает главный электродви-
гатель Ш. Через несколько секунд включается реле времени РВ
и вместе с ним цепь быстрой подачи шпиндельной головки В.
При подходе режущих инструментов к заготовке упор головки
воздействует на путевой переключатель П с реле РП1 и РП2
и подача замедляется. В конце рабочего хода головка нажимает
на конечный выключатель ВК.1-, в результате этого цепь 1—2 раз-
мыкается и включается цепь 3—4 с реле РПЗ обратного ускорен-
ного хода и конечного выключателя ВД2. Последний срабатывает
при подъеме головки в верхнее положение. При этом выключает-
ся цепь 3—4 и электрозолотник ЭЗ переключается во второе
положение; сжатый воздух выходит из пневмоцилиндра зажимно-
го устройства и реле давления РД размыкает цепь 5—6, выклю-
чая главный двигатель станка. Для возобновления цикла нужно
нажать на кнопку ДУ.
31
Электрические и пневмогидравлические релейные схемы соби-
рают из стандартных элементов. Они, представляя собой децент-
рализованные системы управления, не имеют сложных механиче-
ских устройств и обладают достаточной надежностью. Их
элементы должны быть хорошо защищены от пыли, струж-
ки и охлаждающей жидкости, чтобы исключить в элек-
троцепях короткие замыкания и другие аварийные ситуа-
ции.
Рефлекторную автоматику часто используют для целей блоки-
ровки и предупреждения поломок технологического оборудования.
Например, в сборочных автоматах применяют устройства для
контроля наличия и правильности положения деталей в собирае-
мых изделиях. Если это устройство (щуп, фотоэлемент, струйный
или иной датчик) обнаружило на одной из позиций отсутствие
или неправильное положение той или иной детали, то дается
команда на останов автомата. В других системах включается
запоминающее устройство и данное изделие проходит вхолостую
все последующие .позиции сборки и сбрасывается в тару для
брака.
Станки с рефлекторной автоматикой, работающие абразивным
инструментом, могут дольше работать без вмешательства челове-
ка, в обязанности которого входит наблюдение за их работой
и периодическая регулировка системы. Рефлекторные системы —
системы логического действия, их дальнейшее развитие привело
к созданию схем с использованием бесконтактных электронных
логических элементов (магнитных, транзисторных, ферриттранзи-
сторных, ламповых).
В- последнее время в системах автоматики находят широкое
применение пневматические логические элементы. Они надежны
в работе, просты, компактны, взрыво- и пожаробезопасны, могут
работать в условиях вибраций, инерционных перегрузок и радиа-
ции. По принципу действия их подразделяют на устройства с ме-
ханическими движущимися частями (мембранные, поршневые,
пластинчатые, шариковые) и на устройства без движущихся ча-
стей (струйные), которые называют пневмоникой. На базе мемб-
ранных устройств разработана универсальная система промыш-
ленной пневмоавтоматики (УСЭППА), из ее элементов можно
собирать различные схемы автоматического управления. В более
простой системе пневматических элементов релейной автоматики
(ПЭРА) используют незакрепленные мембраны (пластины). В си-
стемах пневмоники используют струйные элементы; их работа
основана на аэродинамическом взаимодействии струй воздуха
или на явлении обтекания струей жесткого профиля (эффект Ко-
анда). На рис. 1.5, д показана схема загрузочного устройства,
управляемого- струйным элементом 1. Воздух в цилиндр 2 посту-
пает сперва в его нижнюю полость, когда заготовка 3 перекроет
своим торцом датчик 4. При скатывании поднятой заготовки по
верхнему лотку она перекрывает датчик 5, что приводит к воз-
вращению поршня цилиндра в исходное положение.
32
Третья группа. К ней относят самоподнастраивающиеся, само-
настраивающиеся (адаптивные), и самооптимизирующие систе-
мы [1]. В самоподнастраивающихся системах используют сред-
ства активного контроля, которые измеряют размер обработанной
детали и дают сигнал автоматическому подналадчику на коррек-
тировку настроечного размера, в случае, если размер детали вы-
шел за пределы установленных предупредительных границ.
Подобные системы часто применяют на шлифовальных станках.
В результате возникновения систематических закономерно изме-
няющихся погрешностей (износ круга, тепловые деформации стан-
ка) выполняемый размер в партии деталей непрерывно изменяет-
ся. Это приводит к периодическому включению автоматического
подналадчика данной системы. Для уменьшения влияния случай-
ных погрешностей обработки на работу подналадчика сигналы от
измерительного устройства даются по величине среднего арифме-
тического из нескольких замеров (обычно трех или пяти) после-
довательно обработанных деталей.
Рис. 1.6
Принципиальная схема самоподнастраивающейся системы
показана на рис. 1.6, а. Заготовки поступают в данную техноло-
гическую систему 1 по стрелке а. Обработанные заготовки под-
вергаются замерам на измерительном устройстве 2 до выхода со
станка (стрелка Ь). Сигналы от измерительного устройства 2 по-
ступают (после усиления в устройстве 3) в автоматический под-
наладчик 4. Последний воздействует на технологическую систему,
корректируя (если необходимо) заданный настроечный размер.
Подобные системы часто называют также системами с обратной
связью, так как они осуществляют контроль качества продукции
по выходным параметрам.
3 1273	33
Самоподнастраивающиеся устройства применяют обычно
в циклических и несколько реже в рефлекторных системах авто-
матизации. Функция обслуживающего персонала сводится здесь
к наблюдению за работой и периодической регулировке самопод-
настраивающего устройства и всей системы в целом.
В самонастраивающихся системах при обработке каждой заго-
товки режим и условия работы оборудования устанавливаются
автоматически в целях обеспечения заданного качества изделий
и требуемой производительности. Непостоянство припуска на
обработку, неоднородность физико-механических свойств материа-
ла заготовок, а также нестабильность положения заготовок на
станке приводят к колебанию сил резания и к изменению упру-
гих отжатий элементов технологической системы. Последнее
обстоятельство вызывает образование погрешностей обработки,
которые по своему характеру являются случайными. В простей-
ших самонастраивающихся системах стабилизация сил резания
или изменение их в процессе обработки по длине заготовки по
определенному заданному закону может производиться автомати-
ческим изменением одной из составляющих режима резания.
Удобней всего — изменением продольной подачи рабочего инстру-
мента при постоянных глубине и скорости резания. Измеряют
силы резания различного типа датчиками (емкостными, индуктив-
ными, сопротивления), встраиваемыми в элементы или узлы стан-
ка и связанными с обрабатываемой заготовкой или рабочим
инструментом (центра, суппорты, резцедержатели и др.). Напри-
мер, при обтачивании заготовки с преувеличенным припуском
сила резания возрастает. Соответствующий датчик посылает сиг-
нал в автоматическое регулирующее устройство, которое умень-
шает продольную подачу, доводя силу резания до установленной
величины. При обтачивании заготовки с преуменьшенным припу-
ском продольная подача может быть соответственно увеличена.
Использование резцов с зачищающими кромками не ухудшает
в данном случае шероховатость обрабатываемой поверхности.
В системах подобного типа бесступенчатое изменение подачи мо-
жет быть обеспечено при помощи механических, гидравлических
и электронных устройств. На рис. 1.6,6 показана структурная
схема рассматриваемых самонастраивающихся систем. Техноло-
гическая система 1 имеет встроенный датчик 2, непосредственно
или косвенно измеряющий силу резания. Электрический сигнал
от датчика 2 поступает ,в сравнивающее устройство 3, где сопо-
ставляются измеренная сила резания и заданная, вводимая в за-
дающее устройство 4. В сравнивающем устройстве 3 формируется
величина и знак сигнала рассогласования. Через усилительное
устройство 5 этот сигнал подается на исполнительный механизм 6,
изменяющий величину продольной подачи для получения задан-
ной силы резания. Показывающий прибор 7 позволяет контроли-
ровать силу резания визуально.
Подобные системы позволяют повышать производительность
обработки, точность размеров и формы обрабатываемых поверх-
34
t _ 1 ( dl
0“ « J ЯО •
о
ностей (в этом случае изменение подачи происходит непрерывно
в процессе обработки каждой заготовки) и улучшать использова-
ние станков по мощности на предварительных операциях. На
рис. 1.6, в изображен график (кривая /) изменения подачи зоб при
сверлении глубокого отверстия на станке с автоматическим регу-
лированием постоянства крутящего момента на шпинделе
(М = const). Величину подачи во избежание поломки спирального
сверла приходится непрерывно уменьшать в связи с увеличением
трения сверла и стружки о стенку отверстия по мере увеличения
его глубины. Зависимость s06 = f(/) устанавливается эксперимен-
тально. Прямая 2 характеризует постоянную подачу сверла на
обычном станке (величина s06 устанавливается по участку свер-
ления на глубине /J.
При переменной подаче основное время сверления элементар-
ного участка отверстия dt0 = dl/ (ns06) — dl/[nf (/)], где ns06 = sM —
подача сверла в мм/мин.
На глубине 1\ основное время сверления отверстия
I,
(1.8)
Здесь п — частота вращения шпинделя, мин-1.
На графике кривая 3 показывает изменение t0 при перемен-
ной подаче, а прямая 4 — при постоянной. Из сопоставления зави-
симостей 3 и 4 видно преимущество сверления с переменной пода-
чей по производительности. Другое важное преимущество —
в уменьшении опасности поломки сверла при его затуплении.
На рис. 1.6,г дана схема более простого устройства, позволя-
ющего автоматически настраивать технологическую систему на
заданные условия обработки по входным параметрам исходных
заготовок. Измерительное устройство 1 измеряет фактический
размер каждой индивидуальной заготовки. Полученный сигнал
поступает в усилитель 2 и далее подается в исполнительный ме-
ханизм 3, изменяющий настройку технологической системы 4 для
получения заданного качества изделий. При использовании подоб-
ной системы на металлорежущих станках можно повысить точ-
ность обработки. Например, производя предварительное фрезеро-
вание плоскостей заготовок, можно компенсировать упругие от-
жимы в технологической системе при снятии завышенных припу-
сков, автоматически настраивая систему на большую глубину
резания. Это достигается дополнительной подачей заготовки на
инструмент при помощи исполнительного механизма по команде
от измерительного устройства.
При сварке на контактных машинах можно автоматически
изменять силу или время пропускания тока на основе предвари-
тельного замера фактической толщины свариваемых деталей
и тем самым избегать прожогов и непроваров в выполняемых
соединениях.
35
Наиболее эффективны самонастраивающиеся системы в тех
случаях, когда установление оптимальных условий работы техно-
логического оборудования (по производительности, точности
и другим параметрам) зависит от нескольких технологических
факторов, нестабильных по своей величине. В этом случае ручное
решение задачи связано с трудоемкими и длительными вычисле-
ниями, что вызывает более или менее продолжительные простои
оборудования. Применение самонастраивающихся систем, в кото-
рых информация от датчиков поступает в электронно-вычисли-
тельное устройство, позволяет находить оптимальный вариант
условий обработки за минимальное время без простоя оборудо-
вания. Подобный тип самонастраивающихся систем — наиболее
совершенный. Он используется при производстве многих изделий
в химической, пищевой и других отраслях промышленности с не-
прерывным ходом производственного процесса.
Для правильного использования самонастраивающихся систем
подобного типа весьма важно знать основные закономерности
протекания технологического процесса в математической форме,
так как они необходимы для работы вычислительного устройства
(ВУ).
Применительно к машиностроительному производству этот тип
самонастраивающихся систем можно иллюстрировать на примере
регулирования режима работы конвейерного устройства для на-
грева деталей под последующую сборку с тепловым воздействием.
Если температура нагревающей зоны падает, то регулирую-
щее устройство' снижает скорость конвейера для обеспечения тре-
буемой температуры нагрева деталей. Зависимость температуры
нагревающей зоны от скорости коцвейера устанавливается с уче-
том массы и конфигурации перемещаемых деталей аналитически
или экспериментальным путем. При подаче сигнала от датчика
температуры ЭЦВМ, определяет скорость конвейера и подает
команду на ее изменение.
§ 1.7. СПЕЦИФИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В УСЛОВИЯХ АВТОМАТИЗАЦИИ
Принципы проектирования технологических процессов для
обычного и автоматизированного производства одни и те же. Нет
также и резкого различия между этими двумя видами производ-
ства. Если в обычном производстве используется большее или
меньшее количество автоматического оборудования, то и в авто-
матизированном производстве нередко встречаются станки и уста-
новки с ручным обслуживанием. Тем не менее при про-
ектировании технологических процессов для условий авто-
матизации производства имеется своя вполне определенная
специфика.
Проектирование технологических процессов для условий авто-
матизации характеризуется различной степенью углубленности
36
выполняемых разработок. Самый общий случай решения данной
задачи, отличающийся наибольшей трудоемкостью, встречается
при проектировании технологии для. нового завода с комплексной
системой автоматизаций производства. Эта задача несколько
облегчается, если в поле зрения технолога имеется аналогичное
апробированное на практике решение или комплексная система
автоматизации заменяется частичной. Во всех случаях спроекти-
рованный технологический процесс — основа автоматизации про-
изводства. Из него вытекает конструкторская, строительная,
транспортная, энергетическая и организационная части проекта.
Разработанный технологический процесс определяет потребное
оборудование, производственные площади, энергетику, транспорт-
ные средства, рабочую силу, основные и вспомогательные мате-
риалы.
Более специализированное технологическое проектирование
встречается при реконструкции завода и постановке производства
новых объектов на действующем заводе. В этом случае инициа-
тива технолога ограничена необходимостью использования имею-
щихся производственных площадей, наличногсГ оборудования,
транспортных средств, сложившейся схемой грузопотоков и дру-
гими местными условиями.
Другие случаи проектирования технологических процессов
имеют место на действующих заводах при выпуске на них осво-
енной продукции. Задача технологического проектирования обыч-
но носит частный, характер. Разработке подвергается частичная
автоматизация — проектируют автоматические линии, участки ли-
ний или даже отдельные автоматические установки и агрегаты.
Проектируют без коренного изменения имеющейся структуры
производства.
Основная цель автоматизации производства — повышение про-
изводительности труда и снижение себестоимости изготовления
продукции, достигаемые применением более производительных
машин и снижением затрат живого и овеществленного (прошло-
го) труда. При автоматизации стремятся получить также ранее
перечисленные преимущества (см. § 1.2). В ряде случаев разра-
ботка автоматизации производства диктуется необходимостью
коренного оздоровления и облегчения условий труда, а также
необходимостью обеспечения заданного качества изделий. Авто-
матизация производства не может осуществляться на основе
волевых необоснованных решений. Каждый проект автоматизации
производства должен быть обоснован конкретными экономически-
ми расчетами. Из этого правила могут быть сделаны отдельные
исключения, касающиеся случаев разработки новых систем, вы-
полнения поисковых' работ в области автоматизации производ-
ства, проектирования новых процессов и конструкций, связанных
с последующей их доводкой. Промышленное использование этих
работ может быть из-за больших издержек сперва нерентабель-
ным. Необходимость развития производственной техники застав-
ляет, однако, идти на внедрение этих разработок, учитывая, что
37
при последующем их использовании они уже могут дать быструю
окупаемость.
До начала проектных работ нужно выявить технико-экономи-
ческую целесообразность автоматизации, если она не диктуется
только требованиями облегчения и оздоровления условий труда;
перспективный объем выпуска изделий и предполагаемую продол-
жительность их производства до перехода на новую продукцию,
установить, какие операции обработки, оборки и контроля долж-
ны быть автоматизированы полностью и какие частично'.
Подготовительный этап работы по автоматизации начинается
со сбора конструктивных и технологических сведений об изделии
и данных по экономике его производства на существующем и род-
ственных заводах. На основе анализа собранного материала
решается вопрос о масштабах и степени углубленности (полноте)
автоматизации. Целесообразно также анализировать технологич-
ность конструкции изделия и вносить в нее (если нужно) соот-
ветствующие изменения по согласованию с конструктором. Непра1
вильно решать вопросы автоматизации, представляя изделие
абсолютно неизменным. Конструкция изделия может быть доста-
точно технологичной в условиях обычного производства и мало
или совершенно нетехнологичной в условиях автоматизированного
производства. Для одного и того же изделия она будет разной
для различных типов производства.
При проектировании технологических процессов нельзя брать
за образец и слепо копировать технологию изготовления анало-
гичных изделий в неавтоматизированном производстве. Ее сле-
дует коренным образом пересматривать и корректировать, внося
при необходимости более или менее значительные изменения.
Технология автоматизированного производства должна быть по
своей сущности прогрессивной. Ее строят на основе высокопроиз-
водительных методов обработки и сборки, использования загото-
вок, получаемых современными точными методами. Для умень-
шения объема механической обработки конфигурацию заготовки
следует по возможности приближать к конфигурации готовой
детали.
В зависимости от типа производства (единичного, серийного
и поточно-массового) проектирование технологических процессов
имеет различия, подробно рассматриваемые в третьей и последу-
ющих главах настоящей книги. Тем не менее имеются некоторые
общие особенности, к которым можно отнести следующее.
Технологические процессы автоматизированного производства
должны быть разработаны так, чтобы заданные производитель-
ность и качество выпускаемой продукции обеспечивались с мини-
мальным влиянием обслуживающих оборудование рабочих (необ-
ходимое качество продукции получают в результате устойчивой
и надежной работы технологического оборудования). Технологиче-
ские процессы должны быть стабильны во времени, а приме-
няемое оборудование допускать возможность быстрой пере-
наладки.
38
Для ускорения и удешевления подготовки производства при
выборе варианта технологического процесса и применяемого обо-
рудования принимают проверенные типовые решения. При по-
строении технологических процессов желательно шире осуществ-
лять принцип концентрации переходов обработки или сборки
(последовательной, параллельной и смешанной) и другие меро-
приятия по повышению производительности. Особое значе-
ние в условиях автоматизации приобретает непрерывность
технологических процессов и сокращение цикла изготовления
изделий.
При проектировании технологических процессов большое вни-
мание уделяют вопросам автоматической ориентации объектов
производства, их базированию при выполнении различных опера-
ций и внутрицеховому транспортированию, комплексности по-
строения технологических процессов и технического контроля,
выполняемого без участия человека. Большое внимание следует
обращать на автоматизацию вспомогательных операций.
Важная задача — оптимизация вновь проектируемых и дей-
ствующих технологических процессов по различным целевым
функциям (наименьшая себестоимость, наибольшая производи-
тельность, наивысшая- точность) в зависимости от конкретных
условий. В связи с этим одна из главных задач технолога — глу-
бокое изучение физической сущности технологических процессов,
выявление закономерностей их протекания и установление тех
параметров их, воздействие на которые наиболее эффективно для
интенсификации производства и повышения его точности. Точные
технологические расчеты особенно важны в автоматизированном
производстве, где необходима высокая надежность обеспечения
заданной производительности и стабильного качества изделий.
Знание основных закономерностей и использование математиче-
ских методов позволяет быстро находить оптимальные решения
с помощью современных вычислительных машин.
Обычная задача оптимизации технологического процесса —
обеспечить в установленный промежуток времени выпуск потреб-
ного количества изделий заданного качества при возможно мини-
мальной себестоимости их изготовления. В простейшем случае
оптимизируют отдельные технологические (обычно лимитирую-
щие) операции. По установленным ограничениям определяют наи-
выгоднейшие режимы резания и другие условия обработки. Более
сложна задача оптимизации технологического процесса в целом.
Ее решают методом динамического программирования с учетом
влияния предыдущих операций на последующие. Поэтому нельзя
изолированно по каждой операции принимать такое решение, при
котором эффективность ее будет наибольшей. При оптимизации
технологического процесса может измениться и содержание опе-
раций, и его структура.
Наблюдения за работой действующего оборудования в авто-
матизированном производстве показывают, что простои оборудо-
вания часто бывают весьма велики по самым различным, в том
39
числе и технологическим, причинам, а заданное качество продук-
ции устойчиво не выдерживается.
При проектировании технологических процессов эти недостат-
ки должны учитываться и устраняться. Технико-экономические
показатели автоматизированного производства зависят от приня-
той технологии. Неудачно спроектированная она может стать
причиной длительной задержки освоения производства изделий,
частичного или коренного изменения принятых Технологических
и конструктивных решений. Особенно ответственна задача выпол-
нения новых оригинальных разработок. В ряде случаев при отсут-
ствии в поле зрения технолога аналогичных решений приходится
идти по пути макетирования проектируемых устройств и выпол-
нения необходимых исследований, результаты которых использу-
ются в разрабатываемом варианте.
Задача проектирования технологических процессов в автома-
тизированном производстве часто усложняется недостаточностью
нормативно-оправочных материалов и недостаточным обобщением
производственного опыта.
Глава 2. Специфика обеспечения
заданного качества изделий
в автоматизированном производстве
§ 2.1. ЗАДАЧИ И УСЛОВИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
Одно из важных преимуществ' автоматизированного
производства — это возможность стабильного обеспечения качест-
ва выпускаемых изделий. Реализация этой возможности обуслов-
лена точными расчетными обоснованиями построения технологи-
ческих процессов изготовления изделий и учетом влияния всех
технологических факторов на качество продукции. Качество про-
изводимых машин имеет большое народнохозяйственное значе-
ние. От него зависит экономическая эффективность использования
новой техники в. различных отраслях промышленности и народ-
ного хозяйства. Основные вопросы качества промышленной про-
дукции регламентированы ГОСТ 16456—70, 15895—70, 16949—71,
16431—70, 17341—71, 16035—70, 16504—74, 17102—71 и др.
С точки зрения эксплуатации машин к наиболее важным пока-
зателям их качества относятся технический уровень и надежность.
Надежность — это обобщенный показатель качества машины,
охватывающий безотказность, долговечность, ремонтопригодность
и сохраняемость машины, т. е. свойство сохранять свои первона-
чальные эксплуатационные параметры при ее хранении в течение
определенного промежутка времени. Технический уровень и на-
дежность машин зависят от совершенства их конструкции и тех-
нологии их производства.
Весьма важным составляющим элементом понятия качества
машин является их точность, установление и технологическое
обеспечение которой в производственных условиях — ответствен-
ная задача конструктора изделия и технолога автоматизирован-
ного производства.
Точность — понятие достаточно широкое и комплексное. Оно
охв/тывает геометрические параметры деталей и готовых машин.
Точность характеризует также единообразие исполнения упругих,
Динамических, весовых, электрических, гидравлических и многих
Других свойств производимых изделий. При высоком значении
абсолютных или относительных показателей качества изделий
можно говорить о точности их выдерживания в производстве,
характеризуемой отклонениями показателей качества от заданно-
41
го номинала. В большинстве случаев, однако, показатели каче-
ства изделий зависят от точности изготовления их деталей и точ-
ности сборки. Поэтому вопросам точности механосборочного про-
изводства уделяется большое внимание.
На всех этапах технологического процесса изготовления изде-
лий неизбежны различного рода погрешности: погрешности раз-
меров, искажения формы поверхностей, ошибки взаимного распо-
ложения поверхностей, отклонения от заданного качества
поверхностей деталей и заготовок. При последующей сборке
изделий возникают погрешности взаимного расположения эле-
ментов и выполненных соединений. Погрешности, возникающие на
различных этапах технологического процесса, взаимосвязаны. Точ-
ность сборки изделия зависит от точности изготовления его дета-
лей, а последняя в свою очередь — от точности изготовления заго-
товок. Поэтому вопросы точности должны решаться комплексно
для всего технологического процесса.
Значение точности весьма велико в условиях автоматизации
производства. С повышением точности увеличивается надежность
изделий. Повышение точности заготовок снижает трудоемкость их
последующей механической обработки и сокращает расход мате-
риала в результате уменьшения припусков. Повышение точности
механической обработки деталей — важная предпосылка автома-
тизации сборки благодаря устранению пригоночных работ и обес-
печению взаимозаменяемости элементов изделия.
При автоматизации производства заданное качество изделий
получают в результате стабильной работы технологического обо-
рудования и соответствующего построения технологического
процесса.
Технологические процессы автоматизированного производства
проектируют так, чтобы заданная точность изделий обеспечива-
лась по возможности редким вмешательством обслуживающего
персонала для выполнения поднастроек и регулировок технологи-
ческой системы. Возможность получения заданной точности под-
тверждается расчетами. Для повышения надежности технологи-
ческого процесса изготовления изделий целесообразно введение
запаса точности. Обозначив расчетную суммарную погрешность
через Драсч и допустимую погрешность через Ддоп, можно напи-
сать, что
Адоп “ ^Драсч-	(2-1)
Здесь k — коэффициент запаса точности. При предварительной
обработке можно брать k= 1,04-1,1, при окончательной обработ-
ке этот коэффициент следует увеличивать до значений k = 1,14-1,3.
Особое значение в условиях автоматизации имеют операции
технического контроля точности производимых изделий. Контроль
часто выполняют в процессе обработки, применяя встроенные
средства измерения, представляющие собой единое целое с дан-
ной технологической системой и работающие от циклической или
рефлекторной систем автоматического управления. Область тех-
42
нического контроля в условиях автоматизации шире, чем в обыч-
ном производстве. Объектом контроля являются не только обра-
батываемые цли уже обработанные элементы детали, но и неред-
ко положение'заготовки, чем предупреждается брак на последу-
ющих переходах обработки. Этот превентивный контроль часто
приобретает предупредительно вспомогательный характер (конт-
роль наличия заготовки в приспособлении, пустоты сборочного
приспособления после удаления из него собранного изделия, це-
лостности режущего инструмента и др.). Выгодно и во многих
случаях возможно сочетание операций контроля с операциями
обработки и сборки. Например, при автоматической запрессовке
можно легко контролировать качество соединения по фактическо-
му усилию запрессовки.
С развитием автоматизации производства проблема получения
продукции стабильного качества становится все более актуаль-
ной. Ее решение должно базироваться на глубоком и всесторон-
нем исследовании технологических факторов, влияющих на точ-
ность, тщательном изучении условий работы оборудования и ос-
настки, на изыскании новых прогрессивных технологических мето-
дов и процессов, приемлемых для условий автоматизации. Вопро-
сы точности в автоматизированном производстве решаются
в следующем порядке: 1. Устанавливается необходимая точность
изделий и элементов изделия исходя из его служебного назначе-
ния. Эта задача решается конструктором на базе теоретических
и экспериментальных данных с учетом опыта эксплуатации машин
подобного типа. Точность изготовления изделий должна назна-
чаться с учетом затрат на их производство, сроков службы
и издержек эксплуатации. Ее нередко повышают, создавая этим
«резерв» точности во времени при работе технологического обо-
рудования. 2. Обеспечивается заданная точность изготовления
изделия и его элементов соответствующим построением техноло-
гического процесса с учетом наибольшей производительности
и наименьшей себестоимости. 3. Устанавливаются и обеспечива-
ются построением технологического процесса технологические
допуски (допуски на промежуточные размеры заготовок) и' допу-
ски на размеры вспомогательных баз заготовок, используемых
для выполнения механической обработки. 4. Определяются мето-
ды и средства промежуточного и окончательного технического
контроля. Эта метрологическая задача непосредственно связана
с построением автоматизированного технологического процесса
изготовления изделия, причем средства контроля должны быть
органической частью всего комплекса автоматических устройств.
5. Определяется фактическая точность при лабораторных и про-
изводственных исследованиях действующих или вновь внедряе-
мых технологических процессов и методов. 6. Выявляются причи-
ны невыдерживания заданной точности в производственных
условиях и разрабатываются мероприятия по ее надежному обес-
печению при корректировке спроектированного технологического
процесса.
43
Основная роль при решении перечисленных вопросов точности
принадлежит технологу. Даже решение первой задачи по установ-
лению точности изделий не может производиться без его участия
и консультаций.
Точность; заданная рабочим чертежом, может быть обеспече-
на в условиях автоматизированного производства различными
технологическими методами. При использовании технологическо-
го оборудования, работающего по принципу циклической автома-
тики, точность обработки обычно обеспечивается методом автома-
тического получения размеров на предварительно настроенном
станке. Этот метод имеет исключительно широкое применение при
одно- и особенно многоинструментной однопроходной предвари-
тельной, чистовой и отделочной (тонкой) обработке. Он произво-
дителен и позволяет получать точность до второго класса. Точ-
ность обработки зависит от квалификации наладчика, который
настраивает станок при смене затупившегося инструмента, а при
узких допусках на обработку выполняет и его поднастройку для
компенсации износа инструмента. Точность не зависит от обслу-'
живающего станок рабочего, за исключением случаев закрепления
обрабатываемой заготовки вручную. При этом точность снижает-
ся из-за большой неравномерности сил закрепления, чего не про-
изойдет при использовании автоматических зажимных устройств.
При использовании оборудования, работающего по принципу
рефлекторной автоматики, точность обработки зависит от квали-
фикации наладчика, производящего настройку и регулирование
системы автоматического управления рабочим циклом, и не зави-
сит от обслуживающего станок рабочего. Этот метод применяют
при много- и реже однопроходной обработке. В первом случае он
обеспечивает точность второго класса и выше за счет использова-
ния различных средств активного контроля (шлифование наруж-
ных и внутренних цилиндрических поверхностей). Во втором слу-
чае заданная точность выполняемых размеров обеспечивается
в результате воздействия перемещаемых элементов станка на
конечные выключатели, дающие команду на прекращение подачи
инструмента. Этот случай характерен для получения точности не
выше третьего .класса (выдерживание осевых размеров, размеров
по толщине, глубины отверстий при сверлении и др.).
При использовании самонастраивающихся (адаптивных) тех-
нологических систем, работающих по принципу стабилизации силы
резания, точность обработки может быть повышена сравнительно
с циклическими системами до 1,5—2,0 раз. Большее повышение
точности достигается на предварительной обработке, где состав-
ляющая суммарной погрешности, вызываемая упругими деформа-
циями технологической системы под влиянием нестабильной силы
резания, имеет больший вес. Величина этой составляющей умень-
шается при чистовой и отделочной обработке. В системах, рабо-
тающих по принципу обратной связи (контроль по выходным
параметрам), система автоматического управления уменьшает по-
грешности обработки, вызываемые размерным износом режущего
44
инструмента и тепловыми деформациями технологической систе-
мы, за исключением обрабатываемой заготовки. При этом дости-
гается более высокая точность обработки.
Для повышения точности формы обрабатываемой поверхности
в отдельных случаях следует не стабилизировать силу резания,
а закономерно изменять ее величину в функции пути перемещения
инструмента.
Адаптивные системы применяют на станках для одноинстру-
ментной обработки. В сопоставимых по достижимой точности
вариантах они менее производительны, чем многоинструментные
циклические системы. Точность обработки на станках с адаптив-
ным управлением определяется тщательностью настройки и регу-
лировки системы. При большей сложности адаптивные системы
менее надежны в работе, чем системы циклические.
§ 2.2. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОЙ ТОЧНОСТИ
В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Физические причины образования погрешностей механической
обработки и сборки в автоматизированном производстве те же,
что и в обычном. Однако условия их возникновения, а также воз-
можности уменьшения или полного устранения имеют свою специ-
фику. Общая погрешность механической обработки суммируется
из первичных погрешностей: 1) вызываемых неточной установкой
обрабатываемой заготовки в приспособление; 2) обработки, вызы-
ваемых упругими деформациями технологической системы ста-
нок — приспособление — заготовка — инструмент под влиянием
нестабильных сил резания; 3) от деформации заготовки и других
элементов технологической системы под влиянием сил закрепле-
ния; 4) обработки, вызываемых размерным износом режущего
инструмента; 5) настройки (и поднастройки) станка на выпол-
няемый размер; 6) обусловленных геометрическими неточностями
станка (и в некоторых случаях приспособления); 7) вызываемыми
неточностью изготовления рабочего инструмента; 8) обработки,
возникающими в результате тепловых деформаций отдельных
звеньев технологической системы.
Характер и условия возникновения перечисленных первичных
погрешностей подробно рассматриваются в курсах основ техноло-
гии машиностроения [7]. В настоящем учебнике отмечаются лишь
специфические вопросы образования этих погрешностей в услови-
ях автоматизированного производства и основные мероприятия по
уменьшению и устранению этих погрешностей. Последнее необхо-
димо в целях стабилизации качества производимой продукции
и более редкого вмешательства обслуживающего персонала для
регулирования хода технологического процесса.
При недостаточной жесткости обрабатываемых заготовок и го-
товых деталей возникают погрешности в результате действия
остаточных напряжений в их материале. Применяемые в обычном
45
производстве меры борьбы с остаточными напряжениями (естест-
венное или искусственное старение после предварительной обра-
ботки заготовок) в условиях автоматизации менее удобны, так
как они удлиняют цикл изготовления изделий и нарушают непре-
рывность их производства. На точность изделий автоматизирован-
ного производства влияют факторы, не имеющие место в обычных
условиях: погрешности, вносимые системой автоматического
управления, погрешности передачи обрабатываемого или собирае-
мого объекта с одной позиции автоматического устройства на
последующие и другие погрешности, зависящие от конкретных
условий.
Рассмотрим погрешности, возникающие при обработке на стан-
ке с циклической системой автоматики. Перед обработкой станок
предварительно настраивают, т. е. устанавливают инструмент
и приспособление в такое положение, при котором обеспечивается
выдерживание заданного размера в партии заготовок. Оно оста-
ется неизменным до очередного регулирования, вызываемого раз-
мерным износом инструмента или новой наладкой при его смене.
При использовании приспособлений возникает погрешность
установки (погрешность положения заготовки на станке). Она
состоит из погрешностей базирования еб, закрепления е3 и поло-
жения заготовки еПр, вызываемой неточностью приспособления.
Погрешность базирования, представляющая собой разность
предельных расстояний от измерительной базы обрабатываемой
заготовки до установленного на размер режущего инструмента,
имеет место при несовмещении измерительной и технологической
(установочной) баз (при совмещении этих баз еб = 0). Для раз-
личных схем установки ее определяют геометрическими расчета-
ми. Она зависит от допуска на размер, связывающий измеритель-
ную и технологическую базы, и погрешности формы последней;
характеризуется полем рассеяния положений измерительной базы
при установке партии обрабатываемых заготовок в приспособ-
ления.
Погрешность закрепления — это разность предельных расстоя-
ний от измерительной базы до установленного на размер инстру-
мента в результате смещения обрабатываемых заготовок от дей-
ствия зажимной силы. Для партии заготовок эта погрешность
равна нулю, если величина смещения хотя и велика, но постоянна.
В этом случае координата середины поля допуска выполняемого
размера может быть скорректирована настройкой Ьтанка. Изме-
рительная база заготовки смещается в результате деформации
звеньев цепи, через которую передается зажимная сила (заготов-
ка, установочные элементы приспособления и его корпус). При
обработке заготовок в приспособлениях-спутниках на автоматиче-
ских линиях Измерительная база смещается в результате контакт-
ных деформаций в местах касания спутника с направляющими
для его перемещения. Это смещение происходит не под действи-
ем силы, закрепляющей заготовку в приспособлении, а в резуль-
тате закрепления самого спутника в рабочей позиции специаль-
46
ными зажимными устройствами. Значительная и обычно основ-
ная часть общего смещения происходит в результате контактных
деформаций в местах касания установочных элементов приспо-
собления и базовой поверхности заготовки. В технологических
расчетах величину перемещений можно найти по установленной
экспериментально зависимости вида
У = Cqm,	(2.2)
где С —коэффициент, зависящий от материала и состояния (ка-
чества) базовой поверхности заготовки; q — удельное давление
в местах контакта, кгс/мм2; zn = 0,44-0,6—показатель степени,
определяемый экспериментально.
Погрешность положения заготовки епР— следствие неточного
изготовления приспособления, износа его установочных элементов,
а также ошибок установки приспособления на станке. Эта вели-
чина регламентируется определенными нормами и периодически
контролируется в процессе эксплуатации приспособления; при
обработке в приспособлениях-спутниках на автоматических лини-
ях на нее влияет также износ их опорной нижней поверхности.
Составляющие eg, е3 и епр имеют направленность выполняемого
размера и представляют собой поля рассеивания случайных вели-
чин, распределение которых можно в первом приближении при-
нять подчиняющимся нормальному (Гауссовому) закону.
Погрешность базирования может быть значительно уменьшена
соответствующим выбором установочной схемы или сведена
к нулю совмещением технологической и измерительной баз (прин-
цип совмещения баз). Для повышения точности обработки особое
значение имеет правильная простановка выдерживаемых разме-
ров. Во всех случаях необходима простановка выдерживаемых на
47
данной операции размеров от одной (желательно технологиче-
ской) базы. На рис. 2.1, а в качестве примера показана схема
установки и закрепления силой Q обрабатываемой заготовки 1
в приспособление 2; при этой схеме выдерживается принцип
совмещения баз, так как нижняя плоскость заготовки является
одновременно технологической и измерительной базой. Заданные
при растачивании отверстий размеры Hi и Н2 будут выдержаны
без погрешности базирования.
Погрешности закрепления могут быть значительно уменьшены
рациональным выбором конструкции, размеров и расположения
опор приспособления (при этом стремятся уменьшить контактные
деформации в местах касания опор с базовыми поверхностями
заготовки), места приложения и направления зажимной силы
(сила не должна вызывать такого смещения измерительной базы
заготовки, которое влияет на выдерживаемый размер), повыше-
нием жесткости несущих элементов приспособления, а также
использованием зажимных механизмов, обеспечивающих постоян-
ство зажимной силы. Для автоматизированного производства ха-
рактерно применение пневматических и гидравлических силовых
приводов прямого действия, обеспечивающих достаточно высокое
постоянство зажимной силы. В случае обработки в приспособле-
ниях-спутниках закрепление заготовок осуществляют механиче-
скими самотормозящимися устройствами (обычно винтового типа),
приводимыми в действие от силовых узлов и расположенных на
загрузочной позиции автоматической линии.
На рис. 2.1,6 показана схема, иллюстрирующая образование
погрешности закрепления 83 при выдерживании размера Н от
верхней плоскости заготовки 1 до фрезеруемой площадки. На
рис. 2.1, в дан график, поясняющий определение погрешности за-
крепления, возникающей в результате контактных деформаций
в местах касания нижней базовой плоскости заготовки 1 с устано-
вочными элементами 2 приспособления. Из графика видно, что
величина е3 — функция нестабильности зажимной силы Q и неод-
нородности качества поверхности базовой плоскости заготовки,
т. е. величины С в выражении (2.2). Более точно величину_е3
определяют с учетом контактных деформаций в местах сопряже-
ния опорных пластинок 2 (рис. 2.1,6) с корпусом 3 приспособле-
ния и корпуса приспособления со столом 4 станка. На рис. 2.1, г
показан график, поясняющий возникновение дополнительных
(меньших по величине) составляющих погрешностей закрепления.
Величина Q' — это сила прижатия опорных пластинок к корпусу
приспособления посредством винтовых креплений, а величина С'
характеризует контакт опорных пластинок с корпусом. Величина
е3 — первая дополнительная составляющая погрешности закреп-
ления. Вторая составляющая е3 возникает в результате контакт-
ных деформаций в местах сопряжения корпуса приспособления
со столом станка под действием силы Q". Этот случай характерен
48
при фиксировании приспособления-спутника на позиции автома-
тической линии. Из рассмотрения дополнительных составляющих
погрешности закрепления следует, что для их уменьшения необ-
ходимо увеличивать значения сил Q' и Q". При этом условии ве-
личины вз и е3 уменьшаются, так как их определяют на пологих
участках кривых контактных деформаций.
Погрешность положения заготовки еПр, вызываемая неточно-
стью приспособления, определяется ошибками изготовления
и сборки его установочных элементов еус, их прогрессирующим
износом ей, а также ошибками установки и фиксации приспособ-
ления на станке ес. Составляющая еус характеризует неточность
положения установочных элементов приспособления. При исполь-
зовании приспособления на одном автомате или полуавтомате она
представляет собой систематическую постоянную погрешность,
которую можно в этом случае полностью устранить соответствую-
щей настройкой станка. При использовании нескольких одинако-
вых (приспособлений-дублеров и приспособлений-спутников)
и многоместных приспособлений эта величина не компенсируется
настройкой станка и входит полностью в состав еПр. Технологиче-
ские возможности изготовления приспособлений обеспечивают
выдерживание составляющей еус в пределах 0,01-4-0,005 мм, а для
прецизионных приспособлений — и с более высокой точностью. Со-
ставляющая еи характеризует изменение положения контактных
- поверхностей установочных элементов в результате их износа
в процессе эксплуатации приспособления и представляет собой
величину, изменяющуюся во времени. Интенсивность износа уста-
новочных элементов зависит от их конструкции и размеров, мате-
риала и веса заготовки, состояния ее базовой поверхности, а так-
же условий установки заготовки в приспособление и снятия ее.
Исходя из требуемой точности установки, износ установочных эле-
ментов регламентируют заранее рассчитанной величиной. Если
износ достиг предельно допустимой величины, меняют установоч-
ные элементы. При обработке заготовок средних размеров по
2—3-му классам точности допустимая величина еи обычно не пре-
вышает 0,015 мм. Установочные элементы выполняют из закален-
ной стали. Нередко их хромируют или наплавляют твердым спла-
вом, что уменьшает износ соответственно от 2 до 10 раз. Величины
еус и еи показаны на примере двухместного приспособления
(рис. 2.2, а) и приспособления-спутника автоматической линии
(рис. 2.2,6). Из рисунков видно, что эти величины непосредствен-
но влияют на выдерживаемый при обработке размер Я.
Износ установочных элементов - неравномерен по их рабочей
поверхности, характерные эпюры которого показаны на рис.
2.2, в, г, д. Опорные пластинки 1 (рис. 2.2, в) изнашиваются боль-
ше с той стороны, откуда действует автоматический заталкива-
тель заготовок в рабочую полость приспособления (показано
стрелкой). Уменьшения износа можно достигнуть, в частности,
при обработке тяжелых заготовок, увеличивая несущие поверх-
ности пластинок на участке наибольшего износа (устанавливают
4 1273	49
вторую укороченную пластинку 2) . При износе призм 1 (рис. 2.2, г)
на их боковых плоскостях образуются продольные лунки (эпюра
износа 3). В этих местах целесообразно делап? наплавку твердо-
го сплава.2 или применять вставные твердосплавные пластинки.
На рис. 2.2, д показана эпюра износа установочного пальца Л Его
концевую часть полезно хромировать или наплавлять твердым
сплавом.
Износ установочных элементов приспособлений в автоматизи-
рованном производстве часто бывает больше, чем в обычном. Это
обусловлено тем, что в автоматизированном производстве заго-
товки устанавливают механически простым поступательным
движением (вдвиганием по планкам), в обычном производстве —
сверху вручную или при использовании подъемных механизмов
и при этом износ установочных элементов соответственно умень-
шается.
Составляющая е0 возникает в результате смещений и переко-
сов корпуса приспособления на столе, планшайбе или шпинделе
станка. В массовом производстве при однократном неизменном
закреплении приспособления на станке эту величину доводят вы-
веркой до определенного минимума; она постоянна в течение
эксплуатации данного приспособления. Часто ее устраняют (ком-
пенсируют) соответствующей настройкой станка. В серийном про-
изводстве имеет место многократная периодическая смена приспо-
соблений на станках; постоянная величина е0 превращается при
этом в декомпенсируемую случайную величину, изменяющуюся
в определенных пределах. Аналогичное явление наблюдается на
автоматических линиях при использовании приспособлений-спут-
ников. Применением направляющих элементов (шпонки для Т-об-
разных пазов стола, центрирующие пояски, фиксаторы) и рацио-
50
нальным назначением зазоров в их сопряжениях величину ес мож-
но уменьшить до 0,014-0,02 мм.
Величины еус, ес и еи характеризуют расстояние между пре-
дельными проекциями измерительной базы обрабатываемых заго-
товок на направление выполняемого размера. В проектных техно-
логических расчетах их нужно рассматривать как поля рассеяния
случайных величин. При этом условии можно написать
епр = Vfelsyc 4- fe2eH + ^2ес 	(2.3)
Коэффициенты ki, &2, k3 характеризуют отклонения действи-
тельного распределения от нормального. Распределение еус и ес
близко к нормальному, поэтому &1 = &з=1. Распределение еи близ-
ко к закону равной вероятности. При этом £2 = 3.
Приняв распределение Еб, е3 и еПр по нормальному закону, най-
дем величину
£ =	+ ез 4~ £пр •	(2.4)
Величины Еб, е3 и Епр часто сопоставимы по своим значениям.
При соблюдении принципа совмещения баз Еб = 0. Уменьшение
величин Ез и Епр важно при точной обработке. В условиях автома-
тизации необходим их анализ в целях сокращения е и обоснован-
ного составления технических условий на изготовление приспособ-
ления. При обработке деталей на автоматических станках часто
применяют устройства (досылатели), обеспечивающие плотный
контакт базовых поверхностей детали с опорами приспособления
перед ее закреплением. Применяют также специальные датчики,
контролирующие контакт баз детали с опорами приспособления.
Величина е при точной обработке нередко достигает 30% от сум-
марной погрешности обработки; при предварительной обработке
ее удельный вес снижается.
Для размеров, связывающих поверхности, обработанные при
одном закреплении заготовки, погрешность установки равна нулю.
Этот случай характерен для обработки деталей из прутка на авто-
матах, на агрегатных станках, станках с программным управле-
нием типа обрабатывающий центр и др.
Повышая степень концентрации технологических переходов,
•можно уменьшить погрешность обработки, устраняя на ряде опе-
раций погрешность установки.
В условиях автоматизации важно обеспечить легкость очистки
приспособлений от стружки и грязи, так как стружка на устано-
вочных элементах приспособления приводит к значительным по-
грешностям установки обрабатываемой заготовки и браку. При
передаче приспособлений-спутников с последней позиции автома-
тической линии на исходную позицию их пропускают через уст-
ройства для очистки от стружки: стационарные установки обдувки
сжатым воздухом в сочетании с отсосом стружки, установки для
смывания стружки струями охлаждающей жидкости и различные
устройства механического типа.
51
Для автоматизированного производства характерно более пол-
ное выполнение принципа постоянства баз, что способствует повы-
шению точности взаимного положения поверхностей детали, уни-
фикации приспособлений на различных операциях обработки,
сокращению количества изменений положения заготовки (соби-
раемого узла). Последнее очень важно, так как для каждого изме-
нения положения обрабатываемой заготовки необходимо специ-
альное устройство, что усложняет средства автоматизации
в целом.
Погрешности, вызываемые деформациями технологической си-
стемы под влиянием сил резания. Они имеют большое значение
при предварительной обработке. На чистовых операциях их удель-
ный вес в суммарной погрешности уменьшается. Эти дефор-
мации вызывают погрешности формы обрабатываемых по-
верхностей в результате неоднородности снимаемого припуска
и неравномерной жесткости системы пр отдельным сечени-
ям заготовки.
Погрешность формы обрабатываемой поверхности при одно-
инструментной однопроходной обработке можно определить
в функции непостоянства снимаемого припуска и неоднородности
механических свойств материала в различных сечениях заго-
товки:
Л __ /	__ /	— (С	_
“ф — ‘•ост шах ‘ост min шах^зад max
Qnin/зад min)( 1/Узаг ~Г V/'инс)»	(2-5)
где /ост max и /ост mm — наибольшая и наименьшая остаточные глу-
бины резания в различных сечениях заготовки; Стах =
— CymsixSypHBmax', Cmin= CymtaSypHB min ; /зад max И /зад mln—наиболь-
шая и наименьшая величина глубины резания (припуска) в раз-
личных сечениях заготовки; s — подача, мм/об; /заг — жесткость
системы заготовка — приспособление — узлы станка, на которых
заготовка закрепляется при обработке; /ИНс — жесткость системы
инструмент — приспособление — узлы станка, на -которых закреп-
лен инструмент; хр и ур— показатели степеней; Сутах и C?ymm —
наибольшее и наименьшее значения коэффициентов в формуле
силы резания; учитывает возрастание этой силы от прогрессирую-
щего затупления режущей кромки; HBm&yi и 77Вт1П)—наибольшая
и наименьшая твердость материала заготовки.
На рис. 2.3,а показана схема образования погрешности формы
обрабатываемой поверхности для рассмотренного выше случая,
где линии / — образующая заготовки;- 2— заданная образующая
детали; 3 — получаемая образующая в результате отжимов резца
и заготовки. Принимая при обработке индивидуальной заготовки
/зад и С постоянными, но максимальными по своим значениям,
можно найти погрешность формы обрабатываемой поверхности
в функции непостоянства жесткости технологической системы
в различных сечениях заготовки:
52 -
~(^осттах - А»стт1п) — ^тах^зад max [( 1/7заг mln 4“
4“ V/*HHcmin) (V/загтах + 1/Лнс min)],	(2.6)
На рис. 2.3, б показана схема образования погрешности фор-
мы поверхности для случая, когда величины /зад, С и /Инс посто:
янны.
Из приведенных формул видно, что погрешности формы обра-
батываемых поверхностей можно уменьшить выравниванием жест-
кости технологической системы, повышением точности формы
поверхности исходных заготовок, улучшением однородности меха-
нических свойств материала заготовок, а также качества приме-
няемого режущего инструмента.
Деформации технологической системы вызывают также по-
грешности размеров при обработке партии заготовок. Для данного
сечения заготовки, в котором лежит выполняемый размер, жест-
кость технологической системы можно считать постоянной. Соот-
ветствующая погрешность выполняемого размера (рис. 2.3, в)
д — /	_/	— (С	_
“у ‘•ост max	‘•ост min ’— \'~'maxt зад max
^min/зад min)( VAar И- U/инс)-	(2-7)
В этой формуле значения величин те же, что и в ранее приве-
денных,- Коэффициенты Сушах и Cymln, входящие В величины Стах
и Стш, при обработке партии заготовок дополнительно учитывают
возрастание силы резания от допустимого отклонения в геометрии
заточки инструмента. Погрешность выполняемого размера в пар-
тии заготовок можно сократить, если повышать жесткости элемен-
тов системы в данном сечении, уменьшать допуски на размеры
исходных заготовок (повышением точности выполнения загото-
вок), улучшать однородности механических качеств материала
заготовок и качества материала режущего инструмента и повы-
шать точность геометрии его заточки.
При погрешностях взаимного расположения базовой и обра-
батываемой поверхностей заготовки происходит копирование
первичных погрешностей. В условиях упругой технологической
53
(2.8)
системы при обработке партии заготовок и выдерживании разме-
ра в данном сечении с постоянной жесткостью технологической
системы значения коэффициента уменьшения погрешностей
t	б\пах^3ад max	^'т1п^зад min
/by	j	1
‘зад max ‘зад min
Уменьшения значения k7 можно достичь путем тех же меро-
приятий, что и в предыдущем случае.
Приведенные формулы носят общий характер. На их основе
могут быть выведены частные зависимости для различных случа-
ев одноинструментной обработки. При многоинструментной обра-
ботке по принципу параллельной концентрации технологических
переходов погрешности рассчитывают по отдельным обрабатывае-
мым поверхностям заготовки. Для каждой поверхности погреш-
ность формы может быть найдена вычислением t0Ct в ее разных
сечениях. Расчет ведут в такой последовательности. Для каждого
сечения определяют величину, точки приложения и направление
равнодействующих сил резания, приложенных к заготовке и ин-
струментальным блокам. Зная жесткость технологической систе-
мы, находят упругие перемещения заготовки и инструментальных
блоков. Для данных сечений определяют значения /0Ст. Разность
значений /ост max и /ост mm дает погрешность формы данной поверх-
ности. Величину Ду в данном сечении можно найти по предель-
ным значениям равнодействующих.
Для повышения точности многоинструментной обработки нуж-
но увеличивать жесткость технологической системы, выравнивать
ее неравномерность в различных сечениях заготовки, повышать
точность исходных заготовок, устранять по возможности разно-
временный вход и выход режущих инструментов из работы, так
как это приводит к появлению ступенек на обрабатываемых по-
верхностях детали.
Погрешности формы и взаимного расположения поверхностей.
Они вызываются деформацией маложестких обрабатываемых
деталей от сил закрепления. Эти погрешности характерны для
тонкостенных колец, гильз и корпусных деталей. Как и в обычном
производстве, их уменьшают выбором рациональной схемы уста-
новки и закрепления обрабатываемой детали, а также повышени-
ем жесткости приспособления. Непостоянство сил закрепления Q
заготовок предопределяет изменение погрешности формы Дф от
Дфтт до Дфтах. Величина Дф состоит из двух частей: постоянной
и переменной. Постоянная определяется значением Дфтш, пере-
менная— разностью Дфтах—Дфтш. В условиях автоматизации для
уменьшения погрешности обработки величину зажимной силы
стабилизируют, применяя пневматические и гидравлические за-
жимные устройства прямого действия. При их использовании
отношение переменной части к постоянной невелико (менее 0,1);
поэтому в расчетах точности можно принимать Дф за постоянную,
определяемую по минимальному значению зажимной силы Qmm.
54
На рис. 2.3, г показана схема закрепления тонкостенного коль-
ца в трехкулачковом патроне. Погрешность формы поверхности
кольца
Дф = 2(у,+ у2) = [2/?3/(Е7)](0,016 + 0,014)Q,	(2.9)
где R — радиус окружности, проходящей через нейтральную ось
поперечного сечения кольца, мм; Е — модуль упругости материа-
ла кольца, кгс/мм2; J — момент инерции поперечного сечения
кольца, мм4; Q — сила на кулачке, кгс.
При минимальном значении зажимной силы Q погрешность
формы
Дфт1п= l0,06/?3/(^)]Qm>n-	(2.10)
В условиях автоматизированного производства погрешности
формы следует рассчитывать или определять экспериментально.
Расчеты этих погрешностей даны в литературе по технологии ма-
шиностроения и конструированию приспособлений [7].
Размерный износ режущего инструмента при обработке пар-
тии небольших деталей практически влияет только на точность их
размеров. Погрешности формы обрабатываемых поверхностей при
этом весьма незначительны и их можно во внимание не прини-
мать.
Зная для данных условий обработки величины относительного
и0 и начального ыНач износа (мкм), можно определить размерный
износ (мкм) режущего инструмента по нормали к обрабатывае-
мой поверхности на длине пути резания L (м):
Ди = «нач + «оА/1000.	(2.11)
При £>1000 м эта формула дает удовлетворительные резуль-
таты. Если £<400-Ьб00 м, то размерный износ (мкм)
Ди = (Миач + ЛИоК/Л,	(2.12)
где /] — путь резания на котором заканчивается период первона-
чального (ускоренного) износа инструмента, (£</]), м.
При обработке стали инструментами из твердого сплава
ио = 2-у10 мкм/км и иНач=2-т-8 мкм. При использовании эльбора
эти величины уменьшаются в 100 раз и больше, а алмаза
в 1000 и более раз.
Приведенные основные зависимости могут быть использованы
для расчета пути (времени) резания, через который меняют или
подналаживают режущий инструмент при установленной допусти-
мой величине размерного износа.
Уменьшают влияние размерного износа на точность обработ-
ки, применяя режущий инструмент из более стойких материалов
(твердые сплавы, минералокерамика, кубический нитрид бора,
алмаз), улучшая геометрию режущей части инструментов (резцы
с широкой режущей кромкой работают с большой подачей и отно-
55
сительно мало изнашиваются), своевременно контролируя износ
и проводя поднастройку инструмента (вручную или автоматиче-
ски). Последнее мероприятие, однако, не может быть применено
для жестких мерных режущих инструментов (зенкеры, развертки,
протяжки, фасонные фрезы и др.). Большие возможности откры-
вает в условиях автоматизации производства использование режу-
щих инструментов с неперетачиваемыми сменными пластинками
твердого сплава, а также покрытие их карбидом титана (слой
44-8 мкм) или двойное покрытие (карбид и нитрид титана, кар-
бид титана и окись алюминия).
Если заготовки обрабатывают на многоинструментных станках
или автоматических линиях, то поднастраивают и меняют зату-
пившийся инструмент в регламентированные перерывы времени
(обычно в перерывы между рабочими сменами или в обеденный
перерыв). Режимы резания рассчитывают так, чтобы размерная
стойкость лимитирующих инструментов была не ниже указанного
времени. На рис. 2.4, а показана. схема многоинструментной на-
ладки для обтачивания ступенчатой заготовки, а на рис. 2.4,6 —
график протекания размерного износа применяемых режущих ин-
струментов (1, 2, 3).,По оси абсцисс отложен суммарный путь
резания каждого инструмента за время установленной стойкости
инструментальных наладок, а по оси ординат — размерный износ.
Вертикальными столбиками показаны допуски на выдерживаемые
диаметральные размеры ступеней обрабатываемой заготовки. Из
графика, видно, что инструмент 1—лимитирующий по размерной
стойкости, так как величина его размерного износа составляет
большую часть допуска на обработку, поэтому необходимо преду-
смотреть подналадку инструмента до его смены. Количество под-
наладок определяется точностным расчетом. Для ориентировочных
56
расчетов можно считать, что размерный износ при чистовой обра-
ботке не должен превышать 30% от допуска на выполняемый
размер.
Погрешности настройки и поднастройки станка. Они заметно
влияют на суммарную погрешность обработки в условиях автома-
тизации при узких допусках на выполняемые размеры. В настоя-
щее время известно два принципиально различных метода на-
стройки: по первому режущий инструмент устанавливают после-
довательным приближением к заданному настроечному размеру
в результате обработки на станке пробных деталей, размеры кото-
рых проверяются универсальными измерительными инструмента-
ми или предельными калибрами (по данным проверки пробных
деталей определяют величину и направление необходимого сме-
щения режущего инструмента); по второму режущий инструмент
устанавливают на станке в требуемое заранее рассчитанное поло-
жение по эталону или вне станка на специальных приборах (при
использовании сменных суппортов, расточных скалок, револьвер-
ных головок и других устройств). Сущность и теория этих мето-
дов настройки изложена в трудах по основам технологии машино-
строения.
Погрешность настройки первым методом для поверхностей
вращения (по пробным деталям)
Дн — 2 ^(Дпзм Н- ^г^рег ^зДрасч ,	(2.13)
где klt k2, k3 — коэффициенты, учитывающие отклонение закона
распределения подкоренных величин от нормального закона (зна-
чения этих коэффициентов изменяются в пределах 1,04-1,5);
Дизм — погрешность измерения пробных деталей (зависит от типа
измерительного инструмента); Дрег— погрешность регулирования
положения режущего инструмента при настройке (или подна-
стройке) станка; Драсч=±о/|/г п— погрешность метода расчета
смещения режущего инструмента; о — среднее квадратическое
отклонение, характеризующее точность данного метода обработ-
ки; п — количество пробных деталей.
Погрешность настройки вторым методом (по эталону)
Дн = V +-Муст ,	(2.14)
где Дат — погрешность изготовления эталона; Дуст — погрешность
установки инструмента по эталону.
Величины ДЭт можно брать в пределах 10ч-20 мкм, а Дуст —
в пределах 20ч-30 мкм.
Погрешность настройки режущих инструментов вне станка при
использовании современной оптической аппаратуры может быть
существенно уменьшена по сравнению с настройкой по эталону.
Эта погрешность
Дн = УМв’ыв + Миоз ,	(2.15)
57
где Лвыв — погрешность выверки инструмента вне станка; Дпоз —
погрешность позиционирования (фиксации) инструментального
блока на станке. Значения величин ДВыв и Дпоз можно принимать
104-20 мкм.
Настройка первым методом (по пробным деталям) обеспечи-
вает высокую точность; она ограничивается погрешностями мето-
дического и метрологического характера. При малом количестве
пробных деталей точность настройки сильно снижается. Более
высокая точность настройки обеспечивается при использовании
шкальных измерительных инструментов; применение жестких ка-
либров для той же точности настройки требует большего количе-
ства пробных деталей. Настройка по пробным деталям трудоемка.
В массовом производстве при обработке на автоматах на нее за-
трачивается до 20% общего фонда времени. В условиях автома-
тизации этот метод настройки применяют для сравнительно про-
стых станков с малым количеством инструментов и небольших
дешевых деталей. К недостаткам метода следует отнести то, что
он малопригоден для автоматических линий и станков •многопози-
ционного и многоинструментного типа и что часть пробных дета-
лей идет в брак. Это совершенно неприемлемо для сложных и до-
рогих деталей.
Настройка вторым методом (по эталону и вне станка) менее
трудоемка и обеспечивает лучшее использование средств автома-
тизации во времени. Использование этого метода не связано
с тратой пробных деталей, его преимущества особенно видны для
операций с многоинструментным оснащением и для станков с ПУ.
Для настройки по эталону не требуются наладчики высокой ква-
лификации, так как средства контроля точности настройки про-
сты и надежны.
Уменьшение погрешностей настройки ' вне станка достигают,
повышая точность изготовления фиксирующих устройств и при-
меняя зажимные устройства (например, плунжерного типа), уст-
раняющие смещение режущих инструментов при их закреплении
на станке.
Настройка по эталону удобна для условий автоматизированно-
го производства, особенно при высокой степени концентрации
технологических переходов. Она достаточно точна при выполне-
нии операций чистовой, получистовой и предварительной обработ-
ки. При выполнении операций тонкой обработки, что более харак-
терно для станков одноинструментного типа, настройка по проб-
ным деталям может дать более высокую точность. Это видно из
результатов расчета величины Дн по (2.13) и (2.14).. Точность
настройки по эталону в этом случае снижается еще в результате
того, что на нее влияет не только положение инструмента по нор-
мали к обрабатываемой поверхности, но и его смещения по высоте
и углу установа.
Настройка вне станка перспективна, удобна для обработки
с многоинструментным оснащением и сокращает простои оборудо-
вания на смену режущих инструментов. Погрешности настройки
58
вне станка несколько больше погрешностей настройки по пробным
деталям.
При решении вопросов настройки станка важно не только най-
ти величину Дн, представляющую собой поле допуска на настроеч-
ный размер или разность между наибольшим и наименьшим
настроечными размерами, но и правильно расположить это поле
относительно поля допуска б на выдерживаемый размер. На
рис. 2.4, в показана схема расположения этих полей для настрой-
ки методом пробных деталей. Одностороннее расположение поля
Дн создает резерв работы без поднастройки, так как по мере из-
носа режущего инструмента постепенно используется все поле
допуска б. Риск брака по занижению выполняемого размера при
чистовой обработке невелик, так как величина Дн представляет
значительную долю допуска б. При предварительной обработке
относительная доля Дн в поле допуска б уменьшается и риск бра-
ка возрастает. Однако на последующих чистовых переходах обра-
ботки этот брак может быть устранен.
На рис. 2.4, г дана схема взаимного расположения полей допу-
сков Дн и б для случая настройки по эталону и на специальных
приборах вне станка. Как видно из схемы, поле величины Дн ча-
стично смещено за пределы поля допуска б. Это смещение равно'
минимальной величине упругого отжатия элементов технологиче-
ской системы г/mm, величину которого берут по тому сечению
обрабатываемой поверхности заготовки, где жесткость технологи-
ческой системы наибольшая. При многоинструментной наладке
величину j/mtn определяют по равнодействующей усилий резания
от всех режущих инструментов. В данном случае по мере износа
режущего инструмента также постепенно используют все поле
допуска б.
Показанные на рис. 2.4, в и г размеры Стщ и Стах — мини-
мальные и максимальные настроечные размеры. Расположение
полей допусков на этих рисунках справедливо для тех случаев,
когда размерный износ режущего инструмента и тепловые дефор-
мации технологической системы увеличивают выдерживаемый
размер. Если тепловые деформации уменьшают выдерживаемый
размер, то поле допуска Дн должно быть смещено в сторону наи-
большего предельного размера обрабатываемой детали.
Число поднастроек технологической системы можно опреде-
лить из схемы, изображенной на рис. 2.4, д. Здесь б — допуск на
выдерживаемый размер; L\ — путь резания за время принятой
стойкости режущего инструмента; uLi — размерный износ режу-
щего инструмента за путь резания Lx. Принимая допустимый износ
до поднастройки Ди=£б при k<\, получим число поднастроек
Ц=«ы/Ди, которому соответствует число пик на графике. При
чистовой обработке можно принять £ = 0,25-4-0,3. Если п<1, то
работают без поднастроек.
Геометрические неточности станков, а в некоторых случаях
и приспособлений. Геометрические неточности вызывают постоян-
ные систематические погрешности формы и взаимного расположе-
59
ния поверхностей обрабатываемых заготовок. Уменьшают эти
погрешности (до необходимых величин) с помощью соответству-
ющих уменьшений геометрических неточностей станков, а также
повышением их износоустойчивости и введением удобных средств
регулирования. С течением времени геометрические неточности
станков вследствие прогрессирующего износа их элементов (на-
правляющих, опор) и увеличения зазоров в сопряжениях возра-
стают. Износ при этом обычно бывает неравномерным по величи-
не. б результате этого погрешности формы взаимного расположе-
ния поверхностей непрерывно увеличиваются.
На рис. 2.5, а показан характерный график изменения точности
станков с течением времени t. На этапе I (кривая /) геометриче-
ские погрешности станка за сравнительно короткое время возра-
стают на 204-30%. На этапе II погрешность увеличивается мед-
ленно и станок может находиться в эксплуатации несколько лет.
На этапе III геометрические погрешности растут ускоренно до
окончательной потери точности. С возрастанием износа.и геомет-
рических погрешностей станка уменьшается его жесткость, что
дополнительно снижает точность обработки.
Горизонтальная линия 1—1, показанная на рисунке, характе-
ризует необходимую точность станка по условиям получения про-
дукции заданного качества, вертикальная линия 2—2— требуе-
мый срок эксплуатации станка по условиям выпуска заданного
количества изделий. Точка А пересечения линии 1—1 с кривой 1
определяет срок ремонта станка для восстановления его -работо-
способности по точности обработки.
Учитывая характер снижения точности станка во времени его
эксплуатации, новый станок принимают не по величине Дц а по
величине До. Часто при приемке в технических условиях оговари-
60
вают получение первоначальной точности в пределах 0,5 Aj. Этим
обеспечивается длительная работа станка без ремонта, что очень
важно в условиях автоматизации производства.
Задача конструкторов и технологов станкостроительных заво-
дов заключается в том, чтобы кривую изменения точности станка
во времени эксплуатации расположить не только ниже, но и при-
дать ей более пологий характер. Так, кривая 2 пересекает линию
2—2 в точке В, лежащую Ниже прямой 1—1. Следовательно, за
весь срок эксплуатации станка не потребуется ремонт для восста-
новления его точности. Длительность этапа / при этом сокраща-
ется, а этапа II возрастает.	'
Повышение точностной характеристики станка во времени
обеспечивается- улучшением его конструкции, применением более
качественных материалов, а также совершенствованием техноло-
гий его изготовле'йия.
Проблема повышения точности связана с решением важной
задачи обеспечения малых перемещений узлов металлорежущих
станков. В существующих конструкциях станков, где используют-
ся направляющие скольжения, плавные перемещения осущест-
вить трудно из-за скачкообразного характера трения скольжения;
узлы станков перемещаются при малых подачах не плавно,
а рывками. Это затрудняет точную установку рабочих органов
станка в заданное положение. В современном автоматическом обо-
рудовании все чаще используют направляющие качения, шарико-
вые винтовые пары в механизмах точной подачи, принципы воз-
душной подушки для перемещения тяжелых узлов, а также анти-
скачковые масла в узлах трения скольжения.
В сложных кинематических цепях важно уменьшать зазоры
в сопряжениях или производить их выборку при осуществлении
рабочих перемещений. На рис. 2.5,6 показана схема передачи
движения суппорту 1 токарного автомата от кулачкового вала 2
через рычажно-реечный механизм. При подходе суппорта в свое
конечное положение он соприкасается с жестким упором 3 и в ме-
ханизме создается натяг от применения податливых (упруго
деформируемых) звеньев передающего механизма. Сила прижа-
тия суппорта к упору должна быть больше радиальной составля-
ющей силы резания. В этом случае обеспечивается стабильное
конечное положение суппорта и предупреждаются его упругие
отжатия.
Погрешности, вызываемые неточным изготовлением режущего
инструмента. Они имеют большое значение при обработке отвер-
стий, пазов, резьб, зубчатых венцов, шлицевых и фасонных по-
верхностей. При обработке перечисленных элементов, имеет место
перенос (копирование) размеров инструмента на обрабатываемые
поверхности. Таким образом, задача повышения точности обра-
ботки непосредственно связана с необходимостью повышения точ-
ности изготовления режущих инструментов.
В условиях автоматизации применяют более точные режущие
инструменты, чем в обычном производстве. Этим гарантируется
61
повышение точности обработки деталей, создается запас точности
и уменьшается вероятность появления брака продукции.
Рассмотрим пример образования суммарной погрешности диа-
метра отверстия при обработке партии заготовок мерным режу-
щим инструментом (сверление, зенкерование, развертывание). На
рис. 2.5, в показана схема расположения полей допусков на диа-
метр нового инструмента би, на его допустимый износ Аи и сум-
марной погрешности диаметра А обрабатываемого отверстия. На
этой схеме атщ— минимальная и атах— максимальная разбивки
отверстия. Уменьшая величины би и Аи до значений би и Аи, а так-
же величины amin и атах до значений а min и атах (это обеспечи-
вается улучшением качества заточки инструмента и повышением
точности расположения хвостовика к его рабочей части), можно
существенно сузить поле суммарной погрешности диаметрального
размера. На рис. 2.5, а величина А] характеризует суженное поле
суммарной погрешности при обработке отверстий более точным
инструментом. Приняв заданный допуск на диаметр отверстия
равным А, получим коэффициент запаса точности
k = A/At = A/(ctmax4~ + Аи — ®mln).	(2.16)
Пользуясь изложенной методикой, можно решать и обратную
задачу: по заданным величинам A, k, amax и amin устанавливать
величины би и Аи. В частности, при fe=l и минимальных значе-
ниях amax И би МОЖНО, расширив Ди, увеличить срок службы
инструмента.
Погрешности, вызываемые тепловыми деформациями техноло-
гической системы. Они вызываются выделением тепла в зоне реза-
ния, в узлах трения от электродвигателей, а также от внешних
источников. Нагреву подвергаются все элементы технологической
системы. Тепловые деформации станка происходят в результате
ротерь на трение в механизмах и гидроприводах. Много тепла
передается станку смазочно-охлаждающей жидкостью, отводя-
щей тепло из зоны резания, а также от встроенных электродвига-
телей. Отдельные части станка нагреваются до 50° С. Разница
в температуре нагрева станины станка может достигать 10° С.
В этих условиях станина теряет правильную форму и взаимное
положение на ней основных элементов станка, нарушается, сме-
щается центр настройки, возникают погрешности формы и взаим-
ного положения обрабатываемых поверхностей заготовки.
В работе станка наблюдаются два характерных периода: от
пуска до получения теплового равновесия и последующий период
до окончания работы. Первый период характерен постепенным
повышением температуры станка; при втором достигается его ста-
ционарное тепловое состояние, так как подвод тепла уравновеши-
вается его отводом. Уменьшение тепловых деформаций станка
обеспечивают выносом встроенных основных электродвигателей;
охлаждением масла гидросистем станка, пропуская его через спе-
62
циальные «холодильники», направлением тепловых деформаций
в те стороны, которые не влияют на точность обработки, защитой
винтов подачи от теплового воздействия, а также отводом тепла
от наиболее нагреваемых мест станка через испол'ьзуемые в по-
следнее время тепловые трубы.
Внутренняя поверхность труб выложена пористым веществом, пропитанным
рабочей жидкостью (ацетон, эфир, жидкий аммиак). Воздух из труб удален;
при нагреве одного конца трубы жидкость в ней закипает, тогда у другого
(холодного) конца пары конденсируются, осуществляя перенос тепла. Теплопро-
водность таких труб в тысячи раз превышает теплопроводность сплошного
металла.
Возможно также применение адаптивных систем для управле-
ния тепловыми деформациями. При большом числе «управляе-
мых» размеров эти системы становятся, однако, весьма сложными
и малопрактичными.
Тепловые деформации обрабатываемых заготовок наиболее
ощутимы при многоинструментной обработке, больших размерах
обрабатываемых поверхностей, малой массе заготовок (тонкостен-
ные конструкции) и ведении процесса обработки без охлаждения
(обработка серого чугуна и других материалов). Уменьшения
тепловых деформаций достигают обильным подводом охлаждаю-
щей жидкости в зону резания (обработка стали); повышением
скорости резания, в результате чего большая доля тепла отводит-
ся в стружку; чередованием операций с большим и меньшим на-
гревом заготовки; устранением накопленного в заготовках тепла,
достаточной по времени выдержкой на транспортирующем устрой-
стве или в накопителе. На рис. 2.6, а показан график изменения
температуры заготовки при предварительной (период /) и после-
дующей чистовой обработке (период II), которая сопровождается
малым выделением тепла. Заштрихованная зона характеризует
колебание температуры заготовок в партии, обусловленное непо-
63
стоянством припуска на обработку и твердостью материала заго-
товок. Из графика видно, что при чистовой обработке возникает
постоянная погрешность заданного размера
Дл=а2./,	(2.17)
где а — коэффициент линейного расширения обрабатываемого ма-
териала; L — выдерживаемый при обработке размер; / — средняя
температура нагрева заготовок для данного момента времени.
Величина t не постоянна. Ее поле рассеяния Д' определяет поле
рассеяния величины Al, которое далее обозначается через Дт. Ве-
личина Ат не компенсируется настройкой системы и полностью
входит в суммарную погрешность обработки. В неблагоприятных
случаях величина Al может достигать десятых долей миллимет-
ра, а величина Ат — сотых долей миллиметра (при обработке
средних и крупных заготовок).
На рис. 2.6, б показана более рациональная схема обработки.
После предварительной обработки, сопровождающейся сильным
нагревом заготовок, следуют операции с малым выделением теп-
ла (сверление мелких отверстий, снятие заусенцев и т. п.), а за-
тем чистовая обработка. В этом случае величины A', Al и А'т
уменьшаются в несколько раз и практически влиянием тепловых
деформаций заготовки на точность обработки можно пренебречь.
Наиболее просто тепловые деформации заготовки находятся
в предположении ее постоянного температурного поля. Это доста-
точно точно выдерживается, если поверхность заготовки обраба-
тывают за несколько проходов, за несколько последовательно вы-
полняемых переходов, а также несколькими режущими инстру-
ментами (например, в случае многорезцового обтачивания). Сред-
нюю температуру нагрева заготовки (град) можно определить
делением полученного ее тепла резания Q на ее теплоемкость:
t^QHcpV),	(2.18)
где с — удельная массовая теплоемкость материала заготовки,
ккал/кг-град; р — плотность материала заготовки, кг/см3; V —
объем заготовки, см3.
Величина тепла резания (ккал)
Q = 1О2А/6О/оа/427,	(2.19)
где N — мощность резания, кВт; t0 — основное время, мин; а —
коэффициент, характеризующий долю тепла резания, поглощаемо-
го заготовкой. Обычно <2 = 0,14-0,5, причем большее значение отно-
сится к обработке отверстий. В свою очередь N определяется по
режимам резания и характеристике обрабатываемого материала.
По (2.18) можно приближенно найти установившуюся темпе-
ратуру режущего инструмента, зная поглощаемую им долю теп-
ла резания а= (0,14-0,4), а по ней тепловое удлинение инструмен-
та Дт.
64
Удлинение инструмента (резца), соответствующее моменту
времени т от начала работы,
А,—Дт(1 — е-^4),	(2.20)
где е — основание натуральных логарифмов.
Во время перерывов в работе, длительность которых равна
промежуткам времени между основными временами (t0) выпол-
няемых операций, резец охлаждается.
На рис. 2.6, в показан график изменения длины резца при обра-
ботке партии заготовок. Если работа протекает ритмично, что
имеет место при циклической системе автоматизации, то переры-
вы времени t процесса резания одинаковы по продолжительно-
сти, и тепловые деформации резца постоянны для всех обрабаты-
ваемых заготовок. При отсутствии ритмичности (рис. 2.6,г), что
бывает в рефлекторных системах автоматизации, тепловые дефор-
мации резца получаются различными, и рассеяние размеров заго-
товок в партии будет большим. В автоматических станках со сред-
ствами активного контроля погрешности обработки, вызываемые
тепловыми деформациями технологической системы, могут быть
частично или полностью устранены. Кроме рассмотренных, в усло-
виях автоматизации возникают дополнительные погрешности
обработки, вызываемые системами автоматического управления.
При обработке на станках с программным управлением (ПУ)
имеют место погрешности подготовки и воспроизведения управ-
ляющих программ. На этих станках нередко происходят потери
импульсов, возникают погрешности позиционирования рабочих
органов (суппортов, кареток, столов, шпинделей), в результате их
инерционных перебегов и нечеткой работы системы управления
©танка, что вызывает погрешности размеров формы и взаимного
положения обрабатываемых поверхностей.
При обработке заготовок на агрегатных станках и автомати-
ческих станочных линиях также имеют место погрешности пози-
ционирования, когда заготовки перемещаются из одной позиции
в другую. Эти погрешности возникают при неточном исполнении
и износе индексирующих устройств оборудования. В результате
образуются дополнительные погрешности заданных размеров
и взаимного положения поверхностей (несоосность, неперпендику-
лярность, непараллельность).
При обработке на многопозиционных автоматах и полуавто-
матах, агрегатных станках и автоматических линиях часто воз-
никают нарушения преемственности рабочих позиций оборудова-
ния; при передаче заготовки с одной позиции на последующие оси
инструментов на этих позициях не занимают идентичного поло-
жения относительно заготовки. Следствием этого являются допол-
нительные погрешности размеров и взаимного положения обрабо-
танных поверхностей заготовок. Нарушение преемственности
рабочих позиций имеет место и в сборочном оборудовании, что
вызывает затруднения выполнения сборки изделий.
5 1273
65
Из приведенного видно, что в условиях автоматизации'на точ-
ность обработки влияет большее число факторов, чем в обычном
производстве. Следовательно, допустимые значения погрешностей,
вызываемых отдельными факторами, уменьшаются. В частности,
геометрические погрешности автоматического оборудования долж-
ны быть меньшими, чем обычного. Обоснование норм точности
этого оборудования более сложно и методически разработано
недостаточно полно.
$ 2.3. СУММИРОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ И ВЫЯВЛЕНИЕ
ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ
На суммарную погрешность механической обработки влияет
ряд технологических факторов, каждый из которых вызывает
первичную погрешность. Суммарная погрешность определяет тех-
нологический допуск, т. е. допуск на промежуточные размеры
заготовки по технологическим переходам. Правильное назначение
этих допусков весьма важно при проектировании технологических
процессов массового и автоматизированного производств, когда
применяются средства циклической автоматики. Суммируя пер-
вичные погрешности, определяют их состав и удельный вес в об-
щей (суммарной) погрешности, выявляют возможность и целе-
сообразность уменьшения отдельных погрешностей соответствую-
щим построением технологического процесса. Зная структуру
суммарной погрешности, можно обоснованно найти значения пер-
вичных погрешностей для обеспечения заданной точности обра-
ботки при принятом коэффициенте запаса точности. При опреде-
лении суммарной погрешности наиболее полно выявляются
преимущества расчетно-аналитического метода по оценке факти-
ческой точности, изысканию путей ее повышения и установлению
возможностей уменьшения трудоемкости и себестоимости изго-
товления изделий.
Рассмотрим определение суммарной погрешности достаточно
большой партии заготовок, считая, что их устанавливают в спе-
циальные приспособления и обрабатывают за большое количество
настроек. Суммарная погрешность, или поле рассеяния выполняе-
мого размера,
К _______________________________________
А = i + ^2®2 + ^зАн + ^$Аи -|-Х5Дт+ ХдДД, -г
+ ДЛ2+ЕДф,	(2.21)
где t — коэффициент, определяющий процент риска получения
брака при обработке (обычно принимают t=3, пр.и этом процент
брака равен 0,27); Xi, Xs...Хе — коэффициенты, зависящие от
формы кривых распределения соответствующих первичных по- ~
грешностей (для кривой распределения, близкой к нормальной,
Х=1/9, для кривой, равной вероятности и в случае, когда о кри-
66
вой распределения мало сведений, рекомендуется принимать
Х=1/3, для кривой распределения, близкой к треугольнику,
Х= 1/6); величины Да1 и Да2— характеризуют дополнительные
погрешности, вызываемые системой автоматического управления
или специфическими особенностями обработки на данном автома-
тическом оборудовании, причем Да1 — поле рассеяния случайных
величин, Да2 — постоянная погрешность для данного случая обра-
ботки. Величины Ду, е, Дн, Ди и Дт рассматривались в § 2.2.
Все подкоренные величины (Ду ... Да1) представляют собой
поля рассеяния случайных величин. Величина 2Дф характеризует
суммарную погрешность формы обрабатываемой поверхности. Для
данных условий — это постоянная величина, поэтому вынесена за
знак радикала *.
Для окончательной обработки рекомендуется брать коэффи-
циент / = 3, для предварительной обработки t=24-2,5 без риска
получения брака на последующей окончательной обработке.
При t — З и значениях М = ^2 = Хз= 1/9 и Х4 = Х5 = Хб=1/3 выра-
жение (2.21) примет вид
Д = Г' Ду-Н2+ Д^ + ЗД^ + ЗДт +ЗДХ + Да, + 2Дф. . (2.22)
В случае определения суммарной погрешности диаметральных
размеров составляющая е=0. Если партия заготовок сравнитель-
но невелика, то член Дн также может быть исключен. Тогда сум-
марная погрешность как разность предельных размеров обрабо-
танных заготовок уменьшается. При обработке очень малых
партий заготовок может оказаться, что фактическая суммарная
погрешность меньше рассчитанной по приведенным формулам.
Это обусловлено тем, что размерный износ инструмента опреде-
ляется не заранее регламентированной величиной Ди, а действи-
тельной (меньшей), получаемой в данных конкретных условиях.
Кроме того, при малых партиях разность предельных значений
припусков и твердости материала заготовок, по которой опреде-
ляют величину Ду, также уменьшается.
При выполнении точностных расчетов определяют не только
величину (поле) суммарной погрешности выполняемого размера,
но и координату середины этого поля относительно принятого на-
чала координат. Эта координата нужна для установления настро-
ечных размеров и припусков на обработку.
При индивидуальном изготовлении детали на станке с ПУ
суммарная погрешность выполняемого размера
Д = Ду + Дн + Ди + Дт + Дет + Дд + Д3,	(2.23)
где Ду — погрешность, получаемая в результате упругих отжатий
элементов технологической системы; Дн — погрешность установки
режущего инструмента на размер; Ди — погрешность в результате
* Величина-?Дф входит в состав Д потому, что погрешность формы обра-
батываемой поверхности охватывается допуском на ее размер.
К*
67
размерного износа режущего инструмента; Дт — погрешность, вы-
зываемая тепловыми деформациями технологической системы;
Дет — погрешность, вызываемая геометрическими неточностями
станка; Да — погрешность, вносимая системой программного
управления; Д3 — погрешность в результате деформации техноло-
гической системы от зажимных сил.
Величины Ди, Дет и частично Дт учитывают при установке ин-
струмента на размер не по обрабатываемой, а по одной из смеж-
ных поверхностей детали. Величина Ди в этом случае определяет-
ся по всему промежуточному комплексу обрабатываемых поверх-
ностей. Величины Дот и Дт вычисляются при переходе инструмен-'
та от сечения его установа к сечению, в котором выдерживается
заданный размер детали.
Величины, входящие в (2.23), в отличие от (2.21) не поля рас-
сеяния, а детерминированные величины. Они не являются строго
постоянными, их значения колеблются в известных пределах. Ве-
личина Д представляет собой среднее значение суммарной погреш-
ности. Поле рассеяния Д можно найти вероятностным суммиро-
ванием переменных (случайных) частей величин, входящих
в (2.23). Поле рассеяния (переменная часть) Д в несколько раз
меньше ее среднего значения.
Для каждой конкретной операции целесообразно производить
самостоятельный отдельный анализ точности, выявляя наиболее
эффективные возможности 'ее повышения. Подобный анализ но-
сит комплексный характер, если исследованию подвергаются не
отдельные операции, а процесс в целом. Расчет проектируемого
процесса на точность состоит из следующих этапов: 1) подробный
анализ технологического процесса по всем операциям и перехо-
дам в целях выявления первичных погрешностей, вызываемых
отдельными технологическими факторами; 2) определение расче-
том или по нормативным материалам величины первичных по-
грешностей и их влияния на точность размеров и другие точност-
ные характеристики изделия; 3) суммирование первичных погреш-
ностей в целях установления общей (результативной) погреш-
ности обработки на каждой операции; 4) выявление на основе
анализа результатов расчета возможностей устранения или
уменьшения первичных погрешностей, в результате чего намеча-
ются, конкретные мероприятия по повышению точности выполне-
ния отдельных операций.
Анализируют точность действующих и внедряемых технологи-
ческих процессов статистическими методами, сущность которых
подробно изложена в специальной литературе и в трудах по тех-
нологии машиностроения.
Наиболее распространен метод оценки точности на базе кри-
вых распределения. Этот метод применим в условиях производ-
ства большого количества одинаковых деталей. В качестве самой
приближенной меры точности исследуемого процесса обработки
может служить поле рассеяния W размеров х. Величину поля рас-
сеяния берут по полигону распределения (рис. 2.7, а) или по дан-
68
ным измерения обработанных деталей. Чем уже поле рассеяния W,
тем точнее исследуемый технологический метод.
В большинстве случаев кривые распределения размеров мало,
отличаются от кривой Гаусса. При этом условии точность иссле-
дуемого метода может быть оценена по правилу «шести сигм». На
основе измерений обработанных деталей (берут п-артию в пять-
десят штук) вычисляют среднее квадратическое отклонение о,
а затем точность метода определяется произведением 6о. Этот
Рис. 2.7
метод объективен и универсален. Его можно применять для оцен-
ки точности самых различных технологических методов. Сущест-
венный недостаток данного метода в том, что он не вскрывает
сущность физических явлений и что на его базе не выявляются
конкретные возможности повышения точности.
Другой метод исследования точности основан на построении
точечных диаграмм. По горизонтальной оси откладывают номера
деталей в той последовательности, как они сходят- со станка. По
вертикальной оси в виде точек откладывают результаты измере-
ния деталей. Длину подобных диаграмм можно значительно со-
кратить, если по горизонтальной оси откладывать не номера
деталей, а номера групп деталей (рис. 2.7,6), причем в каждую
группу входит одинаковое количество последовательно снимае-
мых со станка деталей. По вертикальной оси откладывают сред-
ние арифметические значения размеров деталей, входящих в каж-
дую группу. При помощи точечных диаграмм легко выявить
общую тенденцию изменения выполняемых размеров с течением
времени. На этих диаграммах хорошо видно, например, влияние
размерного износа режущего инструмента на изменение выдер-
живаемых при обработке размеров. На основе точечных диаграмм
могут быть выявлены постоянные и систематические закономерно
изменяющиеся погрешности, установлена их величина и интен-
сивность влияния на суммарную погрешность обработки.
69
Метод точечных диаграмм при большом объеме выпускаемой
продукции часто заменяют методом точностных диаграмм
(рис. 2.7,в). В последних кроме кривой, характеризующей изме-
нение средней арифметической размеров групп деталей хСр, при-
водятся кривые изменения средних квадратических отклонений о
и кривые изменения поля рассеяния W во времени. Точностные
диаграммы более универсальны. К недостатку относится то, что
при наличии нескольких закономерно изменяющихся системати-
ческих погрешностей они не разделяются, а их влияние на
суммарную погрешность (поле рассеяния) оценивается комп-
лексно.
Точностные диаграммы позволяют оценить технологические
процессы во времени их протекания по устойчивости и стабиль-
ности признаков качества производимой продукции. Устойчивость,
характеризует во времени постоянство величины хСр, стабильность
поля рассеяния W. Объективно оценивают устойчивость и ста-
бильность, сопоставляя амплитуды изменения величин хср и W
с полем допуска б. Устойчивость и стабильность процесса счита-
ют достаточными в обычном производстве, если амплитуда изме-
нения указанных величин < (0,4-4-0,5) б, а для условий автома-
тизированного производства <(0,54-0,7)6. Рассмотренные методы
оценки и анализа точности технологических процессов применя-
ются там, где количество выпускаемой продукции велико. Эти
методы, однако, не выявляют полностью причины невыдержива-
ния заданной точности, что необходимо при отладке новых техно-
логических процессов и устранения брака в действующем произ-
водстве.
Большие возможности для анализа точности выполнения отдельных техно-
логических Операций при небольших количествах обрабатываемых деталей дает
метод оценки по нарастающим значениям средней арифметической результа-
тов измерения. Средняя арифметическая для всей совокупности деталей из
п шт.
п
хс.р п = ——	xi >	(2.24)
та"
где Xi — текущее значение измерения t-й детали.
Нарастающее значение средней арифметической для i-й детали
i
,	->-ср I — -т—xt-	(2.25)
На рис. 2.7, г линия 1 характеризует текущие размеры деталей х, в сово-
купности из п количества деталей, линия 2— значение хСрп и линия 3— нара-
стающее значение хСРг. Для n-й детали xOpi=xCpn. Точки линии 1- наносят на
график по результатам измерения деталей в порядке съема их со станка, а ор-
динаты точек линии 3 вычисляют по (2.25). Линия 3 может приближаться
к линии 1, а в отдельных случаях и пересекать ее.
Причины, вызывающие погрешности обработки, можно разбить на две
основные категории причин. Первая сопутствует процессу от его начала и яв-
70
ляется функцией от времени работы станка или от количества обработанных
деталей (размерный износ режущего инструмента); вторая не зависит от коли-
чества деталей. Эти причины возникают в процессе обработки и имеют долго-
временный или кратковременный характер. Отдельные причины подчиняются
ясно выраженному периодическому закону. Их величина является функцией
времени протекания процесса. Кроме перечисленных определенных, на процесс
влияют случайные причины. Они отклоняют размеры деталей равновероятно
в обе стороны от средней арифметической всей совокупности деталей. Откло-
нение накапливающейся средней арифметической под влиянием этих причин
с возрастанием числа деталей приближается к нулю. Практически влиянием слу-
чайных причин на накапливающуюся среднюю арифметическую можно прене-
бречь.
На рис. 2.8, а показано влияние причины, следующей линейному закону
(приближенно выражающему износ инструмента), на изменение накапливаю-
щейся средней. По оси абсцисс отложено количество деталей п, а по оси орди-
нат— значения величин xcpt, хСрп, для данной совокупности деталей. На
рис. 2.8, б представлено влияние периодически изменяющейся во времени при-
чины (кривая /) на накапливающуюся среднюю (кривая 2). Горизонтальная
прямая характеризует арифметическую среднюю всей совокупности деталей.
Кривая 2, имеющая затухающий характер, приближается с течением времени
к этой прямой. Причина рассмотренного характера обычно лежит в эксцент-
ричном вращении частей станка, влияющих на размер обрабатываемой заготов-
ки, например при эксцентричном вращении ведущего круга бесцентрово-шли-
фовального станка. На рис. 2.8, в показано влияние длительно действующей по-
стоянной причины а, возникающей после £-й детали и сохраняющей свое
влияние до конца обработки партии п.
Накопленная арифметическая средняя для i-й детали (i>k)
xcpi = <J — k)afi.	(2.26)
После преобразований получим уравнение гиперболы (кривая 1)
п(хп —- «) = — ka = const.	(2.27)
71
На рис. 2.8, г (кривая 1) представлено влияние на xCpi внезапно возник-
шей после й-й детали кратковременной причины b (заготовка с преувеличен-
ным припуском или с повышенной твердостью материала). Уравнение этой
кривой будет гипербола, так как
b = nbi = const,	(2,28)
где bi — изменение хСр( на i-й детали.
Рассмотренные причины можно распознать на графиках накапливающейся
средней для различных методов механической обработки. На рис. 2.8, д в ка-
честве примера приведен один из таких графиков, из анализа которого сделаем
следующий вывод.
Наличие постепенного подъема кривой указывает на действие определен-
ной систематически действующей причины, зависящей от количества обрабо-
танных деталей. Затухающая форма начального участка кривой говорит о дей-
ствии причины периодического характера. Заметный подъем кривой в точке Л
свидетельствует о появлении долгодействующей постоянной причины, которой
может быть, например, разрегулирование станка.
Рассмотренный метод анализа точности позволяет обнаружить и устранить
систематические причины, уменьшающие точность обработки. При необходи-
мости ' каждой систематической причине может быть дана и количественная
оценка. Метод позволяет наглядно выявить на начальных участках кривой скач-
ки и периодические колебания; последние, однако, могут быть смешаны с обыч-
ными колебаниями случайных отклонений.
Недостаток метода — затухающий характер кривой; при количестве дета-
лей в партии, большем 30-J-40, многие существенные особенности хода техноло-
гического процесса становятся малозаметными.
При анализе технологических процессов расчеты точности
нередко затрудняются отсутствием явно выраженной связи между
отдельными погрешностями обработки, носящими случайный ха-
рактер, и погрешностями, возникающими на смежных технологи-
ческих переходах. В этом случае для решения частных задач при-
меняют корреляционный анализ технологических процессов. Он
позволяет выявить наличие, вид и силу связи между исследуемы-
ми погрешностями. Установив эту связь, можно, воздействуя на
предыдущую операцию, повысить точность на данной операции
(в каждом случае эти связи носят конкретный частный характер).
При незначительном изменении условий обработки изменяются
и связи между погрешностями. Корреляционный анализ нельзя
применять там, где нет физической взаимосвязи исследуемых
явлений; формально установленная связь в этом случае не имеет
практического смысла и не может быть использована для анализа
точности технологических процессов. В простейшем случае кор-
реляционные связи можно выявить, построив график, по осям
которого отложить сопоставляемые показатели точности или ка-
чества производимой продукции. Если точки располагать в диа-
гональном направлении через координатную плоскость, то корре-
ляция существует. Если точки разбросаны по всей плоскости или
заполняют площадь, ограниченную замкнутой кривой, приближа-
ющейся к окружности, то корреляционной связи нет.
В общем случае корреляционный анализ выполняют по мето-
дике, излагаемой в специальной литературе.
72
§ 2.4. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ НА СТАНКАХ
С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Станки с ПУ — сравнительно новый вид металлорежущего
оборудования. Они находят широкое применение в машинострои-
тельной промышленности, а конструкции их непрерывно развива-
ются и совершенствуются.
Производственные наблюдения показывают, что в настоящее
время на токарных и фрезерных станках с ПУ устойчиво дости-
гается 4-й класс точности и лишь в отдельных случаях удается
получить 3-й класс. Такое положение не удовлетворяет требова-
ния промышленности. Поэтому необходимо вести поиск путей
повышения точности обработки на станках с ПУ. Принципиально
правильный путь — в анализе первичных погрешностей и выявле-
нии возможности их уменьшения или полного устранения.
Рассмотрим решение данной задачи на примере токарной
обработки на станке с ПУ. Помимо осуществления самого про-
цесса обработки необходимо подготовить управляющую програм-
му, а затем воспроизвести ее, передавая команды от программо-
носителя к исполнительным органам станка. Кроме ранее рас-
смотренных первичных погрешностей, здесь возникает дополни-
тельная, вносимая системой программного управления. Она состо-
ит из погрешностей подготовки Адп и воспроизведения Аав про-
граммы. Погрешность подготовки программы в каждом конкрет-
ном случае обработки партии заготовок — величина постоянная,
т. е. она входит в (2.22) за знаком радикала и заменяет (кон-
кретизирует) собой величину Аа2- Она включает в себя погреш-
ности вычисления координат опорных точек траектории движения
инструмента, погрешности аппроксимации и интерполяции. По-
грешности вычисления координат опорных точек имеют малые
значения; если большие погрешности легко выявляются, то малые
не всегда могут быть обнаружены и устранены при последующем
контроле программы.
Погрешностью аппроксимации называют погрешность, возни-
кающую в результате замены криволинейного контура между
опорными точками обрабатываемого профиля близким к нему
прямолинейным или криволинейным контуром. На рис. 2.9, а по-
казан пример замены криволинейной поверхности на участке АВ
отрезком прямой 1 (линейная аппроксимация), участком парабо-
лы 2 (параболическая аппроксимация) и дугой окружности 3
(круговая аппроксимация). Из рисунка видно, что погрешность
аппроксимации а —чисто геометрическая величина. Ее можно
уменьшить до сколь угодно малого значения, сближая точки
А и В.
Погрешность интерполяции возникает в результате замены
аппроксимирующих прямых или криволинейных отрезков ступен-
чатой линией и неточной работой различных устройств интерпо-
ляторов. На рис. 2.9, б показаны схемы замены наклонного участ-
ка прямой ступенчатой линией, образуемой поочередным включе-
73
нием продольной и поперечной подачей станка. В результате это-
го возникает первая часть погрешности интерполяции и\. Она как
геометрическая величина может быть уменьшена сокращением
длины и высоты ступенек ломаной линии и увеличением радиуса г
режущей кромки инструмента.
Рис. 2.9
Величина и.\ при обработке ступенями с большим шагом ост-
роконечным резцом (верхняя схема) значительно больше, чем
при обработке с малым шагом ступеней (средняя схема). На
нижней схеме видно, что при большом радиусе закругления режу-
щей кромки г вершины ступенчатой линии срезаются и значение
«1 уменьшается. В результате неточной работы исполнительных
устройств интерполяторов возникает вторая >часть погрешности
интерполяции и2, которая вызывается неравномерной передачей
импульсов, ограничением быстродействия считывающих устройств,
а также дискретностью памяти интерполятора.
Погрешность аппроксимации обычно составляет не более
0,1-7-0,15 допуска на обработку детали. При обработке цилиндри-
ческих, конических и плоских торцовых поверхностей, а также
поверхностей вращения, образующие которых представляют со-
бой дуги окружности, погрешность аппроксимации равна нулю.
Погрешность интерполяции, включающая величины «1 и и2, обыч-
но меньше погрешности аппроксимации. Вся величина ДЛп не
превышает 0,24-0,25 допуска на обработку детали.
Погрешность воспроизведения программы при обработке пар-
тии заготовок — случайная величина, входящая в (2.22) под зна-
ком радикала. Эта погрешность зависит от системы ПУ и кон-
струкции привода подач рабочих органов станка. Величина Аав
включает в себя погрешности обработки от потери импульсов, по-
грешности обработки в результате ошибок работы привода подач
из-за наличия зазоров в передающей цепи, погрешности положе-
ния рабочего органа станка (погрешность позиционирования),
возникающей под влиянием нестабильности сил и моментов тре-
ния в направляющих при пуске и остановке.
74
Для уменьшения погрешностей обработки целесообразно в ка-
честве программоносителя применять перфоленту взамен магнит-
ной ленты. В процессе хранения возможно размагничивание
последней. Этого недостатка у перфоленты нет.
Погрешность позиционирования оказывает существенное влия-
ние на точность обработки. На величину погрешности позициони-
рования большое влияние оказывает скорость перемещения и по-
дачи рабочего органа. С ростом скорости растет и погрешность
позиционирования. Ее резкое увеличение происходит при скоро-
стях, превышающих 100 мм/мин. Если скорость перемещения
рабочего органа превышает эту величину, то следует предусмат-
ривать ступенчатое торможение при подходе его в заданное поло-
жение. Погрешность позиционирования не зависит от длины
перемещения рабочего органа станка. Рост силы сопротивления
перемещению рабочего органа повышает точность позиционирова-
ния. Поле рассеяния уменьшается, однако центр группирования
его смещается в отрицательную сторону (сторону недобегов).
Повышения точности обработки можно добиться, предварительно
вводя в управляющую программу величину смещения центра
группирования поля рассеивания погрешности позиционирования,
т. е. производя «искажение» программы. Величина последнего
зависит от конкретных условий обработки и должна определяться
в каждом отдельном случае экспериментально. Уменьшения по-
грешности позиционирования и соответственно точности обработ-
ки можно достичь, применяя замкнутые системы ПУ (системы
управления с обратной связью). Если в обычных (разомкнутых)
системах точность позиционирования составляет 0,01-т-0,02 мм, то
в замкнутых системах она может быть повышена до 0,005 мм,
а иногда и выше.
Погрешности позиционирования уменьшают, заменяя трение
скольжения трением качения (вводя соответствующие опоры),
применяя аэростатические опоры (нагнетая воздух между на-
правляющими станины и кареткой) и используя вибрационные
устройства подачи.
Рассмотрим теперь возможности повышения точности обработ-
ки на станках с ПУ за счет уменьшения других составляющих,
входящих в (2.22).
Величина Ау представляет собой поле рассеяния выдерживае-
мого размера в данном сечении. Погрешности этого размера
в партии заготовок возникают в результате упругих деформаций
технологической системы под влиянием нестабильности сил реза-
ния. При заданных пределах изменения глубины резания, твер-
дости материала заготовок и усилий резания величина Ау прини-
мает для конкретных условий вполне определенное значение. При
обработке деталей на обычных универсальных станках Ау в об-
щем балансе суммарной погрешности обработки составляет око-
ло 20%. Станки с числовым ПУ имеют более жесткую конструк-
цию; собирают их более тщательно. Поэтому при обработке дета-
лей на этих станках величина Ду уменьшается до 54-10% от сум-
75
маркой погрешности. На этих станках обработку производят по
методу автоматического получения размеров. В большинстве слу-
чаев детали обрабатывают с одной установки при большом объе-
ме снимаемого металла. Обработку ведут одним или несколькими
последовательно сменяемыми инструментами.
Рассмотрим обработку ступенчатого вала в центрах токарного
станка с ПУ. На основе общей зависимости (2.7) можно полу-
чить расчетную формулу для определения Ду и остаточного сече-^
ния toe? для любого поперечного сечения заготовки:
Лб +	+ ЗЕП - Луп }	U29)
_ iг	с /хр Г Р —। W02 ।
— к°тах4зад max ' ^т1п4зад min '	"1	:------г
Уп.б	•'з.б
X3(Z — Х)2	1
3EJI	/суп
(2.30)
где х — расстояние от переднего центра до рассматриваемого се-
чения, мм; I — длина заготовки, мм; /п.б — жесткость узла перед-
ней бабки станка, кгс/мм; /З.б — жесткость узла задней бабки
станка, кгс/мм; /суп—жесткость суппорта станка, кгс/мм; Е —
модуль упругости материала детали, кгс/мм2; / — момент инерции
поперечного сечения эквивалентного по жесткости со ступенча-
той деталью вала, мм4.
Три первых слагаемых в квадратных скобках представляют
собой развернутое выражение величины 1//заг, а слагаемое
1//оуп — величины 1//инс. Погрешности обработки /ост, полученные
по выражению (2.29) для различных сечений заготовки, отсчиты-
вают от заданной теоретической образующей обработанной по-
верхности.
Расчет упругих деформаций ступенчатых валов трудоемок.
Замена ступенчатого вала эквивалентным гладким валом диамет-
ром d3 и той же длины L упрощает задачу. Для валов с односто-
ронним утолщением и для валов с утолщением посредине соот-
ветственно найдем
п	/ п
d3 = ЪЩЦ d3 = у ^dyilL ,	(2.31)
где ddi — диаметр и длина z-й шейки вала; п — число ступеней
вала.
Ошибка расчета прогиба вала по этим значениям d3 не пре-
вышает 15%. При расчете погрешности формы отдельных шеек*
погрешность уменьшается до 5%. Если на валу имеется местное
утолщение большого диаметра и малой длины (фланец на конце
или узкий бурт посредине), то его не следует учитывать при рас-
чете.
76
Экспериментальная проверка прогиба ступенчатых валов
с утолщением посредине показала, что действительный прогиб
больше расчетного, выполненного по условию (2.31), и меньше
расчетного по условию (2.28). При сопоставимой длине ступеней
разность значений растет с увеличением перепада диаметров
шеек вала.
Для уменьшения Ау при обработке валов на токарных стан-
ках с ПУ следует стабилизировать качество материала заготовок,
т. е. уменьшать разность значений Стах и Cmin. При обработке
валов за несколько проходов влияние погрешностей размеров
заготовки на точность готовой детали сильно уменьшается. Одна-
ко при использовании в качестве заготовок штамповок с малыми
припусками на обработку погрешности размеров заготовок могут
оказать большее влияние на точность размеров готовой детали.
Рис. 2.10
На рис. 2.10, а дана схема обработки ступенчатого вала. Пунк-
тирными линиями показаны контуры гладкого эквивалентного
вала диаметром da. При обтачивании вала его шейки под влия-
нием деформации технологической системы получаются бочкооб-
разными. Бочкообразность (погрешность формы) шейки а рав-
на 2у. Величина у может быть вычислена по формуле (2.6) как
разность /ост max и /ост min в двух сечениях данной шейки.
Устранение погрешности формы при обработке на станках
с ПУ может быть достигнуто тремя путями.
Первый путь заключается в том, что шейку обтачивают с пе-
ременной подачей; по мере продвижения резца к месту наиболь-
шего прогиба подача уменьшается. Закон изменения подачи
в функции пути можно установить на основе зависимости (2.29),
приняв /0CT=’COnst.
Второй путь заключается в преднамеренном искажении тра-
ектории движения резца. Для устранения возникающей при обта-
чивании бочкообразности резец должен перемещаться не парал-
лельно оси вала, а по кривой. В результате этого создается
«встречная» бочкообразность, наложение которой с бочкообраз-
77
ностью, получаемой при обтачивании, погрешность формы обра-
батываемой шейки может быть устранена. На рис. 2.10, а пунк-
тирная линия — предыскаженная траектория движения резца.
Из рисунка видно, что при перемещении резца от сечения 1—1
к сечению 2—2 он приближается к оси заготовки на величину у,
т. е. на величину погрешности формы шейки а. Траектория
предыскажения, являясь зеркальным отражением образующей
обточенной шейки, может быть рассчитана по ранее приведенным
формулам и заложена в управляющую программу.
Третий путь — это применение на станках с ПУ адаптивных
систем. Имеющиеся на этих станках регулируемые приводы пода-
чи позволяют уменьшить погрешности обработки стабилизацией
силы резания. Указанные мероприятия позволяют уменьшить по-
грешность обработки в 24-3 раза.
Погрешность установки заготовок класса валов на токарных
станках с ПУ зависит в основном от точности изготовления цент-
ровых гнезд. Для обеспечения точного выполнения осевых разме-
ров от левого торца заготовки до подрезаемых уступов необходи-
мо выдерживать глубину центровых гнезд с малым допуском.
В этом случае в погрешность осевого размера непосредственно
входит допуск на глубину центровых гнезд как погрешность бази-
рования. Некруглость несущей поверхности центровых гнезд влия-
ет на погрешность формы обрабатываемой поверхности в попереч-
ном сечении. При предварительной и чистовой обработке это влия-
ние невелико. При отделочной обработке оно возрастает. Некруг-
лость центровых гнезд в этом случае ограничивают 8-? 10 мкм,
что достигается их растачиванием или шлифованием.
Большее значение имеет смещение и перекос осей центровых
гнезд. Эта погрешность вызывает кромочное касание центров
станка с центровыми отверстиями (рис. 2.10,6). В процессе обра-
ботки происходит смятие кромок гнезд, что влечет за собой изме-
нение положения оси заготовки, обусловливающее искажение
_	и
ормы поверхностей вала и погрешности их взаимного положе-

ния. Для уменьшения этих погрешностей рекомендуется величину
смещения центровых гнезд С ограничивать 0,14-0,2 мм или при-
менять тороидные гнезда (рис. 2.10, в) по ГОСТ 14034—68. При
использовании тороидных гнезд устраняется также кромочное ка-
сание из-за несовпадения углов конуса центров и центровых
отверстий, повышаются жесткость установки и точность обра-
ботки.
Для станков с ПУ некруглость центровых отверстий допуска-
ется при токарной обработке до 8 мкм и при шлифовании до
5 мкм. При обработке на станках с ПУ рекомендуется размеры
центровых отверстий брать на один номер больше, чем на обыч-
ных станках. Это обеспечивает их меньший износ в условиях
более длительной многопроходной обработки.
Значительную долю в балансе суммарной погрешности обра-
ботки занимает погрешность настройки. Ее величина достигает
504-70 мкм, что составляет 404-45% всей суммарной погреш-
78
ности. Специфично для токарных станков с ПУ то, что резец на-
страивают в точку, расположенную вне детали. Эту точку назы-
вают нулевой и она является началом цикла обработки. В на-
стоящее время широко применяют настройку инструментальных
блоков вне станка, осуществляемую на специальных оптических
приспособлениях. Точность этого метода настройки зависит от
измерительного устройства оптического приспособления, точности
изготовления инструментального блока (особенно его установоч-
ных и фиксирующих элементов), а также точности установки
и закрепления инструментального блока иа станке. Расчет по-
грешности настройки вне станка можно производить по (2.15).
Величина Двыв колеблется в пределах 5-4-15 мкм, а ДПоз достига-
ет 40 мкм. В целом погрешность настройки составляет 40-4-50 мкм.
На современных станках с ПУ широко используют револьверные
головки и поворотные резцедержатели. Погрешности фиксации
этих устройств, достигающие 15-4-20 мкм, дополнительно увеличи-
вают погрешность настройки станка, которая в этом случае воз-
растает до 50-4-60 мкм. Ввиду того что перечисленные составляю-
щие имеют значительную величину, рекомендуется производить
настройку вне станка как предварительную, а окончательную по
пробной детали, используя имеющееся на современных станках
корректирующее кнопочное устройство для быстрого установа
режущего инструмента на размер. В станках с ЧПУ возможно
применение средств активного контроля и автоматических подна-
ладчиков, работающих от управляющей программы станка. При-
менение их позволяет повысить точность обработки на
1-г-2 класса.
Для станков с ПУ характерна концентрированная обработка
с частой сменой обрабатываемых деталей. Удельный вес основно-
го времени в штучном велик. В результате погрешности, вызы-
ваемые тепловыми деформациями технологической системы,
достигают величин, соизмеримых с полями допусков на выпол-
няемые размеры. Применение смазочно-охлаждающих жидкостей
практически устраняет погрешности, вызываемые нагревом резца
и заготовки, однако тепловые деформации станка остаются. Их
влияние на точность обработки составляет 10-4-15% от величины
суммарной погрешности. Уменьшают эти погрешности, проводя
мероприятия конструктивного характера. В частности, можно вы-
равнивать температурное поле передней бабки станка, а шпин-
дель располагать по ее оси симметрии. Для уменьшения нагрева
передней бабки и станины двигатель главного привода целесооб-
разно выносить за пределы станка.
Погрешность Ли, вызываемая размерным износом режущего
инструмента, составляет 10-4-20% от суммарной погрешности.
Влияние Ди на точность обработки возрастает с увеличением
обрабатываемой поверхности. Характерная особенность обтачива-
ния ступенчатых и сложнопрофилированных поверхностей состоит
в том, что режущая кромка резца изнашивается не в одном ме-
сте, а по более или менее значительному участку окружности
79
скругления вершины резца. На рис. 2.11, а показан характер из-
носа режущей кромки. Величина износа по дуге окружности
неравномерна; она зависит от соотношения поверхностей цилинд-
рических, торцовых и криволинейных участков обрабатываемой
детали, а также от режимов резания на этих участках. Эта осо-
Рис. 2.11
бенность работы рез-
ца уменьшает тепло-
напряженность его ре-
жущей кромки и по-
вышает размерную
стойкость инструмен-
та по сравнению с
обычными типами ин-
струмента (проход-
ные, подрезные и
У* другие резцы).
Токарные станки
с ПУ целесообразно
использовать для об-
 работки деталей слож-
ной конфигурации.
Время обработки
должно быть меньше
стойкости режущего
инструмента. При этом
условии устраняется
смена инструмента до окончания обработки детали, что мог-
ло бы вызвать образование погрешности обработки или
уступа на ее поверхности. Если обработка ведется с постоянной
скоростью резания v и постоянной подачей $, то количество дета-
лей, обработанных за период стойкости Т, будет k — F/f, где
F—1000 svT — поверхность, которая может быть обработана за
период стойкости инструмента, мм2; f — суммарная поверхность
обработки одной детали, мм2.
Если обрабатывают крупную деталь с большой суммарной по-
верхностью, то величина А>1. При 6<1 целесообразно менять
инструмент перед чистовыми проходами.
Большие возможности для повышения стойкости инструмента
дают неперетачиваемые пластинки твердого сплава, которые
после затупления переставляют в уступе державки другой сторо- *
ной и крепят винтовым прихватом. Высокая точность изготовле-
ния пластинок (порядка 0,02 мм) позволяет устанавливать их
после перевертывания практически в прежнее положение. Пла-
стинки треугольной формы переставляют 3 раза, а четырехуголь-
ной 4.
Для повышения точности обработки и увеличения количества
снимаемых со станка деталей за время стойкости Т необходимо
эту величину принимать максимальной,
зависимость Т—v с резко выраженным
На рис. 2.11, б показана
максимумом величины Т.
80
При обработке ступенчатых валов с n=const скорость резания
выбирают по ступеням малого диаметра. Тогда на больших сту-
пенях скорость резания возрастет и работа происходит в правой
ветви экстремальной кривой (рис. 2.11,6). Скорость резания не
должна смещаться в область, лежащую левее точки экстремума,
так как здесь износ инструмента протекает очень быстро, а стой-
кость минимальная; Кроме того, работа на пониженных скоро-
стях повышает себестоимость обработки.
Обработку при частоте вращения n = const характерна для
деталей с небольшим перепадом диаметров ступеней. Поэтому
возникает задача установления п по некоторому усредненному
диаметру, с тем чтобы на каждой шейке детали скорость резания
была бы близкой к той, которая соответствует минимальному раз-
мерному износу инструмента. При обработке ступенчатого вала
(рис. 2.11, в) основное время обработки каждой ступени соответ-
ственно будет /01 = Л/(«$п), = hl(snh • • •, hi ~ hl(sn)-
Если k — количество деталей, обработанных за период стой-
кости резца, то kt^T^ kt^lTz} ..ktoilTi— величины, представ-
ляющие собой части общей стойкости, расходуемые на обработ-
ку 1, 2, ..., i-й ступеней вала. Их сумма
*( *01/ Л 4“ hzl ^2 + • • • 4“ hil 7 i) = L	(a)
где Ti, T2i ..Ti — стойкости при разных скоростях резания.
Скорость резания, и стойкость, а также скорость резания
и диаметр обработки связаны между собой зависимостями:
Т = у C/v; v = 7г£)я/1000, используя которые, получим
Т2 =	1000С/(кД2/г); ...;

Подставим значения основного времени и стойкости в (а), тогда
{1^2
sn1(Ю0С/(тс^1Л)	snyf 1ОООС/(~D2n)
sn^lOOOC/(nDin)
или
n^m^m mr  V f/.г/тг = i
s/lOOOQrc
i=\
(2.32)
отсюда



6 1273
81
Для инструментов из твердых сплавов показатель т=0,3-ь0,4.
Приняв т=0,33 и k — \ (обработка одной крупной детали), по-
лучим
0,5
П = ^(lOOOC/rc)1-5/
2(W)
(2.33)
Величину k при обработке нескольких небольших деталей
определяем по (а), округляя полученный результат до большего
целого числа. Значение о приближенно берем по средней шейке
обрабатываемого вала, приняв Т=90 мин.
При обработке с v = const, осуществляемой на станках с бес-
ступенчатым изменением частоты вращения шпинделя, скорость
резания должна устанавливаться с таким условием, чтобы стой-
кость инструмента была несколько больше суммарного основного
времени обработки одной крупной или нескольких небольших де-
талей. При обтачивании ступенчатого вала
ibOOvs (АЛ + ВгЪ + АЛ)-
Подставляя в найденное выражение значение и=у С/Т и де-
лая преобразования, получим
i

I)
1000s
(2.34)
Если обрабатывают на станках со ступенчатым изменением ча-
стоты вращения шпинделя (n=#const, o=/=const), то сперва опре-
деляется v по (2.34), а затем для каждой обрабатываемой ступе-
ни подбирают такую частоту.вращения шпинде'ля, чтобы разность
величин v(li + l2+. ... +lt) и (АМл + D2l2nii+i + ... + 2)//^-)
составляла минимум. На рис. 2.11, в сверху первая величина ха-
рактеризуется площадью прямоугольника 012S, а вторая — пло-
щадью ступенчатого заштрихованного контура. В центре рисунка
показан контур обрабатываемой ступенчатой поверхности.
Глава 3. Проектирование операций
обработки на станках
с программным управлением
§ 3.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА СТАНКОВ
С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Автоматизацию механической обработки и сборки в раз-
личных отраслях машиностроения с индивидуальным и мелкосе-
рийным характером производства осуществляют на основе рас-
тущего использования станков и другого технологического обору-
дования с программным управлением (ПУ). Современные станки
с ПУ отличаются от других видов автоматического и полуавтома-
тического станочного оборудования не тем, что они работают по
заранее составленной программе, а тем, что программа для них
составляется и передается принципиально другим путем.' Эти
станки получили распространение в результате широкого развития
систем программного управления и электронных цифровых вычис-
лительных машин (ЭЦВМ). Применение станков с ПУ знаменует
собой качественно новый этап автоматизации механосборочного
производства и машиностроения в целом.
Зарубежный и отечественный опыт эксплуатации станков с ПУ
показал, что они обладают рядом серьезных преимуществ по срав-
нению с обычным оборудованием: обеспечивают высокую степень
автоматизации и широкую универсальность выполняемой обработ-
ки, невелико время перенастройки станка с одной операции на
другую, затрачиваемое в основном на смену программоносителя
и инструментальной оснастки, предварительно налаживаемой вне
станка. Время технологической подготовки производства при пере-
ходе с одного объекта на другой также значительно сокращается,
так как отпадает необходимость конструирования и изготовления
сложных приспособлений, копиров, кулачков и других специальных
устройств. С появлением станков с ПУ технолог впервые получил
возможность резко сократить путь от чертежа до готовой детали
в процессе ее изготовления, а также установить преемствен-
ность между технологией опытного и серийного производ-
ства.
Производительность при переходе на станки с ПУ повышается
в ряде случаев в 4-?6 раз, а иногда до 10 раз и более. Этого
достигают сокращением вспомогательного времени на холостые
ходы, перестановки и измерения обрабатываемой заготовки, опти-
мизацией условий обработки, одновременным использованием
6*	,	83
в работе нескольких режущих инструментов, устранением разметки
заготовки.
При использовании станков с ПУ повышается точность обра-
ботки и качество производимых изделий. Поскольку квалификация
обслуживающих рабочих не оказывает влияния на точность обра-
ботки, уменьшается брак изделий. Это преимущество наиболее
полно выявляется при обработке сложных деталей с точными сту-
пенчатыми и криволинейными контурами. На станки с ПУ целесо-
образно переводить детали, обработка которых на универсальных
станках связана с предварительным изготовлением сложных шабло-
нов и копиров, а также с выполнением трудоемких операций раз-
метки. На этих станках выгодно обрабатывать детали с большим
количеством переходов, сложной траекторией движения режущих
инструментов и большой долей холостых перемещений рабочих
органов станка. Часто на одном станке с ПУ выполняют такой
объем обработки, который в обычных условиях распределяется на
несколько универсальных станков, получая при этом значительную
экономию времени и средств.
При использовании станков с ПУ сокращаются производствен-
ные площади, так как один станок с ПУ может заменить несколько^
обычных станков, снижаются квалификация и потребное количества
обслуживающих рабочих, улучшаются условия труда и повышается
культура производства.
При надлежащих условиях эксплуатации и достаточно высокой
загрузке станков с ПУ снижается себестоимость обработки дета-
лей. Практика эксплуатации этих станков показала, что лучшие
результаты по экономике их использования достигаются там, где
имеются достаточно большие участки из этих станков, обслуживае-
мые группой прикрепленных технологов и программистов. При
этих условиях сроки окупаемости станков с ПУ не превышают 5 лет,
что можно считать приемлемым, учитывая их повышенную стои-
мость. Централизованная разработка технологии и составление
управляющих программ способствуют значительному .снижению*
себестоимости обработки на станках с ПУ. В то же время при
этом создаются благоприятные условия для автоматизации подго-
товки управляющих программ. Возможность централизованного’
изготовления управляющих программ, легкость их размножения,
хранения и рассылки потребителям делают целесообразным созда-
ние специальных пунктов для обслуживания ряда заводов в преде-
лах определенного промышленного района.
В последние годы наблюдается непрерывный рост выпуска стан-
ков с ПУ во всех промышленно развитых странах как по количе-
ству, так и по типажу. К настоящему времени освоено свыше 150 ти-
пов различных станков с ПУ, используемых в различных отраслях
машиностроения (авиационная промышленность, автомобилестрое-
ние, станкостроение, приборостроение, тяжелое машиностроение
и другие отрасли).
До середины шестидесятых годов станки с ПУ применялись
в единичном и мелкосерийном производстве для изготовления точ-
84
ных и сложных деталей. В настоящее время область применения
этих станков сильно расширилась; их нередко используют в серий-
ном и поточно-массовом производстве, при групповой обработке
и в автоматических линиях. Для обслуживания станков с ПУ (уста-
новка и снятие заготовок) в последнее время начинают использо-
вать промышленные роботы. Их применяют как для индивидуаль-
ного, так и для группового обслуживания. Некоторые фирмы
используют группы станков, управляемые непосредственно от одной
ЭЦВМ, или отдельные станки, управляемые от малых (мини)
ЭЦВМ.
§ 3.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ
ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМИ СТАНКАМИ И ОБЛАСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЙ
Станки с ПУ подразделяют на несколько разновидностей в зави-
симости от применяемой в них системы программного управле-
ния [2].
По характеру, передаваемой информации и способу воспроиз-
ведения заданной программы обработки станки делят на цикловые
и с числовым ПУ. В станках первого типа рабочий цикл состоит
из сравнительно небольшого количества (до нескольких десятков)
последовательно выполняемых этапов обработки. Управляющая
программа содержит информацию о рабочем цикле и режимах
обработки, а пути перемещения рабочих органов станка задаются
установкой упоров, воздействующих на конечные выключатели.
В станках с числовым программным управлением (ЧПУ) вся
информация, необходимая для выполнения запроектированной
обработки, задается в числовом виде и записывается в условном
коде на программоноситель; с помощью последнего она вводится
в станок. В станках с ЧПУ нет физического носителя выдерживае-
мых размеров, а управляющая программа записывается в матема-
тической форме. В связи с этим подготовка программы может быть
автоматизирована путем применения ЭЦВМ и значительная часть
работы по подготовке нового производства перенесена в сферу
инженерного труда.
В зависимости от характера рабочих движений станки с ЧПУ
можно разбить на две основные категории: станки с позиционной
(координатной) и контурной системами управления. В станках
с позиционным управлением перемещение рабочих органов (стола,
"суппорта, шпинделя) происходит по прямолинейным траекториям
в заданные координаты соответственно выполняемым переходам
обработки. В станках с контурной системой управления перемеще-
ние рабочих органов происходит по сложной (криволинейной)
и непрерывной траектории. Характерная особенность станков с кон-
турной системой управления — наличие функциональной изменяю-
щейся во времени связи между отдельными движениями рабочих
органов.
По принципу построения системы управления станки с ЧПУ
I
8S
делят на две основные разновидности: станки с разомкнутыми
и замкнутыми системами управления. В первых величина переме-
щений рабочих органов станка в'процессе обработки не'контроли-
руется путем сравнения с заданной программой. Во вторых величи-
на перемещения контролируется в процессе обработки датчиком
положения дискретно или непрерывно сравнением с управляющей
программой. По обнаруживаемой величине рассогласования произ-
Рис. 3.1
водится коррекция по-
ложения рабочего орга-
на по каналу обратной
связи.
По методу передачи
с информации системы
управления програм-
мными станками вы-
полняют дискретными,
непрерывными и сме-
шанными. В дискрет-
ных системах информа-
ция передается импуль-
сами тока (в шаговые
двигатели станков или
специальными призна-
ками, например, по на-
личию штекеров в гнез-
дах коммутатора циклов системы управления). В непрерывных
системах информация передается непрерывно в процессе работы
станка (системы с амплитудной модуляцией).
На рис. 3.1 показана принципиальная схема циклового програм-
много управления со штекерным коммутатором. Все правые полу-
кольца 1 каждого ряда коммутаторных гнезд присоединены к соот-
ветствующему контакту шарового переключателя Р. Все левые полу-
кольца 2 каждого вертикального ряда гнезд подключены к обмот-
кам реле 3, которые управляют определенными механизмами стан-
ка (пуск и останов- шпинделя, включение и выключение подачи
и др.)., Шаговый переключатель поочередно включает контакты
горизонтального ряда, присоединяя их,к цепи питания. Для поло-
жения, показанного на схеме, ток от шагового переключателя
пойдет в то реле для подачи соответствующей команды, в гнездо
которого вставлен штекер (показано заштрихованным кружком).
Если вставлено несколько штекеров, то подается несколько команд
на параллельное включение соответствующих исполнительных уст-
ройств.' Величина перемещений устанавливается с помощью упо-.
ров 5, закрепляемых на движущемся рабочем органе, и конечного
выключателя б*. При срабатывании последнего включается реле 7,
* В новейших разработках обычные штекеры заменяют кодированными,
дающими команду шаговым двигателям на требуемое перемещение рабочим
органам станка. Упоры и конечные выключатели отсутствуют, что существенно
упрощает наладку станка.
86
дающее импульс исполнительному устройству 8 на перевод шаго-
вого переключателя в смежное положение для выполнения следую-
щего этапа рабочего цикла. Станок включают нажатием пусковой
кнопки 4. При этом шаговый переключатель переходит из положе-
ния 0 в начальное а.
На станках с цикловым программным управлением обычно
выполняют обработку с прямоугольной траекторией движения
режущего инструмента или заготовки. Типичные операции обработ-
ки: фрезерование бобышек или плоскостей прилегания корпусных
деталей, обтачивание ступенчатых валов, сверление и растачивание
отверстий в корпусных и других деталях.
Рис. 3.2
На рис. 3.2, а показан пример торцового фрезерования плоско-
сти прилегания (рамки) корпусной детали. Траектория движения
подачи прямоугольная и замкнутая. Точность размера Н обеспечи-
вается обычными методами настройки. Длины участков траектории
устанавливаются по упорам с широкими допусками. На рис. 3.2,6
приведен пример обтачивания ступенчатого вала. Траектория дви-
жения резца также замкнутая; она состоит из ряда прямолиней-
ных участков. Точность диаметральных и осевых размеров может
быть выдержана от 0,1 до 0,3 мм, что соответствует получистовой
обработке. При одновременном включении продольной и попереч-
ной подач может быть обработана и коническая поверхность вала.
Для получения заданной конусности необходимо обеспечить опре-
деленное соотношение величины подач. На рис. 3.2, в показан при-
мер сверления координированных отверстий.в корпусной детали
с достаточно широкими допусками на межосевые расстояния (не
менее 0,2 мм). Во всех рассмотренных примерах используются груп-
повые упоры, позволяющие выдерживать при обработке ступенча-
тых заготовок до двадцати продольных и поперечных размеров.
Станки с цикловым ПУ достаточно просты, дешевы, но перена-
ладка их трудоемка, так как при изменении программы необходимо
переставлять упоры и штекеры (или переключатели) в новое поло-
87
жение. В связи с этим их целесообразно применять для обработки
простых деталей при длительности обработки партии деталей не
менее одной смены.
При использовании станков с цикловой системой ПУ может быть
легко организовано многостаночное обслуживание; для работы на
этих станках не требуются рабочие высокой квалификации. При
внедрении этих станков на действующем заводе не создают прин-
ципиально новых служб и не проводят сложных изменений в под-
готовке и организации производства. Применение цикловых стан-
ков способствует повышению качества производимой продукции
и снижению брака в процессе механической обработки деталей.
На станках с цикловым ПУ может обрабатываться большое коли-
чество типовых и специальных деталей. Многие зарубежные фирмы
и отечественные заводы производят эти станки в больших количе-
ствах для самых различных видов обработки.
Станки с ЧПУ применяются для любых видов работ. Они гибки,
универсальны, быстро переналаживаемы и производительны. Одна-
ко они дороже станков с цикловым ПУ, поэтому обработку деталей
простой конфигурации на этих станках производить нерента-
бельно.
На станках с позиционной системой управления программиру-
ется перемещение режущего инструмента или рабочего органа
станка по прямолинейным траекториям. Перемещения могут быть
дискретными, что необходимо для сверлильных и координатно-рас-
точных станков, и непрерывными. Последние используются в то-
карных, фрезерных и шлифовальных станках. Станки с позицион-
ной системой ЧПУ применяют для тех же случаев обработки, что
и станки с цикловым ПУ. Однако по количеству выполняемых
переходов обработка на этих станках отличается большей слож-
ностью.
В большинстве случаев управление рабочим циклом произво-
дится по двум или трем координатам (например, при наличии про-
дольной, поперечной и вертикальной подачи стола у фрезерного
станка). В отдельных станках управление происходит по четырем-
пяти координатам (поворот стола, дополнительное перемещение
инструмента). Многие современные станки с позиционной системой
управления имеют несколько многоинструментных поворотных
суппортов или револьверных головок. Это придает им большую
универсальность и широкие технологические возможности, что
особенно важно при обработке сложных деталей. Одновременно
можно использовать в работе 24-3 инструмента. В результате дли-
тельность операции заметно сокращается. Повышение производи-
тельности достигается ускорением вспомогательных и обратных
движений кареток, столов и других рабочих органов, а также пере-
ключением скоростей шпинделя в процессе обработки в зависи-
мости от изменения условий выполняемой операции.
На рис. 33, а показана структурная схема позиционного ЧПУ
с шаговыми двигателями, осуществляющими перемещение стола
станка по двум координатам. Информация от программоносителя 1
«8
поступает в считывающее устройство 2 и далее в распределители
импульсов 3. После усиления импульсов (устройства 4) они посту-
пают в шаговые двигатели 5 продольного 6 и поперечного 8 винтов
подачи стола 7. Величина перемещения рабочего органа станка
зависит от числа переданных импульсов, а скорость перемещения —
от частоты импульсов. Изменение величины импульса в определен-
ных пределах не влияет на работу системы, что является важным
преимуществом дискретных систем ПУ.
Точность установки рабочего органа станка в заданном поло-
жении (точность позиционирования) достигает в данных системах
управления 0,05 мм. Влияние других погрешностей (упругие отжи-
мы элементов технологической системы, зазоры в сопряжениях
и др.) снижает точность выдерживаемых размеров (диаметральные
и осевые размеры, межосевые расстояния) до 0,1 мм.
На рис. 3.3, б показана схема обработки криволинейной заготов-
ки на фрезерном станке с контурной системой ЧПУ. Обрабатывае-
мая поверхность замкнутая. Траектория движения центра фрезы
представляет собой эквидистанту профиля обрабатываемой поверх-
ности. Подвод фрезы к заготовке осуществляется из исходного поло-
жения в точке 0. Точное воспроизведение криволинейной траекто-
рии движения центра фрезы сложно и в системах дискретного
управления (наиболее распространенных) недостижимо. В этом
случае на определенном участке заменяют сложное движение по
кривой двумя простыми прямолинейными движениями вдоль осей
координат на величины Дх и Аг/ поочередной подачей импульсов
в соответствующие исполнительные органы подачи станка. Таким
образом, криволинейный профиль заменяется (аппроксимируется)
ломаной линией (рис. 3.3, в) с рядом опорных точек. Аппроксимация
89
может производиться не только отрезками прямой (хордами, каса-
тельными или секущими), но и дугами окружностей или параболы.
Линейная аппроксимация, несмотря на большее число опорных
точек при одной и той же погрешности аппроксимации, является
наиболее простой и распространенной. Расстояния между опорными
точками ломаной линии при допустимой погрешности аппроксима-
ции Д определяют различными методами интерполяции. В простей-
ших случаях эту работу выполняют вручную; при большом объеме
вычислений применяют специальные вычислительные устройства —
интерполяторы. Многие из них встраивают в систему управления
программного станка. Интерполяцию производят как в прямоуголь-
ных, так и в полярных координатах.
Рис. 3.4
На рис. 3.4, а показана схема обработки поверхности двойной
кривизны у крупногабаритной детали методом продольных строк.
Пальцевая фреза, перемещаясь поступательно, описывает парал-
лельные строчки, как представлено на схеме. Расстояние между
строчками принимают таким, чтобы высота остающегося гребеш-
ка /г не превышала допускаемую величину Д. В процессе переме-
щения фрезы по строчкам она совершает дискретные й'ли непре-
рывные осевые движения от контурной системы ПУ, в результате
чего образуется поверхность заданной кривизны. Величина дискрет-
ного осевого перемещения фрезы на постоянную длину ее подачи
вдоль строчки задается конструктором изделия в табличной форме
или определяется по формуле методом интерполяции. В обоих слу-
чаях аппроксимация непрерывной кривой ломаной линией должна
производиться с таким расчетом, чтобы получаемая при этом
погрешность не превышала величины Д.
90
При обработке лопастей гидротурбин или лопаток паровых'
и. газовых турбин подача инструмента может осуществляться по
дугам окружностей, расположенных концентрически (рис. 3.4, б)
или параллельно друг другу (рис. 3.4,в). Прежде до появления
станков с ПУ сложнопрофилированные поверхности обрабатывали
на копировально-фрезерных станках по объемному копиру. Приме-
нение станков с ПУ сокращает сроки подготовки производства
и себестоимость обработки детали, так как отпадает необходимость
изготовления сложного и дорогого объемного копира.
Повышают точность обработки на станках с ПУ, применяя зам-
кнутые системы управления, в которых перемещения рабочих орга-
нов станка непрерывно или дискретно сопоставляются с заданной
программой. Сопоставление производится через определенные про-
межутки времени, а пере-
дача результатов изме- Г} IJ : Ij ?	|>| 5 иГД-
рения перемещения рабо- -------”-----г1__—Гш—ГП-------ГТ——
чего органа к органу уп- 
равления происходит по
ЛИНИИ обратной СВЯЗИ. На	Рис. 3.5
рис. 3.5 показана струк-
турная схема ПУ с непрерывным перемещением рабочего органа
станка с обратной связью. От программоносителя 1 через считы-
вающее устройство 2 информация поступает в промежуточную
память 3. Далее через блок сравнения 4 она передается в блок
управления приводом 5. Перемещение органа 6 станка контроли-
руется специальным датчиком, информация от которого направ-
ляется в блок сравнения 4 заданного и фактически полученного
перемещения.. По величине рассогласования формируется команда
на проведение коррекции положения рабочего органа через блок
управления приводом 5.
Системы управления с обратной связью (замкнутые системы)
позволяют повысить точность обработки в 2ч-3 раза против систем
разомкнутых. В особых случаях (координатно-расточные станки
для прецизионной обработки) может быть достигнута точность
межосевого расстояния до 0,005-4-0,01 мм. В то же время станки
с замкнутой системой управления сложны и дороги. Поэтому их
используют для,обработки деталей, к которым предъявляются повы-
шенные требования по точности изготовления.
В настоящее время принята буквенно-цифровая индексация
станков с ПУ. После обозначения модели ставится индекс, харак-
теризующий систему автоматической смены инструмента (Р — сме-
на поворотом револьверной головки и М.— смена из магазина),
а затем индекс, обозначающий систему ПУ (Ц — цикловая систе-
ма, Ф1 —система с цифровой индикацией положения или с предва-
рительным набором и индикацией, Ф2 — позиционная и ФЗ — кон-
турная система управления). Пример индексации — токарный ста-
нок 16К20РФЗ или 1П752МФЗ. На станках типа обрабатывающий
центр применяют еще обозначения Ф4 (позиционное управление)
и Ф5 (контурное управление).
91
В простых станках с ПУ управление ведется по двум или трем
координатам, в более сложных — по четырем и пяти (четвертая —
поворот стола, пятая — наклон инструмента).
Станкостроительные заводы выпускают много станков с ПУ.
Токарные—16К20ФЗ, 16К20РФЗ, 1П752МФЗ, 16Б16ФЗ, фрезер-
ные— 6520ФЗ, 6Р13ФЗ, 6Р13РФЗ, 6306ФЗ, сверлильные — 2Р118Ф2,
2Р135Ф2, горизонтально-расточные — 2А620Ф2, 2А622Ф2, обраба-
тывающие центры — 690ВФ4, 2Б622Ф4, ГЦ-08 и др.
§ 3.3. ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММОНОСИТЕЛЕЙ
ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ
Для станков с ЧПУ применяют следующие виды программоно-
сителей: перфорированные карты, перфорированные ленты, маг-
нитные ленты, а также память электронно-цифровых вычислитель-
ных машин (ЭЦВМ). В отдельных случаях применяют киноленты,
магнитную проволоку, магнитные барабаны или диски. Однако эти
виды программоносителей широкого распространения не' получили.
Перфокарты. Они имеют размеры 187±0,1 мм на 82,5±0,1 мм,
их выполняют из картона толщиной 0,18 мм. Применяют 45-
и 80-колонные перфокарты. Отверстия в перфокартах имеют круг-
лую или прямоугольную форму. Считывание информации с перфо-
карт производится контактными щетками или при помощи фото-
элементов или фотодиодов (фотосчитывание). Скорость считыва-
ния при наличии контактных щеток составляет 304-40 команд/с.
При использовании фотодиодов скорость считывания повышается
до 1804-200 команд/с. Считывание информации с перфокарт может
производиться до нескольких сотен раз без заметного ухудшения
их качества. Перфокарты применяют в станках с ЧПУ при выпол-
нении несложных операций с малым количеством переходов
и команд, когда объем информации сравнительно невелик.
Перфоленты — это наиболее распространенный и удобный вид
программоносителя для станков с ЧПУ. Их выполняют из плот-
ной бумаги или пластмасс. В последнее время встречаются перфо-
ленты с наклеенной металлической фольгой, повышающей их проч-
ность.
Считывание информации с перфолент производится теми же
способами, что и с перфокарт. В связи с меньшей прочностью
перфолент число считываний, однако, меньше, чем у перфокарт
при использовании контактных щеток. Скорость контактного счи-
тывания составляет 104-12 строк/с. При фотосчитывании она воз-
растает до 25004-2800 строк/с.
Отверстия на перфолентах пробивают на перфораторах различ-
ных конструкций. Перфолента как программоноситель занимает
малый объем и может храниться неограниченно долгое время. На
перфоленте может быть записан весьма большой объем информа-
ции, что характерно для- обработки сложных деталей. Системы
управления от перфоленты допускают коррекцию траектории дви-
92
жения инструмента, коррекцию настроечных размеров, изменение
режимов обработки и необходимых команд. Перфоленты приме-
няют в позиционных и контурных системах ПУ.
Запись управляющей программы в простейшем случае произ-
водится при помощи унитарного кода. Его сущность заключается
в том, что каждому единичному перемещению исполнительного
органа станка на дорожке перфоленты соответствует одно проби-
тое отверстие. Недостаток этого способа записи — большая длина
перфоленты. При цене импульса 0,01 мм для перемещения рабо-
чего органа на 100 мм требуется 10000 отверстий; для этого необ-
ходимо 25 м длины перфоленты. Унитарный код используют для
записи на магнитную ленту, где плотность записи очень высока
(8ч-10 имп/мм) или для записи на перфоленту при малом объеме
информации и цене импульса в 0,1 мм или 1 мм.
-ф-ч нн> ф ф фч > ф ф ф ф < >-
' нИУф-фф - 256
^^фффффО-
Рис. 3.6
Унитарно-десятичный код. Он предусматривает
запись десятичного числа на разных дорожках перфоленты. Запись
в этом коде числа 256 показана на рис. 3.6, а. Этот код дает более
компактную запись, чем простой унитарный.
Десятичный код. Он обеспечивает более плотную запись
информации по длине программоносителя. Однако для записи необ-
ходимо иметь столько дорожек перфоленты, сколько разрядов имеет
записываемое число. Для пятизначного числа нужно пять дорожек,
93
для шестизначного — шесть и т. д. На. рис. 3.6,6 показан пример
записи на перфоленту числа 248,35 в десятичном коде. Из рисунка
видно, что по каждой дорожке для возможности записи любого
числа нужно иметь участок длины перфоленты, рассчитанный на
десять отверстий. При этой системе кодирования запись информа-
ции получается все же недостаточно плотной. ,
Двоичный код. Он дает большую по сравнению с десятич-
ным плотность записи на программоноситель. Основа двоичного
кода — число два. Любое одно- или многозначное число можно
представить в двоичном коде, разлагая его на сумму степеней числа
два в убывающем порядке. Для этой цели можно пользоваться
переводной таблицей:
1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2048 4096 8192 16384 32768
2» 21 22 23 2* 2й 2е 27	28 29 21U 211 212 213	2><	213
Верхняя строка представляет ряд чисел, а нижняя ряд тех же
чисел в виде степеней с основанием два. Представим, например,
число 39 в двоичном коде. Для этой цели его можно записать в виде
суммы убывающих чисел. Из приведенной схемы 39=32+4+2 +
+1 =25 + 22 + 2' + 2°. В этой сумме отсутствуют члены ряда 23 и 24.
По приведенной выше таблице им присваивается цифра 0, а чле-
нам 2°, 21, 22 и 25 — цифра 1. Таким образом, число 39 запишется
в двоичном коде следующим образом 100111. Аналогичным образом
можно представить число 64 в двоичном коде как 1000000, а число
62=32+16 + 8+4+2, как 111110. На рис. 3.6, в показан пример
записи на перфоленте чисел 39 и 62 на параллельных дорожках,
характеризующих величины перемещений рабочего органа по коор-
динатным осям х и у.
При двоичном коде имеются только два дискретных состояния
«да» или «нет», обозначаемых цифрами «1» и «0». Наличие проби-
того отверстия на перфоленте соответствует цифре «1»; отсутствие
отверстия — цифре «0». Наличие намагниченного участка на маг-
нитной ленте соответствует цифре «1», а его отсутствие — цифре
«0». Запись в двоичном коде обычно применяют при автоматизи-
рованной подготовке управляющих программ.
Двоично-десятичный код. Наиболее распространен. Его
используют в системе ИСО-7бит и ряде иностранных систем. В нем
сочетается удобство десятичного кода и компактность записи дво-
ичного. Каждая цифра десятичного числа записывается двоичным
кодом поперек перфоленты на соответствующей- строке. Число,
строк записи соответствует числу знаков десятичного числа. На
рис. 3.6,г показан пример записи числа 157 на перфоленте в дво-.
ично-десятичном коде.
В системах ЧПУ применяют два способа отсчета размеров —
абсолютный и относительный. При первом размеры указывают от
начала координат в нарастающих значениях, при втором — в при^.
ращениях (цепочкой). Более распространен первый способ.
94
Кроме рассмотренных систем, известны и другие системы коди-
рования: восьмеричный, код Грея, видоизмененный двоично-деся-
тичный и др. Их используют в специальных случаях записи управ-
ляющих программ. Для записи чисел в восьмеричном коде исполь-
зуются восемь цифр от нуля до семи. Основанием систем служит
число 8. Для записи любого числа в восьмеричном коде его раз-
лагают по степеням восьмерок. По сравнению с двоичным кодом
число цифр для записи данного числа сокращается в три раза.
На станках отечественного производства используется пятидо-
рожечная лента с записью информации в буквенно-цифровом коде
БЦК-5 и восьмидорожечная лента с записью информации .в между-
народном коде ИСО-7бит. Последняя имеет перспективу дальней-
шего широкого применения в станках с ЧПУ. Кроме того, управ-
ляющие программы для станков с ЧПУ записываются в коде EIA
на восьмидорожечной ленте. Этот код употребляемся в США и за-
падноевропейских странах. Известны и другие коды, применяемые
отдельными фирмами «Сименс» — ФРГ, «Г. С. П.» —Франция,
«Супериор электрик К0» — США и др.).
На рис. 3.6, д показан пример записи одного кадра программы
на восьмидорожечной ленте. Кадр характеризует выполнение одно-
го элемента обработки, например элементарного перемещения
рабочего инструмента из одного положения в другое. Запись инфор-
мации о величинах перемещений, скоростях и подаче дается в дво-
ично-десятичном коде.
В данном примере первая строка содержит контрольное число
кадра. Вторая строка характеризует признак координаты по оси
х, третья строка указывает направления перемещения по оси х.
Далее записана (отмечено скобкой 4) информация о величине
перемещения по оси х (в двоично-десятичном коде записано число
06141). Пятая строка фиксирует признак координаты по оси у,
шестая — направление перемещения по оси у. Четыре строчки, объ-
единенные скобкой 7, фиксируют величину перемещения по оси у
(величина 32241). Восьмая строка — признак скорости. Далее
(скобка 9) следует информация о скорости. Десятая строка — при-
знак команды. Одиннадцатая — обозначение команды. Двенадца-
тая строка — конец кадра.
В станках, разработанных в СССР в 1969 г. («Контур-5П», «Зиг-
заг» и др.) и позднее, используется код ИСО-7бит и восьмидоро-
жечная перфолента шириной 25,4 мм. Для обозначения адресов
в этом коде используются заглавные буквы латинского алфавита.
Например, величина перемещения по оси х станка координируется
как х, перемещения по у — как у, перемещения по z— как z. Ско-
рость подачи задается адресом F, скорость шпинделя — S, номер
инструмента — Т, вспомогательные команды — М, режим рабо-
ты — би т. д. Всего этот код содержит 26 адресов (включая резерв-
ные), 10 цифр (от нуля до девяти), знаки «плюс» и «минус»,
а также признак «начало программы», «конец фразы» (кадра)
и некоторые другие обозначения. Код ИСО-7бит (ГОСТ 13052—74)
дан в табл. 3.1.
95
Таблица 3.1
Дорожки								Обозна- чение	Наименование
8	1 7	6	15	4	I3	12	h		
		о	о		О			0	Цифра 0
0		о	О		о		О	1	Цифра 1
0		о	о		О	О		2	Цифра 2
		О	о		о	О	о	3	Цифра 3
0		о	О		о О			4	Цифра 4
		о	о		О О		о	5	Цифра 5
		О	о		о О	О		6	Цифра 6
0		О	О		о О	О	О	7	Цифра 7
0		о	о	о	о			8	Цифра 8
		О	О	О	о		о	9	Цифра 9
	0				о		О	А	Угловой размер относительно оси X
	о				О			В	Угловой размер относительно оси У
0	0				О	О	О	С	Угловой размер относительно оси Z
	0				о о			D	Угловой размер относительно специ-
									альной оси или третья подача
0	О				о О		о	Е	Угловой размер относительно специ-
									альной оси или вторая подача
0	О				о О	О		F	Подача
	О				о О	О	о	G	Подготовительная операция (режим
									работы ЧПУ)
	о			О	О			h	Команда постоянно не закреплена
									(резерв)
0	о			О	О		о	J	Не закреплена Не должны быть
0	о			о	О	О		I	Не закреплена	позиционной и
										 прямоугольном
	о			о	О	О	О	К	Не закреплена системах
0	о			о	о О			L	Команда постоянно не закреплена
									(резерв)
	о			О	о о		о	М	Вспомогательная операция
	О			о	о о	О		N	Порядковый номер
96
Продолжение табл. 3.1
Дорожки									Обозна- чение	Наименование		
8	. 7 |	61	5	4 1		3	2 |	1				
0	О			о	О	О	О	о	О	Не используется		
	о		О		О				р	Размер третичного движения, парал- лельного оси X		
0	о		О		О			о	Q	Размер третичного движения, парал- лельного оси У		
о	О		о		О		О		Я	Размер быстрого перемещения по оси Z или размед.третичного движения, параллельного оси Z		
	О		О		О		о	О	S	Скорость шпинделя (обороты)		
о	О		О		О	О			т	Смена инструмента (его номер)		
	О		О		О	О		О	и	Размер вторичного движения, парал- лельного оси X		
	о		О		0	О	О		V	Размер* вторичного движения, парал- лельного оси У		
О	о		О		0	О	о	о	1Г	Размер вторичного движения, парал- лельного оси Z		
о	о		О	о	О				X	Размер первичного движения по оси X-		
	О		О	О	О		О	О	Y	Размер первичного движения по оси У		
	О		О	О	О				Z	Размер первичного движения по оси Z		
		О	О	О	О		О			Установка в исходную точку (восста- новление информации, например, оста- новка обратной перемотки до заданного положения на ленте)		
		О		О	О		О	О	+	Плюс	Знаки направления переме- щения	
		О		О	О	О		О	—	Минус		
				о	О			о	tab	Табуляция (горизонтальная — вдоль строки ГТ)		
		О			О	О	о	О	/	Произвольный пропуск блока, фразы		
о		О			О	О		О	%	Начало программы		
				О	О		о		LF	Конец блока, фразы или кадра (пе- ревод строки ПС)					
		о		о	О				( '	Не для управления		Относится к восприятию команд ленты системой ЧПУ
о		о		о	О			О о	)	Для управления		
О	о	о	о	о	О	о	О		j Del	Строка не читается (забой ЗБ)		
7 1273
97
Для кодирования информации используютсемь дорожек, вось-
мая предназначена для контроля считывания информации и допол-
няет количество пробивок в строке до четного числа.
Информацию на перфорированной ленте располагают следую-
щим образом: на ее строках — поперек движения ленты и на до-
рожках— вдоль движения ленты. Каждый символ кода (адрес,
цифра, знак или признак) располагают в виде комбинации проби-
вок (перфораций) на одной строке ленты. Например, адрес X коди-
руется пробивками по 4, 5 и 7-й дорожкам, цифра -3 — пробив-
ками по 1-й, 2-й, а также дополнительно по 5-й и 6-й дорожкам,
знак «плюс» пробивками по 1, 2, 4, 6-й дорожкам и т. д.
Существует три способа построения кадра программы на пер-
фоленте: фиксированный, переменный и адресный.
Фиксированный кадр. При нем число поперечных строк,
отводимых на каждый вид информации, и их последовательность
в кадре строго постоянны. Этим обеспечивается правильное рас-
познавание системой значения каждой строки перфоленты. Для
любого количества передаваемой информации каждый кадр про-
граммы занимает всегда одно и то же число поперечных строк пер-
фоленты, соответствующее максимально возможному числу команд
в данной системе. Преимущество — возможность единовременного
считывания всей информации, содержащейся в кадре, недостаток
этого способа — возможность оставления пустых мест (пропусков)
на перфоленте.
Переменный кадр. При нем строгая последовательность
записи на перфоленте различных видов информации сохраняется.
Однако каждая команда может занимать разное число строк в зави-
симости от объема информации. Различные команды внутри кадра
разделяются специальными знаками; обычно для этой цели исполь-
зуется специальный табуляционный знак tab.
Адресный.кадр. Перед каждым видом информации (коман-
дой) на лентах перфорируется ее адрес, показывающий назначе-
ние, а следовательно, и место (адрес) данной информации в запо-
минающем устройстве. Для этого каждому виду информации при-
сваивается свое (обычно буквенное) обозначение, которое ставится
перед значащей частью информации (например, перед числом, ука-
зывающим перемещение, или перед командой, н-а смену инстру-
мента). Адреса могут указываться как перед каждой сменой инстру-
мента, так и перед блоками команд (например, перед указанием
перемещений по всем координатам станка).
Так же как и в переменном, адресный кадр позволяет не перфо-
рировать на ленте повторяющуюся информацию;, кроме того, он
допускает произвольную последовательность записи команд, что
делает его более гибким. Этот способ построения кадра программы
находит широкое применение в современных системах цифрово-
го ПУ.
Важный вопрос, связанный с построением кадра программы
и с применяемыми методами кодирования,— контроль кодов.
Использование того или иного способа логического контроля
98
кодированной информации, записываемой на перфоленте, яв-
ляется в настоящее время обязательным для всех станков
с ЧПУ. Без этого современные системы цифрового ПУ не выпус-
каются.
Способы логического контроля основаны на избыточности коди-
рованной информации, записываемой на перфоленте. Методы дво-
ично-десятичного кодирования чисел позволяют автоматически
выявлять допущенные ошибки при построчном считывании кодиро-
ванной информации. Кроме построчного контроля в системах
цифрового управления применяются различные методы покадро-
вого контроля координированной информации, записываемой на
перфоленте. Наиболее распространенный из них — способ контроля
по модулю.	'
Контроль по модулю. Он заключается в том, что в каж-
дом кадре подсчитывается сумма всех значений двоичных цифр.
Полученная сумма делится на определенное число, большее двух,
называемое модулем (обычно 4; 9 или 10), и получившийся при
этом остаток записывается в кодированном виде на перфоленте
в качестве контрольного числа. Система управления имеет специ-
альные схемы, позволяющие автоматически находить этот остаток
при считывании информации с перфоленты и сравнивать его с конт-
рольным числом. Это дает возможность проверить как правильность
перфорирования ленты, так и безошибочность считывания с нее
информации при вводе в систему управления.
Кроме контроля по модулю, применяют и другие методы логи-
ческого контроля кодированной информации, записываемой в кад-
ре. К .ним относятся проверка при помощи системы управления
количества строк в кадре программы при вводе информации (при
фиксированном кадре), проверка числа строк, следующих за адре-
сом (при адресном кадре), проверка принятой последовательности
записи отдельных видов информации и др., основанные на автома-
тическом выявлении системой допущенных отклонений от установ-
ленного порядка построения кадра программы. Поиски новых высо-
коэффективных методов контроля кодированной информации, обес-
печивающих надежную работу систем цифрового управления тех-
нологическим оборудованием, в настоящее время еще нельзя счи-
тать законченными. Работы в этом направлении ведутся.
Вся информация, записываемая в кадре программы и не отно-
сящаяся непосредственно к обозначению команд, составляет слу-
жебную, или логическую информацию. К ней относятся обозна-
чения адресов, знаки разделения команд, контрольные числа, допол-
нительные пробивки и прочие виды информации, которые станком
не отрабатываются.
Построение кадра программы и использование того или иного
программного языка для обозначения команд во многом зависят
от вида аппаратуры, применяемой для перфорирования програм-
мных лент. Кадр и язык программирования должны быть удобны
как для ручного способа перфорирования, так и для автоматиче-
ского вывода кодированной перфоленты из ЭЦВМ. Важно также
7*
99
иметь возможность легко получать дубликаты перфоленты путем
их реперфорирования.
Для перфорирования программных лент методом поперечного
кодирования находят применение однопериодные перфораторы,
в которых при нажатии клавиши с написанным на ней символом
(цифры, буквы или другие знаки) автоматически происходит про-
бивка на перфоленте одной поперечной строки с кодовым двоичным
обозначением данного символа.
За рубежом для перфорирования программных лент исполь-
зуют весьма удобные перфораторы — так называемые флексорай-
теры американской фирмы «Фриден» с буквенно-цифровой клавиа-
турой типа пишущей машинки. Этот аппарат позволяет получать
восьмидорожечные перфоленты с записью информации буквенно-
цифровым восьмиразрядным кодом. Одновременно с перфорирова-
нием ленты записываемая программа печатается на контрольном
бланке, который используют для проверки правильности перфори-
рования. Аппарат флексорайтер позволяет также дублировать пер-
фоленты (со скоростью до 10 строк/с) с одновременным печата-
нием контрольного бланка.
Магнитные ленты. Их выполняют на бумажной и пластмассовой
(ацетилцеллулоза) основе. Толщина лент 0,03 мм, ширина 6,5; 19;
25,4 и 35 мм. На одну сторону ленты нанесен слой ферромагнитной
эмульсии толщиной до 0,02 мм. Длина ленты в одной бобине
1000 м. Кроме того, применяют металлические намагничиваемые
ленты и немагнитные металлические ленты, покрытые магнитным
материалом.
Записывают информацию в двоичном или унитарном
(дешиф-
рованном) коде путем местного намагничивания ее участков по
нескольким продольным дорожкам. Запись обеспечивает два устой-
чивых дискретных состояния, одно из них изображает 1 (намагни-
ченный участок), а другое 0 (участок без намагничивания). Плот-
ность записи на магнитную ленту достигает 10 импульсов на 1 мм
ее длины, а скорость записи 750 мм/с.
С одной магнитной ленты может быть произведено несколько
тысяч считываний. Рвутся ленты чаще всего при повторно-кратко-
временных режимах работы. Магнитную ленту как программоноси-
тель используют в станках при сложной и длительной обработке
(1 ч и более). При высокой плотности записи она может содер-
жать большой объем информации. К недостаткам магнитных лент
. относятся: большая стоимость в сравнении с перфолентами; невоз-
можность визуального просмотра и контроля записи; пониженная
прочность; меньшая надежность работы (при уменьшении вели-
чины намагничивающего импульса могут быть отказы); понижен-
ные сроки хранения, невозможность введения коррекций на раз-
меры и положение инструмента, а также ограниченное количество
технологических команд, передаваемых на станок. Для записи
информации на магнитную ленту требуется более сложная и доро-
гая аппаратура.
100
Все это привело к тому, что число станков с ЧПУ, в которых
используется магнитная лента как программоноситель, в последние
годы заметно сократилось. Подавляющее количество вновь выпу-
щенных станков с ЧПУ имеет перфоленту. Магнитные ленты в ос-
новном применяют в станках с контурной системой ПУ.
Системы управления станками от ЭЦВМ. Они являются даль-
нейшим развитием систем ЧПУ. Их часто называют системами
CNC — от заглавных букв английских слов computer numerical
control и системами DNC — direct numerical control.
Они имеют различную структурную основу по используемым
в них схемам управления: первая представляет собой централи-
зованную систему (в ней от одной ЭЦВМ производится управление
группой станков); вторая характеризует децентрализованную систе-
му (в ней непосредственное управление станками осуществляется
малыми ЭЦВМ, а весь процесс производства контролируется боль-
шой автономной ЭЦВМ).

Рис. 3.7
На рис. 3.7,а и б показаны эти схемы. Здесь /—управляющая
ЭЦВМ; 2 — станки; 3 — считывающее устройство; 4 — контроли-
рующая (автономная) ЭЦВМ; 5 — управляющие ЭЦВМ.
Возможность создания подобных систем управления обуслов-
лена значительными усовершенствованиями конструкций станков
и ЭЦВМ и повышением их надежности. Применение систем управ-
ления станками от ЭЦВМ повышает производительность и качество
обработки, высвобождает рабочую силу. Вместе с тем системы уп-
равления станками упрощаются в связи с тем, что функции инди-
видуальных программоносителей станков передаются памяти
ЭЦВМ.
Новое и оригинальное в централизованных системах управле-
ния то, что центральная ЭЦВМ может быть расположена на боль-
шом расстоянии от группы управляемых станков (даже в другом
городе). Связь между ЭЦВМ и станками может осуществляться
по обычным линиям. Сами станки также могут находиться в раз-
ных местах, если это требуется по условиям производства. Управ-
ление станками от ЭЦВМ позволяет очень быстро переходить от
обработки одной партии заготовок к другой. Большой эффект
в этом случае дает централизованный склад с автоматическцм адре-
сованием исходных заготовок и обработанных деталей.
101
На заводе «Станкоконструкция» эксплуатируется автоматизиро-
ванный участок АУ-1 для обработки деталей типа тел вращения.
Он включает в себя фрезерно-центровальный; шесть токарных, три
координатно-сверлильных и два фрезерно-расточных станка с ЧПУ,
системы группового ЧПУ, транспортно-складскую и инструменталь-
ного обеспечения. ЭВМ «Днепр» управляет работой участка, осу-
ществляя диспетчеризацию и учет производства. Участок обслужи-
вают мастер, девять станочников, три ремонтника и два диспетчера.
На участке обрабатываются детали широкой номенклатуры. Авто-
матический, управляемый от ЭВМ, склад расположен вдоль линии
станков. Он обслуживается штабелерами и тележками. Управляю-
щие программы на магнитной ленте выдаются ЭВМ перед началом
работы на каждый станок. При повторении обработки программа
вновь записывается на ленту из памяти ЭВМ. Достигнут коэффи-
циент использования участка, равный 0,72.
На этом же заводе смонтирован другой автоматизированный
участок АП-1, управляемый от ЭВМ и предназначенный для обра-
ботки корпусных деталей различных типоразмеров. В транспорт-
ной системе участка предусмотрен склад-накопитель и подъемные
устройства для перемещения заготовок.
Аналогичные участки (цехи) разработаны и используются
в ЧССР (завод «ТОС Куржим») и ГДР (завод «Призма»).
Преимущество децентрализованных систем управления от
ЭЦВМ в том, что каждый блок системы может быть отключен при
его аварии. Остальная система при этом продолжает работу. После
устранения неисправности автономная ЭЦВМ передает в восста-
новленный блок программу работы, которая хранится в ее памяти.
В децентрализованной системе используются малые ЭЦВМ, что
облегчает их обслуживание.
В последнее время для обслуживания станка с ЧПУ и управ-
ляемых ют ЭЦВМ стали использовать промышленные роботы. Они
обслуживают два-три смежно расположенных станка или всю
линию станков. Роботы ставят и снимают заготовки на станок,
передают их на смежно расположенный станок для продолжения
обработки, откладывают обработанные заготовки в тару или на
транспортер для передачи на автоматизированный склад или на
другой производственный участок. На начальной позиции робот
берет заготовку с подающего транспортера, из тары, кассеты или
магазина и ориентирует ее в пространстве. Все движения робота
осуществляются по командам от единой управляющей ЭЦВМ для
взаимосвязанной группы оборудования. Обычно роботы работают
по жесткой программе; для предупреждения аварии они имеют бло-
кировочные устройства. Применение роботов повышает произво-
дительность оборудования и высвобождает рабочую силу (сроки
окупаемости роботов от 1- до 3 лет). Конструкции роботов для
обслуживания станков с ЧПУ разработаны ЭНИМС (модель
АУ1-Р1, РВ-50) и другими организациями.
На рис. 3.8, а показана схема обслуживания одним роботом /
двух токарных станков 2 и 5. Робот берет заготовку из тары 3
102
и передает ее на станок-2. Затем эта заготовка передаётся роботом
на станок 5, а после окончания обработки укладывается в тару 4.
На рис. 3.8, б показана схема обслуживания роботом 1 трех стан-
ков 2, 4 и 6. Заготовка поступает на данный участок по транспор-
теру 3 и передается на смежный участок по транспортеру 5. Стрел-
ками показаны движения заготовок на данном участке.
Рис. 3.8
На заводе «Салют» эксплуатируется комплексно-автоматизиро-
ванный участок механической обработки деталей типа муфт, вту-
лок, шестерен и фланцев длиной до 150 мм и диаметром до 250 мм.
В его состав входят автоматизированный склад заготовок, мага-
зин-накопитель для ориентации заготовок,, робот-автооператор
и станки с автоматической сменой инструмента. Управление участ-
ком производится от ЭВМ «Минск-32» с обратной связью, позво-
ляющей на всех этапах работы осуществлять диалог между опе-
ратором и ЭВМ.
Институтом «Оргстанкинпром» разработана автоматизирован-
ная транспортно-складская система ОРГ-3 для участков механиче-
ской обработки деталей различного типа. Она позволяет автома-
тизировать операции приема, хранения, выдачи и межоперацион-
ного транспортирования обрабатываемых деталей, технологической
оснастки и инструмента, а также погрузочно-разгрузочные опера-
ции на рабочих местах. Система может работать от ЭВМ, от стан-
дартных перфокарт, а также управляться с диспетчерского пункта.
§ 3.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИЙ ОБРАБОТКИ НА СТАНКАХ
С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Операции обработки на станках с ПУ — основные этапы техно-
логического процесса изготовления данной детали, включающего
в себя процессы изготовления исходной заготовки и последующей
механической обработки. Поэтому проектирование операций обра-
ботки на станках с ПУ не может производиться вне связи с осталь-
ными этапами технологического процесса.
Обычно обработке на станках с ПУ предшествуют операции
подготовки установочных баз, а после этапа обработки выполняют
операции второстепенного и вспомогательного характера.
103
a)
Рис. 3.9
Сперва проектируют технологию изготовления детали в целом
с учетом выполнения основных операций на станках с ПУ. Исход-
ные данные для проектирования: чертеж детали, технические усло-
вия ТУ на ее изготовление, программа выпуска деталей, а также
предполагаемый срок выпуска заданного количества деталей. Важ-
но выяснить также возможность повторения выпуска данных дета-
лей в будущем. Часто в исходные данные включают заданный
метод получения заго-
товки (поковка, литье,
прокат, сварная заго-
товка). Метод получе-
ния заготовки может
быть предписан кон-
структором изделия
исходя из условий ра-
боты детали.
Проектированию тех-
нологического процесса
предшествует подроб-
ное изучение рабочего
чертежа детали, техни-
ческих условий на ее
изготовление и условий
ее работы в изделии,
правильность простановки
Проверяют достаточность проекций,
размеров, изучают требования по точности и шероховатости обра-
ботки поверхностей, а также другие требования ТУ.
При контроле рабочего чертежа выявляют возможность улуч-
шения технологичности конструкции детали. Применительно к усло-
виям обработки деталей на станках с ПУ имеется своя вполне опре-
деленная специфика требований к технологичности конструкции.
Конструкция детали должна быть оформлена так, чтобы для обра-
ботки требовалось минимальное количество типоразмеров режуще-
го инструмента. На рис. 3.9, а показано нерациональное (верхняя
проекция) и рациональное (нижняя проекция) оформление уступов
вала. В первом варианте необходимо несколько режущих инстру-
ментов, во втором только один при упрощении траектории движе-
ния инструмента и сокращении переходов обработки. На рис. 3.9,6
представлено два варианта конструктивного оформления фрезеруе-
мого углубления в корпусной детали. Нетехнологично назначать
разные радиусы закруглений rlt г%, г3, г4 и г5, так как при одной
фрезе усложняется ее траектория движения. Более технологично
брать радиусы одинаковыми r2 = const, тогда траектория движения
наиболее простая. В корпусных деталях целесообразно диаметр
крепежных отверстий назначать одинаковым, так как при этом
устраняется необходимость смены инструмента.
Следует использовать штатный инструмент, поставляемый со
станком, и избегать применения специального как более дорогого.
Радиус закругления фрезеруемого углубления следует назначать
104
максимальным, так как при этом может быть увеличена подача
инструмента. По этим же соображениям желательна обработка
плоскостей детали торцовыми фрезами возможно большего диа-
метра.
Предпочтительны такие конструкции деталей, которыр можно
полностью обрабатывать одним инструментом за одну установку
и по возможности без применения сложных приспособлений и пово-
ротных устройств. Примером такой обработки может служить обра-
Рис. 3.10
ботка детали, представленной на рис. 3.10, а. Удобны также кон-
струкции деталей симметричной формы (рис. 3.10,6). В этом слу-
чае деталь обрабатывается при одной установке в поворотном уст-
ройстве, по одной и той же программе и одним инструментом.
Менее технологичны конструкции несимметричной формы, обраба-
тываемые с двух (рис. 3.10,в) или трех сторон (рис. 3.10,г), осо-
бенно с переустановкой детали. Желательно многие детали изде-
лий выполнять симметричными по форме и размерам, тогда обра-
ботку их ведут по одной программе. Следует упрощать конструк-
цию обрабатываемых деталей, типизируя повторяющиеся элемен-
ты (углубления, выступы, карманы); это сокращает время про-
граммирования и является целесообразным для деталей типа
панелей, рам и других сложных деталей. Следует избегать наклон-
ных стенок.
В конструкции детали большое внимание должно уделяться ее
надежному базированию при обработке. Необходимо предусмат-
ривать достаточно большие опорные плоскости, центрирующие
отверстия, платики, центровые гнезда или фаски и другие эле-
менты, используемые в качестве технологических баз для выпол-
нения максимального объема обработки при одном закреплении
заготовки. Следует увязывать базы детали с исходной точкой тра-
ектории движения инструмента, а также с осями координат станка.
Если деталь обрабатывается со всех сторон и ни одна из ее боко-
вых поверхностей не может быть использована в качестве техно-
логических баз, то в ее конструкции следует предусмотреть два
точно выполненных технологических базовых отверстия с наиболь-
шим расстоянием между их осями. В качестве таких отверстий
могут быть использованы и конструктивные отверстия детали; если
105
их точность недостаточна (отверстия на проход крепежных дета-
лей), то производят дополнительную (точную) обработку. Точ-
ность диаметральных размеров этих отверстий желательно выдер-
живать по второму классу.
Особое внимание уделяется простановке размеров детали, кото-
рую производят от принятых технологических баз детали в системе
прямоугольных координат. Если это условие в чертеже детали
Рис. 3.11
не выполняется, необходимо пересчитать размеры. Они должны
быть проставлены так, чтобы все линии, точки, оси и центры дуг
профиля можно было воспроизвести от выбранного начала коорди-
нат. На рис. 3.11, а показан пример простановки размеров от начала
координат, которое в данном случае совмещено с осью большого
отверстия; ранее выполненными отверстиями / и 2 деталь насажи-
вается на центрирующие пальцы приспособления. На рис. 3.11,6
приведен другой пример простановки размеров для обработки пли-
106'
ты с круговыми пазами и отверстиями. В качестве баз использо-
ваны боковые плоскости 1 и 2, а начало координат лежит в точке 0.
На рис. 3.11, в показан пример простановки размеров детали при
ее токарной обработке в патроне. Базовый торец детали контакти-
рует с кулачками; его плоскость совмещена с началом координат.
Все осевые размеры отсчитываются на чертеже детали от этого
торца. При относительной системе отсчета допустима простановка
размеров цепочкой.
Конструкция детали должна быть удобной для закрепления при
обработке. Болтовые прихваты не должны затруднять обработку,
мешать подводу и отводу режущего инструмента, усложнять тра-
екторию его движения. В ряде случаев целесообразно предусмат-
ривать в конструкции заготовки специальные отверстия для кре-
пежных деталей. Этим достигается возможность большего маневри-
рования при обработке и устраняется необходимость работы с пере-
хватом, на что затрачивается дополнительное время. Желателен
беспрепятственный подвод и отвод инструмента, выполнение обра-
ботки на проход, одновременное использование нескольких инстру-
ментов, а также легкое удаление стружки.
Для повышения точности и производительности обработки целе-
сообразно увеличивать жесткость заготовки. Нужно предусматри-
вать уменьшение или устранение последующей (после обработки
на станках с ПУ) станочной или ручной доработки. Так, напри-
мер, сверление или нарезание резьб малого диаметра в крупных
деталях нецелесообразно на станках с ПУ по причине частой по-
ломки' инструмента. Ручная обработка их трудоемка, поэтому эти
отверстия не следует применять, их заменяют на отверстия боль-
шего диаметра. Весьма важно уменьшать объем работы по подго-
товке управляющих программ. Это обеспечивается выполнением
ранее рассмотренных мероприятий по упрощению траектории дви-
жения инструмента и уменьшению количества технологических
и специальных команд (придание деталям симметричных форм,
упрощение их конфигурации, унификация размеров режущих
инструментов и др.). Целесообразно заменять криволинейные участ-
ки ломаными линиями или дугами окружностей. В данном случае
работа по подготовке программы облегчается применением линей-
ных и круговых интерполяторов. На чертеже детали при этом ука-
зывают радиус окружности, координаты ее центра и точек сопря-
жения.
При обработке деталей на Обычных станках требования техно-
логичности конструкции распространяются и на операции техни-
ческого контроля. Размеры в рабочих чертежах проставляют с уче-
том возможности их контроля в процессе и после обработки дета-
ли. Для станков с ПУ это требование отпадает, так как в процессе
обработки никакого контроля нет, а приемочный контроль детали
заменяют тщательной проверкой управляющей программы.
Технологические возможности станков с ПУ шире, чем станков
обычного типа. Поэтому важно, чтобы конструкторы изделий их
хорошо знали. Это позволит создавать конструкции деталей без
107
последующей отработки на технологичность и сократит время на
подготовку производства.
Следующий важный этап разработки технологического, процес-
са — выбор метода получения заготовки. При малом объеме выпус-
ка продукции заготовки, как правило, получают упрощенными
методами: литьем в землю, свободной ковкой или непосредствен-
ной резкой сортового проката. Заготовки несложной конфигурации
в виде тел вращения нередко получа-
ют штамповкой в подкладных штам-
пах, которые стоят сравнительно недо-
рого; поэтому данный вариант может
быть рентабелен и в мелкосерийном
производстве. Для условий многоно-
менклатурного производства целесооб-
разно использование комплексной заго-
товки, т. е. такой заготовки, из которой
можно изготавливать несколько дета-
лей различных типоразмеров. На
рис. 3.12 показан наружный контур
комплексной заготовки 1. Внутри этого
контура жирными линиями показана
комплексная деталь 2, й контур кото-
рой вписаны контуры деталей 3,4 и 5
прикрепленной группы. Группирование
деталей для комплексной заготовки
позволяет увеличить размер партии
Рис. 3.12	при ее изготовлении, а это дает воз-
можность применить более прогрес-
сивную технологию заготовительных процессов. В свою очередь
снижается расход материала и себестоимость выполнения после-
дующей механической обработки.
При употреблении в качестве заготовок проката, поковок и отли-
вок, полученных в земляных формах, очень низок коэффициент
использования материала из-за больших припусков и напусков на
обработку. Учитывая высокую стоимость станков с ПУ, целесооб-
разно предварительно обрабатывать заготовки на обычном обору-
довании, а затем передавать их на станки с ПУ для окончательной
обработки.
Растущее применение станков с ПУ выдвигает перед техноло-
гами и конструкторами технологического оборудования задачу
повышения точности заготовок в мелкосерийном производстве, при-
ближения их конфигурации к конфигурации готовых деталей.
В настоящее время для этих условий целесообразно использовать
ротационную ковку и прокатку на специальных станах для загото-
вок типа тел вращения, резку листовых заготовок из проката на
установках с ПУ, а также отливку заготовок по газифицируемым
(выжигаемым) моделям. Перечисленное оборудование быстропере-
налаживаемо и рентабельно для получения заготовок малыми пар-
тиями.
108
К заготовкай, поступающим на станки с ПУ, предъявляют более
строгие требования к точности размеров и качества материала, осо-
бенно для изготовления ответственных деталей. Слишком широкие
допуски на размеры заготовок усложняют работу станков с ПУ
необходимостью введения дополнительных переходов обработки,
что увеличивает время изготовления детали. '	*
На выбранную заготовку составляется чертеж, в котором фик-
сируются все отмеченные требования. Для деталей ответственного
назначения устанавливаются технические условия поставки загото-
вок. Эти условия — важный технологический документ, от выполне-
ния которого зависит последующий процесс обработки заготовки
на станках с ПУ и качественное изготовление детали. На чертеже
заготовки указываются технологические базы и перечисляются
предъявляемые к ним требования по точности и качеству поверх-
ностей. Кроме чертежа исходной заготовки нередко составляется
чертеж заготовки под обработку на станке с ПУ. В этом чертеже
показывают обработанные базы, на которые устанавливается заго-
товка, а также другие обработанные поверхности.
. Важным этапом является выбор баз и схемы закрепления заго-
товки при обработке на станке с ПУ. Для деталей класса валов за
базы принимают центровые отверстия, а в случае полых загото-
вок— конические фаски. Торцы заготовок должны быть предвари-
тельно обработаны до операции зацентровки. Детали класса дис-
ков й втулок обрабатывают на базе центрального отверстия и одно-
го торца. Сами базы перед этим должны быть точно обработаны,
так как заготовку насаживают на оправку. Данная схема базиро-
вания обеспечивает высокую степень концентричности поверхностей
вращения детали.
Корпусные детали при обработке на станках с ПУ базируют
на чистообработанную плоскость и два технологических отверстия,
развернутых по 2-му классу точности. Эту схему используют при
обработке деталей малых и средних размеров. Ее достоинства: про-
стая конструкция приспособления, возможность достаточно полно
выдержать принцип постоянства баз на различных операциях обра-
ботки, обеспечение доступности режущего инструмента к обраба-
тываемой заготовке с разных сторон, а также удобное и компакт-
ное размещение зажимных устройств, что очень важно при обра-
ботке на станках с ПУ. При невозможности размещения техноло-
гических отверстий в самой детали их можно выполнить в специ-
ально предусмотренных приливах, которые в случае необходимо-
сти удаляются после обработки. Данная схема базирования может
быть использована не только для корпусных, но и для большого
числа других деталей (плиты, планки, различные плоские и специ-
альные детали).
Установка на шесть точек при обработке на станках с ПУ менее
удобна, так как установочные элементы, расположенные сбоку,
уменьшают доступность режущего инструмента к поверхностям
детали.
109
Нижняя опорная плоскость заготовки должна быть обработана
по 5—6 классам шероховатости. При точном выполнении заготовок
(отливки по выплавляемым моделям) их можно устанавливать и на
необработанной плоскости, применяя опоры с ограниченной поверх-
ность^ контакта (опоры постоянные по ГОСТ 13440—68). Однако
в этом* случае в местах базовой плоскости с опорами приспособле-
ния возникают большие контактные деформации; они влияют на
точность расположения обрабатываемых поверхностей. Поэтому
данная схема базирования может быть применена лишь для обра-
ботки деталей средней точности.
При обработке сложных заготовок, получаемых штамповкой или
литьем по выплавляемым моделям, достаточно точное базирование
на первой операции обработки обеспечивают ложементы, отливае-
мые из эпоксидных компаундов или алюминиевых сплавов. В дан-
ном случае криволинейная базовая поверхность заготовки контак-
тирует с ее негативным отпечатком в ложементе, чем достигается
ее устойчивое и точное положение при обработке.
При проектировании операций обработки на станках с ПУ
стремятся сократить до минимума количество установок и переза-
крепления заготовки. Каждая переустановка и перезакрепление
заготовки удлиняют время и снижают точность обработки.
Обработка на станках с ПУ характеризуется высокой концен-
трацией технологических переходов. На станках с цикловой систе-
мой ПУ количество переходов в операциях исчисляется десятками,
а на станках с числовым ПУ и сотнями. Часто, однако, выгодно
дифференцировать процесс обработки, выделяя предварительную
обработку в.отдельную операцию. Обдирка, снятие больших напус-
ков, сверление крупных отверстий на отдельных станках повышает
производительность и снижает себестоимость обработки на станках
е ПУ. Эти станки отличаются большей точностью и их нецелесооб-
разно загружать грубой обработкой.
Проектированию операций обработки предшествует изучение
технологических возможностей имеющихся станков с ПУ. Следует
выявить: техническую характеристику станка, вид и емкость про,-
граммоносителя, применяемые инструменты, точностные возможно-
сти станка, его кинематические и динамические данные, дополни-
тельные устройства и приспособления, прилагаемые к станку
в целях расширения его технологических возможностей.
Проектирование операции начинают с выявления переходов
обработки й установления необходимых рабочих ходов для удале-
ния напусков и преувеличенных припусков. Из большого количества
возможных вариантов построения операций стремятся выбрать
наиболее производительный и рентабельный. Во всех случаях
выгоднее сокращать число холостых и вспомогательных движений,
а переходы обработки принимать более длительными.
На рис. 3.13, а и б показаны два варианта предварительной обра-
ботки ступенчатой детали. По варианту а) эту обработку выполня-
ют за три рабочих хода (снимаемые слои металла обозначены
цифрами 1, 2 и 3), по варианту б)—за шесть более коротких
110
рабочих ходов (снимаемые слои металла обозначены цифрами 1,
2, ..,, 6). Несмотря на то что по суммарному пути резания оба
варианта равноценны, вариант а) более предпочтителен. При этом
варианте требуется меньше команд на переключения^ уменьшается
время холостых движений за счет сокращения пути разгона и. тор-
можения'каретки станка и количество перемещений инструмента
в поперечном направлении.
На рис. 3.13, в и г показаны два варианта обработки ступенча-
того отверстия. По варианту в) сначала сверлится отверстие мало-
го диаметра, а затем рассверливаются средние и большое отверстия.
По варианту г) сначала сверлят отверстие большого диаметра,
затем среднее и малое отвер-
стия. Вариант г) более про-
изводителен, так как сум-
марное основное время об-
работки здесь меньше. Вме-
сте с тем этот вариант
более предпочтителен по
условиям лучшего удаления
стружки. По затратам вре-
мени на холостые и вспомо-
гательные движения, а так-
же по количеству спец-
команд оба варианта доста-
точно равноценны.
Если в детали сверлят
несколько отверстий одного
Рис. 3.13
диаметра, то при построении
операции следует выбрать такую последовательность обработки,
при которой суммарное время на перемещение шпинделя из пози-
ции в позицию составит минимум.
При удалении местного напуска металла путем выемки углубле-
ний и пазов на фрезерных станках применяют следующие траекто-
рии движения инструмента.
1. Плоская спираль (рис. 3.14, а) типа архимедовой. Последний
ее виток является эквидистантой к обрабатываемому контуру.
2. Плоская спир-аль при движении инструмента от обрабатываемого
контура к полюсу (рис. 3.14,6). Буквой н обозначено начало и бук-
вой к конец обработки. 3. При выборке открытого с одной стороны
углубления (рис. 3.14, в) обработку ведут по ленточной правой или
левой спирали. 4. Выбирают металл также методом строчек
(рис. 3.14, г) с последующей зачисткой контура углубления на
последнем рабочем ходе или без нее.
Во всех рассмотренных схемах обработку выполняют пальце-
вой фрезой, установленной на заданную глубину, соответственно
толщине удаляемого металла. Диаметр фрезы желательно брать
возможно большим, так как при этом можно увеличить минутную
подачу и уменьшить длину траектории за счет более тесного распо-
ложения витков спирали и большего шага строчек. Однако диаметр
lit
фрезы нельзя брать больше удвоенного минимального радиуса
вогнутого участка обрабатываемого контура.
Металл в глубоких выемках («колодцах») удаляют за несколько
рабочих ходов по глубине. Комбинируя различным образом про-
Рис. 3.14
дольную и осевую подачу фрезы, можно получить следующие схемы
траекторий движения режущего инструмента. На рис. 3.15, а пока-
зана схема «петля», наиболее применимая в тех случаях, когда
одна стенка выемки вертикальна, а другая наклонна. На рис. 3.15,6
Рис. 3.15
показана схема «зигзаг». Ее выгодно использовать при двух наклон-
ных стенках. В отличие от предыдущей схемы все участки траекто-
рии представляют собой пути рабочей подачи фрезы (продольной
и осевой). Схема удобна для программирования. На рис. 3.15,в
показана схема «виток». Эту схему применяют для выемок с боль-
шим углом наклона стенок, однако траектория движений фрезы
несколько усложняется за счет введения вспомогательных движе-
ний. При глубоких выемках работа продольной подачей затруднена
112
из-за недостаточной жесткости инструмента. В этом случае приме-
няют схему «спуск», представленную на рис. 3.15, г.
При выборе схемы следует ориентироваться на работу с боль-
шими глубинами резания, так как при этом уменьшается длина
траектории движения инструмента. Ограничением для этого явля-
ются: прочность фрезы, виброустойчивость технологической систе-
мы, а также величина остающегося припуска на чистовую обра-
ботку контура выемки. С учетом влияния перечисленных факторов
в каждом отдельном случае может быть минимизирована задача
определения траектории движения инструмента.
На рис. 3.16, а показан пример растачивания конического отвер-
стия за несколько последовательных рабочих ходов. Стрелками
показаны участки траектории движения вершины резца. На линии
а участки траектории обратного движения к исходной точке О
сливаются, а траектория движения резца на последнем рабочем
ходе совмещена с профилем обрабатываемой поверхности.
Следующий этап проектирования операции — определение тра-
ектории движения режущего инструмента при чистовой обработке
основных поверхностей детали. Как и при предварительной обра-
ботке, эта задача расчленена на три части построения траектории:
8 1273
113
рабочих перемещений инструмента, вспомогательных и холостых
(обратных)-движений инструмента.
Траектория рабочих перемещений инструмента при чистовой
обработке представляет собой эквидистанту образующих поверх-
ностей детали.. Применительно к токарной обработке эквидистан-
той является след движения центра закругления режущей кромки
при вершине резца. На рис. 3.16, б в качестве примера показана
траектория движения резца при чистовом обтачивании наружной
поверхности сложнопрофилированной детали. Сплошная жирная
линия характеризует рабочую подачу резца, сплошная тонкая —
замедленное движение инструмента при его подходе к заготовке
и тонкая пунктирная — ускоренное движение инструмента при его
подходе к заготовке и возвращении в исходное положение. Это
положение — нулевая точно фиксированная точка инструмента,
от которой отсчитывают его перемещение при выполнении различ-
ных переходов обработки. Эта точка должна быть расположена
-на достаточно большом расстоянии от патрона для удобства уста-
нови и снятия заготовки. Плоскость 1—1 уступов кулачков патрона
является' плоскостью установа заготовок. Для данной наладки она
должна быть закоординирована относительно нулевой (исходной)
точки 0 траектории движения инструмента (размер 150).
На рис. 3.17, а показан более сложный пример обработки детали
на станке с револьверной шестипозиционной инструментальной
головкой. Перед началом работы головка находится в исходной
позиции I. После пуска станка она перемещается по траектории 2,
3, 4, 5, .... 11. Резец 1, закрепленный в первой позиции револьвер-
ной головки, подрезает торец ступицы и обод детали. В позиции II
резцовой сказкой 2 обрабатывается центральное отверстие. В пози-
ции III головка снова повертывается и резец 3 протачивает ступицу
и часть обода. По окончании всех переходов обработки на позициях
IV, V и VI, показанных на рис. 3.17, а, головка отводится и повора-
чивается в исходное положение I. При наладке станка необходимо
выдержать размер L от оси револьверной головки в ее исходном
положении до установочной плоскости кулачков 1—1, а также рас-
' стояние R от оси головки до оси шпинделя. Кроме того, должны
быть выдержаны настроечные размеры для каждого инструмента
головки по ее позициям. Так, например, для первой позиции револь-
верной головки должны быть указаны размеры Li и Ri.
В последнее время появились станки с самопрограммированием
черновой обработки заготовки. Управляющая программа содержит
исходную информацию о траектории движения инструмента при
обработке заданного или чернового контура- детали. Станок имеет
адаптивную приставку, которая управляет предварительными рабо-
чими ходами до получения чернового контура стабилизацией силы
или мощности резания. В процессе работы система запоминает
точки встречи и отрыв инструмента от чернового контура; в отдель-
ных конструкциях осуществляется периодическое реверсирование
« перфоленты. Станки подобного типа разработаны ЭНИМС и фир-
мами «Сименс» (ФРГ), «Асема» (ГДР) и «Фанук» (Япония).
114
Использование этих станков сокращает время предварительной
обработки на 20—30%. На рис. 3.17,6 показана схема самопро-
граммирования траектории черновой обработки по системе Асема.
В точке Я1 (/ рабочий ход) глубина резания уменьшается до мини-
мальной величины, в результате чего резец отводится на начало II
рабочего хода. В точке b глубина резания достигает максимальной
Рис. 3.17
величины и траектория движения резца переходит на наклонный
участок b—Ь'. В зависимости от размеров индивидуальной заго-
товки схемы рабочих ходов автоматически меняются, как это видно
на схеме. Предварительная обработка завершается рабочими хода-
ми (проходами) /// и IV.
Ранее отмечалось, что траектория рабочих перемещений инстру-
мента представляет собой эквидистанту образующей обрабатывае-
мой поверхности. В местах врезания и схода режущего инструмен-
та, а также в местах сопряжения отдельных участков образующей
приходится предусматривать вспомогательные движения инстру-
мента, что усложняет его траекторию. В других случаях траектория
8*
115
может быть, напротив, несколько упрощена сравнительно с фор-
мой образующей. Рассмотрим некоторые случаи формирова-
ния траектории вспомогательных движений инструмента. На
рис. 3.18, а показана схема фрезерования внешнего угла. Вспомога-
тельные движения происходят на прямых участках 1—2 и 2—3.
Их суммарная длина
' = 2гфр1д[(к- а)/2].	(3.1)'
Рис. 3.18
На рис. 3.18,6 вспомогательное движение осуществляется по
дуге окружности 1—2 радиуса фрезы. Длина дуги окружности
I = гфР(" — “)	(3.2)
В этом случае путь вспомогательного движения меньше, чем
в предыдущей схеме. При использовании круговых интерполяторов
программирование перемещения инструмента по дуге окружности
не представляет теперь никаких трудностей.
На рис. 3.18,в показана промежуточная схема вспомогательного
движения инструмента по отрезкам прямых 1—2, 2—3 и 3—4. Дли-
ны участков 1—2 и 3—4 составляют Zi—2 = ^з—4=[("^ — а)/4].
Длина участка 2—3 будет /2-3 = 2гфр1§[ (- — а)/4]. Весь путь тра-
ектории вспомогательного движения от точки 1 до точки 4
= 4гфр tg.[(w — а)/4].	(3.3)
При фрезеровании внутреннего угла (рис. 3.18, г) радиус траек-
тории
116
гтр = Я-гфр,	(3.4)
где R — радиус вогнутого участка обрабатываемой детали; ГфР—
радиус фрезы. Условие обработки ГфР^/?.
Путь движения фрезы по дуге окружности
L =	(3.5)
В изношенных станках с ПУ при формировании траектории
вспомогательных движений приходится учитывать зазоры в сопря-
жениях механизма подач. Перед началом рабочего движения на
новом участке траектории эти зазоры должны быть выбраны;
в противном случае они могут оказать влияние на точность обра-
ботки. На рис. 3.18, д при фрезеровании горизонтального участка
усилие подачи отжимает фрезу влево, следовательно, зазор в сопря-
жениях фрезерной головки выбирается с правой, стороны. Если
начать обработку вертикального участка по схеме на рис. 3.18,д,
то усилие фрезерования будет отжимать инструмент вправо. Это
приведет к выборке зазора и размер А будет искажен. Для устра-
нения этой погрешности выборку зазора производят на вспомога-
тельном участке траектории — «петле» /—2—3—4. На участке-
3—4 «петли» происходит выборка зазора; величину перемещения по
программе следует назначать, превышая длину 3—4 на величину
зазора. Аналогичным образом поступают при обработке вертикаль-
ного участка, если в данном направлении нужно выдержать точный
размер.
В современных станках с ПУ в механизмах подач применяют
шариковую винтовую пару, которую собирают с предварительным
натягом. При качественной сборке механизма подач зазоры в нем
весьма малы и их влиянием на точность обработки можно прене-
бречь. Поэтому вспомогательные движения можно формировать по
схемам 3.18, а, б, виг.
На рис. 3.18, е показана траектория движения резца при обта-
чивании элемента ступенчатой поверхности. Из рисунка видно, что
на траекторию влияет не только радиус закругления режущей кром-
ки резца, но и ширина его режущей части в плане.
Формирование вспомогательных участков траектории — важная
задача. Эти участки необходимо назначать при врезании и сходе
инструмента, а также при его отводе от обработанной поверхности
во избежание ее порчи. Недоучет вспомогательных движений может
вызвать брак при обработке. К холостым движениям относятся дви-
жения подвода’ инструмента от его исходного положения в рабо-
чее, перемещения от одной позиции обработки к другой, а также
отвод инструментов после обработки в исходное положение.
Для сокращения времени пути вспомогательных и холостых дви-
жений следует уменьшать, а скорость их увеличивать. Траектории
их должны быть по возможности простыми, а количество участков
с разгоном и торможением минимальным. При назначении траек-
торий этих движений следует учитывать возможные препятствия
117
(выступы на обрабатываемых заготовках, возвышающиеся элемен-
ты зажимных устройств приспособлений и др.). Задача установле-
ния траектории движения режущего инструмента в ряде случаев
усложняется необходимостью аппроксимации криволинейных участ-
ков обрабатываемой детали ломаной линией или дугами окружно-
сти, а также необходимостью предыскажения управляющей про-
граммы в целях уменьшения йогрешностей обработки. В этих слу-
чаях, рассмотренных более подробно в гл. 2, траектория рабочих
движений получается более сложной и с большим количеством
опорных точек.
Как видно из приведенных ранее примеров, траектория рабо-
чих, вспомогательных и холостых движений состоит- из большого
числа отрезков прямых и дуг окружностей. Места их пересечения
или стыковки образуют опорные точки траектории. Если по ходу
выполнения вспомогательных или холостых движений приходится
менять их скорость (разгон или торможение), то в этом случае
появляются дополнительные опорные точки на одной и той же
прямой.
В задачу технолога входит установление координат всех опор-
ных точек траектории от выбранного начала их отсчета. Значение
координат опорных точек наклонных линий траектории позволяет
потом, применяя линейный интерполятор, заменить наклонную
линию ступенчатой с малыми размерами ступеней. Зная коорди-
наты начальной и конечной точек дуги окружности, а также коорди-
наты ее центра, можно аналогичным образом, используя круговой
интерполятор, заменить дугу окружности линией, состоящей из
большого числа ступеней малого размера. Пульты управления
современных станков с ЧПУ имеют встроенные интерполяторы.
После передачи исходной информации с перфоленты на интерпо-
лятор последний выдает импульсы на шаговые двигатели исполни-
тельных органов станка, осуществляющих необходимые перемеще-
ния инструмента.	1
Следующий этап проектирования операции заключается в уста-
новлении режима резания (глубина, подача и скорость резания).
От него зависят точность, качество обработанной поверхности, про-
изводительность и себестоимость обработки. Сначала устанавли-
вают глубину резания, потом подачу и скорость резания. Глубина
резания определяется величиной ранее рассчитанного припуска на
обработку данной поверхности (при черновом точении ступенча-
того вала в отдельных местах приходится удалять большой напуск
металла, производя обработку за несколько рабочих ходов). При
каждом рабочем ходе ее берут предельно допустимой по прочности
наиболее слабого звена данной технологической системы. На
последнем проходе глубину резания уменьшают для обеспечения
заданной точности.
Подачу назначают максимально допустимой: при черновой обра-
ботке она ограничивается прочностью наиболее слабого звена тех-
нологической системы; при чистовой — в зависимости от заданной
точности и шероховатости поверхности. Подачу выбирают по нор-
118
мативам или рассчитывают по формулам, согласовывая ее вели-
чину с паспортными данными станка. При чистовом точении стали
максимальная подача (мм/об)
5 <0,34 VRje,	(3.6)
где Rz — высота неровностей, мм; ов— предел прочности обрабаты-
ваемого металла, кгс/мм2.
Скорость резания рассчитывают по формулам теории резания
или устанавливают по нормативным таблицам, зная условия выпол-
нения данного технологического перехода. В обычных условиях
при расчете скорости резания ориентируются на экономическую
стойкость режущего инструмента. Применительно к токарным про-
ходным резцам стойкость принимают от 30 до 60 мин основного вре-
мени. По скорости резания определяют частоту вращения шпин-
деля, согласовывая ее с паспортными данными станка.
По выбранным величинам t и s находят значение тангенциаль-
ной силы резания Pz, а по ней момент резания (кгс-мм)
7Ирез = PzDj2.
Найденный момент резания должен быть меньше момента М,
развиваемого станком, Л1рез<Л'1. Если это условие не выдержи-
вается, то необходимо несколько уменьшить величину подачи.
При чистовой обработке сложных деталей с большими поверх-
ностями стойкость режущего инструмента должна быть равна или
несколько больше времени обработки. В противном случае при
вынужденной смене инструмента на, обрабатываемой поверхности
возникает недопустимый уступ. При точении цилиндрической
поверхности путь резца в металле L = ndl/S06, а стойкость инстру-
мента T^L/v. Подставляя и=А1Тт, где т — показатель относи-
тельной стойкости (/п<1), получим
г==1“ТГ7л,	(3.7)
где А — постоянная для данных условий обработки, учитывающая
глубину резания, подачу и обрабатываемый материал.
Зная стойкость инструмента, можно найти скорость резания
и=А/Гт.
По установленным режимам резания находят основное время
выполнения технологических переходов обработки. Полученные
результаты по проектированию операции обработки на станке с ПУ
заносятся в операционную карту, которая является первичным доку-
ментом. В ней указывается содержание операции по выполненным
переходам обработки, дается эскиз обработки, приводится исполь-
зуемый станок, шифр приспособления и инструмента, отмечаются
координаты исходной точки траектории движения инструмента
и время обработки. На основе этих карт определяют потребные
материалы, оснастку, рабочую силу, а также решают вопросы
119
организационного характера. По нескольким операционным картам
обработки данной детали на станках с ПУ и обычного типа состав-
ляют сводную карту.
Для подготовки управляющей программы составляют расчет-
но-технологическую карту на данную операцию. Эта карта содер-
жит полную информацию о выполняемой обработке в виде траек-,.
тории движения инструмента по программе, перечень всех команд
по управлению станком и количественные значения перемещений,
скоростей и подач, размер инструмента (например диаметр фрезы)
и его номер, цену импульса на перемещение инструмента по осям
координат, точность аппроксимации криволинейных участков, время
разгона и торможения рабочего органа станка в конце каждого
участка траектории. В нее записывают участки траектории с их
характеристикой (прямая, дуга окружности), указывают коорди-
наты опорной точки конца участка, подачу инструмента на данном
участке (в мм/мин) и частоту вращения шпинделя. В строгой после-
довательности отмечаются все необходимые спецкоманды (поворот
револьверной головки, включение быстрого хода и рабочей подачи,
останов, включение и выключение подачи охлаждающей жидкости,
отвод инструмента, торможение каретки и др.). Кроме опорных
в данную карту заносятся контрольные точки, в которых предусмат-
ривается кратковременная остановка инструмента для проверки
отработки программы рабочими органами станка. Ошибки и про-
пуски данных в расчетно-технологических картах не допускаются.
Структура и форма этих карт пока не имеют единого образца.
Данные расчетно-технологической карты кодируют в установ-
ленном коде (обычно ИСО-7бит). Руководствуясь определенной
технологической законченностью выполняемых этапов обработки,
из .полученных кодов формируют отдельные кадры управляющей
программы. Эту работу выполняют вручную (что мало производи-
тельно) или при помощи настольных клавишных счетных машин
типа «Вильнюс», «Рейн-металл» и др. Закодированную информа-
цию переносят на перфоленту при помощи стандартного телеграф-
ного аппарата СТА-2М (при коде БЦК-5) или при помощи клавиш-
ной машины «Брест» 1Т для кода ИСО-7бит. Если запись програм-
мы должна быть сделана на магнитную ленту, то с полученной
перфоленты при помощи интерполятора ИЛ-2 можно получить тре-
буемую магнитную ленту. Контролируют управляющие программы,
записанные на перфоленте, при помощи графического устройства —
координатографа. В нашей промышленности получил распростра-
нение координатограф УКП-1. Он предназначен для контроля тра-
ектории движения центра инструмента, скорости и ускорения его
движения. Устройство состоит из самого координатографа, цифро-
вого индикатора текущих координат и измерителей скорости и уско-
рения перемещений. Максимальный размер чертежа 750X580 мм.
Цена импульса на выходе 0,08 мм. Максимальная скорость пере-
мещения кареток 6 м/мин. Масштабы вычерчиваемой эквидистанты
4 : 1, 2 : 1, 1 : 1, 1:2, 1 :8 и 1 : 16. По вычерченному на бумаге изо-
бражению можно визуально проверить профиль ебрабатываемой
120
детали и выявить грубые ошибки, допущенные при программиро-
вании. Управляющую программу проверяют на станке без установ-
ки инструмента. По лимбам станка проверяют опорные точки тра-
ектории и возвращение рабочих органов станка в исходное поло-
жение. Окончательно проверяют программу после тщательного
измерения первой пробной детали. Управляющие программы, запи-
санные на магнитную ленту, контролируют с помощью устройства
УКП-2.
Рассмотренный порядок ручного проектирования операций обра-
ботки на станках с ПУ с составлением управляющих программ
(см. на рис. 3.19) еще довольно распространен. Около 50% фирм
Рис. 3.19
Англии, имеющих станки с ПУ, применяют этот метод до настоя-
щего времени. Несмотря на использование отдельных облегчающих
работу технолога и программиста устройств, он, однако, является
длительным и трудоемким. Если принять время ручной подготовки
управляющих программ за 100%, то на разработку технологиче-
ского процесса с составлением маршрутной и расчетно-техноло-
гической карты, определение траектории движения режущего
инструмента и выявление ее опорных точек, назначение режимов
резания, выбор точности аппроксимации и других вопросов затра-
чивается 20ч-40% времени; время на расчет программы и ее коди-
рование с использованием соответствующей аппаратуры —
404-60%; запись на программоноситель — 54-10% и проверка про-
граммы— 104-15%. Ручная подготовка управляющих программ
связана, кроме того, с вероятностью возникновения ошибок, на
устранение которых тратится дополнительное время. Она допустима
для сравнительно простых деталей. Для сложных деталей трудо-
емкость ее нередко составляет 204-30 чел-ч. Наиболее*затрудни-
121
тельна ручная подготовка программ для обработки деталей, имею-
щих криволинейную конфигурацию и объемные контуры сложных
форм. Для их воспроизведения необходимо задать столь большое
количество опорных точек, что ручное программирование по своей
длительности становится практически невозможным. Высокая себе-
стоимость ручного программирования в этих случаях может пре-
высить экономию, получаемую от повышения производительности,
при использовании станков с ПУ. В связи с этим в последние годы
появились и получили дальнейшее развитие различные системы
автоматизации подготовки управляющих программ с применением
ЭВМ [15]. Эти системы обеспечивают сокращение времени подго-
товки программ в 20 раз и более, уменьшают себестоимость изго-
товления программ в 5 раз и более, повышают качество программ
за счет оптимизации технологических решений, а также снижают
вероятность возникновения ошибок.
Одной из первых систем автоматизации подготовки программ
,с помощью ЭВМ была универсальная система APT (США). Не-
сколько позже были разработаны системы более узкого назначения
ЕХАРТ (ФРГ), AUTOPRO6 (ЧССР), 2С и 2CL (Англия), IFAPT
(Франция), САП, СППС, СПТС (СССР). Эти системы не требуют
больших ЭВМ, они менее громоздки и лучше приспособлены для
решения конкретных задач. Многие системы разработаны на под-
готовку программ для токарных станков (система СПС-Т), для
станков сверлильно-расточной группы (система СПС-С), для фре-
зерных станков (система СПС-Ф}.
Автоматизация подготовки управляющих программ может про-
изводиться на различных уровнях. На первом уровне объектом
автоматизации является наиболее трудоемкий этап подготовки про-
граммы — ее расчет с заполнением таблиц и кодировкой кадров.
В условиях автоматизации этот этап выполняется на ЭВМ. Его
продолжительность сокращается в несколько раз — с 15-4-20 ч до
20-4-30 мин, а расчет программы на ЭВМ длится всего около 5 мин.
Вместе с тем несколько сокращается и объем работы технолога-
программиста: он разрабатывает технологический процесс с запол-
нением операционной карты, обозначает элементы обрабатываемой
поверхности с указанием координат точек врезания и схода инстру-
мента, назначает подачу, цену импульса и точность аппроксимации,
а также производит роспись исходной информации о геометрии
детали и технологии ее обработки для ввода в ЭВМ. Из всего вре-
мени подготовки программы на работу технолога-программиста
в данных условиях затрачивается 50-4-70%. Таким образом, этот
этап, выполняемый вручную, становится лимитирующим. На после-
дующих более высоких уровнях автоматизации подготовки управ-
ляющих программ трудоемкость этого этапа уменьшается в резуль-
тате его частичного (а в перспективе и более полного) выполнения,
на ЭВМ.
Таким образом, с развитием уровня автоматизации в подготовке
управляющих программ участие человека сокращается, но пол-
ностью не может быть устранено. На определенных этапах взаимо-
122
связь человека со средствами автоматизации приобретает харак-
тер своеобразного диалога, результаты которого позволяют опе-
ративным порядком корректировать разрабатываемую программу.
Примером автоматизированной системы подготовки управляю-
щих программ на ЭВМ мржет служить разработанная в ЭНИМСе
система СПС-Т для деталей, обрабатываемых на токарных станках
с ЧПУ. Применение универсальной ЭВМ, включаемой в систему
СПС-Т, позволяет вести подготовку управляющих программ на
четырех уровнях автоматизации.
Первый уровень обеспечивает отработку на ЭВМ подробных
указаний технолога-программиста о перемещении рабочих органов
станка. На этом уровне в управляющую программу могут быть
включены любые частные решения технолога. Второй уровень
позволяет реализовать на ЭВМ обобщенные инструкции технолога-
программиста об обработке отдельных участков заготовки и гото-
вить управляющие программы для обработки деталей с конфигура-
цией любой сложности. Третий уровень рассчитан на программиро-
вание деталей по классам с учетом особенностей задания исходной
информации и технологических приемов их обработки. Четвертый
уровень предназначен для программирования деталей, технология
обработки которых типизирована по их группам. Этот уровень
позволяет возложить на ЭВМ практически все задачи процесса
подготовки управляющих программ.
Структура СПС-Т предусматривает поэтапный перевод програм-
мирования большинства деталей на третий и четвертый уровни по
мере накопления опыта промышленной эксплуатации системы
и формализации технологических правил обработки отдельных
классов и групп деталей. В этих условиях большое значение имеет
создание стандартных управляющих программ для определенного
класса деталей. Из стандартных программ могут быть составлены
соответствующие библиотеки, пользуясь которыми, обеспечивают
большую экономию времени и средств. На базе стандартных про-
грамм можно получить индивидуальную, внося небольшие коррек-
тировки и изменения.
Наиболее полно возможности ЭВМ используются при автома-
тической подготовке управляющих программ. В этом случае исход-
ная информация содержит только данные о детали и заготовке.
Вся задача по разработке технологии обработки (маршрут обра-
ботки, режим резания, потребные инструменты из наличного
набора и др.) выполняются системой программирования в ЭВМ
с оптимизацией условий обработки.
При полуавтоматической системе программирования использу-
ется опыт технолога для тех элементов обработки, для которых
еще экономически невыгодна или технологически невозможна фор-
мализация технологии обработки.
Автоматическое программирование состоит из двух этапов. На
первом этапе перерабатывают введенные исходные данные, в ре-
зультате чего составляют предварительную программу обработки.
Программа первого этапа, называемая процессором, расчленяется
123
на три стадии. В первой стадии ЭВМ выражает подготовленные
программистом основные задания принятым в данной системе
кодом. Во второй стадии определяется траектория движения
инструмента. При обработке сложных деталей эта стадия может
быть наиболее продолжительной по времени. Третья стадия свя-
зана с выдачей (если необходимо) различных промежуточных дан-
ных о процессе обработки и неточностей программы для ее после-
дующего исправления.
На втором этапе полученная программа от процессора согласу-
ется с возможностями и особенностями конкретных станков и си-
стем ЧПУ. Программа выполнения второго этапа называется пост-
процессором. На этапе постпроцессора преобразуют расчетные
движения в позиционную или контурную систему обработ-
ки. Указанное согласование предусматривает проверку про-
граммы первого этапа, уточнение предварительно заданной траек-
тории движения инструмента и увязку запрограммированных вспо-
могательных функций с реальны-
ми возможностями конкретного
станка. После выполнения всех
переходов программирования этап
постпроцессора завершается вы-
дачей результирующей перфолен-
ты, которая может быть введена
в считывающее устройство дан-
ного станка с ЧПУ. На этом же
этапе выдаются: программа обра-
ботки (контрольная), ведомость
требуемого инструмента и оснаст-
ки, а также основные производ-
Рис. 3.20	ственные данные. Оба этапа
программирования (процессор
и постпроцессор) можно выполнять на одной и той же ЭВМ.
На рис. 3.20 показана общая схема автоматической подготовки
управляющих программ. Данные об обрабатываемой детали и ис-
ходной заготовке, инструментах и оборудовании 3, а также состав-
ленный технологом маршрут выполнения переходов обработки 1
описывают принятым алгоритмическим языком. Для станков с ПУ
используют языки «Алгол», «Фортран», «Ассемблер» и др. После
кодирования 2 на перфолентах их вводят в процессор 4 ЭВМ. На
этом завершается творческая часть автоматического программиро-
вания, выполняемая человеком. Дальйейшее ее программирование
выполняется постпроцессором 5 ЭВМ, который общий план обра-
ботки детализирует на переходы. ЭВМ устанавливает опорные
точки траектории движения инструмента и определяет их коорди-
наты. На основе введенных в запоминающее устройство 6 данных
об инструменте, материале детали и общих характеристик станков
ЭВМ определяет оптимальный режим резания, формирует необхо-
димые спецкоманды и выполняет другие функции, необходимые для
составления программы. Как видно из рис. 3.20, ЭВМ выдает рабо-
124
чую перфоленту 7, которая может быть введена в считывающее
устройство станка с ЧПУ, и ведомость требуемого инструмента 8,
операционную карту обработки, основные производственные дан-
ные, а в некоторых случаях и калькуляцию себестоимости обра-
ботки.
Автоматическое программирование снижает затраты времени на
работу технолога-программиста в три раза и больше. Так, если
при ручном программировании опытному технологу-программисту
необходимо 30 ч, то для подготовки информации, вводимой в ЭВМ,
требуется 84-9 ч. ЭВМ для выполнения всех остальных функций
программирования затрачивает только 1 мин времени.
По данным ЭНИМСа, подготовка управляющих программ с по-
мощью программатора «Брест» для простых деталей стоит
5 р. 12 к., а сложных — 84 .р. 80 к.; при использовании ЭВМ себе-
стоимость изготовления программ для тех же деталей снизилась
соответственно до 3 р. 40 к. и 14 р. 80 к.
В настоящее время во многих странах ведутся интенсивные
работы по созданию новых и совершенствованию существующих
методов подготовки управляющих программ. Заслуживают внима-
ние попытки создания упрощенных методов машинного программи-
рования. Так, фирмой «Ferranti» создана установка для непосред-
ственного обмера деталей по чертежу (в. том числе и по сбороч-
ному). Путем последовательного обвода контура детали специаль-
ной головкой и нажатия соответствующих кнопок в местах
расположения опорных точек траектории на перфоленте кодом
алгоритмического языка «Фортран» можно зафиксировать все дан-
ные, необходимые для воспроизведения на станке контура
детали.
Работы аналогичного назначения ведутся фирмой «Geb. Boerin-
ger» (ФРГ) и институтом «VUOSO» (ЧССР). Уделяется внимание
развитию ранее предложенных систем записи программы по пер-
вой детали, обрабатываемой опытным рабочим, разработке миниси-
стем программирования, а также использованию специальных гра-
фических устройств (дисплеев).
Имеющиеся на сегодня разработки позволяют передавать
информацию из выводных устройств ЭВМ на экран катодно-луче-
вой трубки (система дисплей) в виде изображения траектории
движения инструмента. Это изображение может быть сфотографи-
ровано для последующего контроля разработанной программы.
Кроме того, производится уточнение заданной программы путем
стирания отдельных участков изображения и нанесения новых све-
товым карандашом или специальным печатающим устройством.
На экран дисплея может проектироваться не только графический
материал, но и буквенно-цифровой, который может быть подвергнут
корректировке и изменению.
К изображению контура обрабатываемой детали на экране
катодно-лучевой трубки может быть нанесена траектория движе-
ния инструмента. По этой траектории ЭВМ ведет все расчеты
и выдает необходимую перфоленту для станка с ЧПУ. Разработка
125
подобных систем открывает новую перспективу упрощения подго-
товки управляющих программ.
Представляет интерес периферийное устройство, разработанное
английской национальной физической лабораторией, для ввода
графической информации в ЭВМ путем вычерчивания изображе-
ния на листе бумаги, наложенном на чувствительную поверхность.
Последняя состоит из двух пластин, разделенных воздушным про-
межутком. При вычерчивании изображения верхняя пластина под
давлением чертежного инструмента прогибается и соприкасается
с нижней. Так как пластины находятся под напряжением, то в цепи
генерируются сигналы, характеризующие координаты отдельных
точек контура. Сигналы поступают в ЭВМ, запрограммированную
на переработку данной информации.
Рассмотренная методика проектирования операций обработки
пригодна в своей основе для различных станков с программным
управлением одноцелевого назначения (токарных, фрезерных, свер-
лильных, расточных и др.). Обрабатывают на' этих станках одним,
или несколькими последовательно вводимыми в действие режу-
щими инструментами, закрепленными в поворотных головках,
а обрабатываемая заготовка обычно занимает одно поло-
жение.
В последние годы для комплексной обработки корпусных дета-
лей в мелкосерийном производстве находят применение станки
нового типа, получившие название обрабатывающие центры (ОЦ).
По характеру выполняемой работы —это станки многоцелевого
назначения. Обрабатывающие центры — это станки с ЧПУ и много-
инструментным оснащением. На этих станках за одну установку
можно производить полную механическую обработку сложных кор-
пусных деталей. Благодаря использованию поворотных делитель-
ных столов обрабатывать можно с 4-?5 сторон; меняют режущий
инструмент в заданной программной последовательности, повора-
чивая револьверную инструментальную головку или автоматически
извлекая нужный инструмент механической рукой из магазина или
поворотного барабана. На ОЦ производят следующие переходы
обработки: фрезерование плоскостей, пазов и плоскостей стыка по
контуру, предварительное и чистовое растачивание отверстий, коор-
динатное сверление, зенкерование, развертывание и цекование от-
верстий и нарезание в них резьб.
Обрабатываемую заготовку вручную устанавливают на стол
станка или в простейшем приспособлении. Установочные базы
должны быть предварительно обработаны; относительно этих баз
производят расчет всех перемещений при составлении управляю-
щей программы. Программу записывают на перфоленте.
Обработка на этих станках имеет некоторые особенности: свер-
лят и растачивают отверстия без кондукторных втулок, поэтому ОЦ
выполняют повышенной точности и жесткости. Отдельные типы ОЦ
имеют встроенную адаптивную систему, позволяющую производить
автоматическую поднастройку станка в процессе обработки заго-
товки.
126
За последнее время появились новые компоновочные схемы ОЦ.
Для повышения производительности применяют станки с несколь-
кими столами (на одном столе обрабатывают заготовки, на другом
снимают обработанную заготовку и устанавливают новую) и не-
сколькими инструментальными револьверными головками (это
позволяет одновременно работать несколькими инструментами).
Один ОЦ может заменить несколько обычных универсальных
станков, а один рабочий может обслуживать несколько ОЦ.
Производительность и точность обработки при этом повышают-
ся, так как деталь обрабатывают за одну установку при полной
автоматизации выполнения всех вспомогательных и основных дви-
жений.
Отверстия большого диаметра часто обрабатывают не растачи-
ванием, а методом расфрезеровывания, перемещая пальцевую фре-
зу по окружности на один оборот. В этом случае вместо специаль-
ной расточной скалки используют стандартную фрезу. Нередка
используют комбинированные сборные инструменты (сверло-зен-
кер, сверло-цековка и др.).
Обрабатывающие центры целесообразно применять в опытном
и ’серийном производстве для быстрого изготовления небольшой
партии корпусных деталей без использования сложной и специаль-
ной технологической оснастки. Обрабатывающие центры дороги —
их стоимость составляет несколько сот тысяч рублей. Стоимость 1 ч
работы на этих станках высока (>20 руб.), поэтому нерациональ-
ное использование и малая загрузка этих станков не допускается.
При построении операций обработки на ОЦ следует стремиться
к наиболее производительным вариантам; это достигается умень-
шением основного и вспомогательного времени. Основное время
удается уменьшить вынесением предварительной обработки на
другие станки, повышением режимов резания (при понижении
стойкости инструментов в магазине можно предусмотреть запасной
инструмент), применением комбинированных инструментов (свер-
ло-развертка, сверло-зенкер, сверло-цековка) и единовременным
использованием в работе двух шпинделей (если есть на станке).
Вспомогательное время уменьшается сокращением суммарных
затрат времени на смену инструмента tn, на перемещение стола
с заготовкой на новую координату tK, на изменение режимов реза-
ния t-p и на поворот стола с заготовкой tc.
При обеспечении условий получения заданной точности следу-
ет стремиться к такой последовательности выполнения запроекти-
рованных переходов обработки, при которой составит минимум
вспомогательное время:
tB —	+ ^с-	(3.8)
В каждом конкретном случае минимальная величина вспомога-
тельного времени зависит от конструктивных особенностей обраба-
тываемой детали и технической характеристики станка, опреде-
ляющей величины ta, tK, tp и tc. Отношение максимального значе-
127
ния вспомогательного времени, получаемого при самой неблаго-
приятной схеме построения операции, к минимальному достигает
1,5 и более. При обработке сложных деталей величина tB= 1-4-2 ч.
Таким образом, сокращение времени обработки при оптимизации
задачи по построению операции обработки на станке типа ОЦ
может составить несколько десятков минут времени.
§ 3.5. ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ СТАНКОВ
С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Под инструментальной оснасткой для станков с ЧПУ понимают
комплекс из режущего и вспомогательного инструментов и прибо-
ров настройки вне станка.
Для обеспечения заданной точности при обработке широкой
номенклатуры сложных и часто дорогих деталей без применения
специальных приспособлений режущий инструмент для этих стан-
ков должен обладать: высокой режущей способностью и надеж-
ностью, достигаемыми использованием для изготовления инстру-
мента наиболее совершенных инструментальных материалов; повы-
шенной точностью, достигаемой за счет изготовления по специаль-
ным техническим условиям (до двух раз более жесткими, чем по
действующим стандартам); универсальностью, позволяющей обра-
батывать сложные детали за один автоматический цикл. Это дости-
гается применением многоцелевого, комбинированного и регулируе-
мого инструмента;, элементами для устойчивого формирования
и дробления стружки, не мешающей автоматическому циклу рабо-
ты станков.
Вспомогательный инструмент для станков с ЧПУ должен обес-
печивать возможность быстрой и точной замены режущего инстру-
мента, его настройку на размер вне станка, регулирование поло-
жений режущей кромки, возможность закрепления режущего
инструмента в стандартном и специальном исполнении. Эти требо-
вания удовлетворяются за счет создания специального вспомога-
тельного инструмента с точными базовыми и присоединительными
поверхностями, повышенной жесткости и с элементами регулиро-
вания и закрепления, а также применением нормализованного
вспомогательного инструмента, но изготовленного по специальным
техническим условиям (переходные и регулируемые втулки, свер-
лильные патроны и др.).
Для максимального сокращения простоев станков с ЧПУ режу-
щий и вспомогательный инструмент предварительно настраивают на
размер вне станка. Широкая номенклатура инструмента, применяе-
мого на каждом станке, и высокая точность предварительной
настройки требует во многих случаях применения точных универ-
сальных оптических приборов. Для относительно простых станков
и узкой номенклатуры обрабатываемых деталей могут применяться
оптико-механические приборы, а также упрощенные мерительные
приспособления.
128
Инструментальная оснастка для ставкой с ПУ имеет свою спе-
цифику по конструктивному оформлению, качеству и точности изго-
товления. Она выпускается с жесткими требованиями по условиям
взаимозаменяемости; должна быть более жесткой, массивнойи виб-
роустойчивой, чем в обычных условиях. Эту оснастку производят
централизованным порядком по утвержденным нормалям
и ГОСТам. Количество вспомогательного инструмента должно
быть достаточно большим для осуществления предварительной
настройки инструмента вне станка при обработке последующих
деталей, с тем чтобы сократить вынужденные простои станков
с ПУ.
На станках токарной группы с ПУ применяют резцы с много-
гранными неперетачи'ваемыми твердосплавными пластинками с ме-
ханическим креплением. Используют пластинки трехгранной формы
(угол при вершине 60°), ромбические (углы при вершине 35, 55
и 80е) и чашечные. Пластинки выпускают со шлифованными боко-
выми сторонами и с допусками на основные размеры ±0,025 мм.
В последнее время фирмы, производящие эти пластинки, ужесто-
чили эти допуски до ±0,01 мм. При малом времени на замену
и перестановку этих пластинок сократилась экономическая стой-
кость резцов и соответственно увеличена скорость резания на
20-±25%. В 1969 г. появились пластинки с покрытием из карбида
титана толщиной 6 мкм, что повысило их стойкость в 2—3 раза.
Позже стали применять дополнительное покрытие из окиси алю-
миния толщиной 1 мкм. Это повысило стойкость пластинок еще
на 50%. Перспективны инструменты на основе нитирида бора.
На станках с ПУ применяют также резцы с напаянными плас-
тинками" твердого сплава — отрезные, канавочные и-расточные. На
рис. 3.21, а и б показаны резцы с механическим креплением плас-
тинки и с напаянной пластинкой (лопаточный резец, удобный для
выборки массивов металла). Для растачивания отверстий в корпус-
ных деталях используют расточные резцы-вставки с микрорегули-
ровкой и,специальные расточные оправки с микрорегулировкой.
Эти инструменты обеспечивают наладку на размер с точностью
0,01—0,02 мм на диаметр.
Разработаны специальные цанговые патроны для точного
закрепления инструментов с цилиндрическим хвостовиком (свер-
ла, развертки, фрезы) диаметром от 3 до 50 мм. Сменные блоки
для резцов отличаются ’большой жесткостью и массивностью
(рис. 3.21,в). Места сопряжения этих блоков с поворотными голов-
ками станка обычно выполняют в виде ласточкина хвоста, что
обеспечивает большую жесткость.
Для станков типа ОЦ точность основного и вспомогательного
инструмента имеет первостепенное значение, так как точность пози-
ционирования на этих станках достигает 0,01 мм. Инструменты,
скалки и державки для инструментов имеют шлифованный кониче-
ский хвостовик, вставляемый в шпиндель станка (рис. 3.21,а).
Канавка 2 служит для крепления конуса в шпиндель, а шейка 1
9 1273
129
для захвата инструмента механической рукой при перемещении его
из магазина в шпиндель станка и обратно.
Концевые фрезы имеют более высокие жесткость и точность
исполнения. Для уменьшения увода спиральные сверла имеют шли-
фованные канавки; это уменьшает смещение сердцёвины и малое
биение по ленточкам.
Обращается также вни-
мание на более точную
заточку сверл.
Приспособления для
установки и закрепле-
ния обрабатываемых
заготовок на станках
с ПУ носят универсаль-
ный характер. Они
просты по конструкции,
имеют ручные зажим-
ные устройства (при-
 хваты, кулачки патро-
нов или планшайб), но
отличаются точным из-
готовлением. Для стан-
ков токарной груп-
пы заготовки устанав-
патроны, на планшайбы.
При обслуживании станков роботами необходимы механические
зажимные устройства, приводимые в действие от управляющей
программы.
При обработке заготовок на расточных, фрезерных и сверлиль-
ных станках заготовку можно устанавливать своей чистообрабо-
танной базой непосредственно на стол станка с ориентацией по
Т-образному пазу. Нередко ориентирование осуществляют на паз
и центральное отверстие или боковой упор. Для этой цели в Т-об-
разный паз стола вставляют линейку и закрепляют. По этой линей-
ке может быть легко установлена заготовка боковой обработан-
ной площадкой или двумя платиками. В -ряде случаев вместо
линейки на столе закрепляют угольник, по которому устанавливают
обрабатываемые заготовки. Известно использование координатных
плит с Т-образными пазами, а также базовых плит из набора уни-
версально сборных приспособлений (УСП). Эти детали, являясь
универсальными элементами, имеют высокую точность и малый
износ в процессе эксплуатации. Преимущества этих плит в том,
(что они обеспечивают открытую схему установки и хорошую доступ-
ность режущего инструмента к обрабатываемой заготовке. При
компоновке этих приспособлений обращают внимание на увязку
положения приспособления с заготовкой относительно исходной
(нулевой) точки обработки. Зажимные устройства должны быть
размещены на плите или столе станка так, чтобы они не мешали
выполнению обработки. При невозможности обеспечить это усло-
130
вие необходимо предусмотреть обработку заготовки с перезажимом
(перехватом), расчленяя процесс обработки на данном станке на
две части. Сначала заготовку закрепляют первыми зажимами.
Затем перед началом второй части обработки заготовку закрепля-
ют вторыми зажимами в другом месте, а первые снимают. В этом
случае положение заготовки на станке не изменится. При правиль-
ном выборе мест закрепления заготовки на станке точность разме-
ров и взаимного положения обработанных поверхностей получается
достаточно высокой.
9*
Глава 4. Проектирование операций
обработки на агрегатных станках
§ 4.1.	АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ, ИХ НАЗНАЧЕНИЕ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ
Агрегатными станками называют станки, скомпоно-
ванные из унифицированных узлой и механизмов' определенного
целевого назначения. Эти элементы нормализованы, их производят
серийно для различных отраслей машиностроения. Из них можно
по принципу агрегатирования быстро создавать автоматизирован-
ное высокопроизводительное оборудование различного технологи-
ческого назначения. При высоком проценте использования норма-
лизованных элементов в компоновках агрегатных станков
(804-90%) себестоимость их изготовления получается значительно
ниже себестоимости изготовления специальных станков. Сроки оку-
паемости агрегатных станков, как правило, очень коротки
(14-3 года).
К элементам агрегатных станков относится станина, силовые
головки с приводом и салазками, по которым они перемещаются
при выполнении обработки, стол (неподвижный) для установки
приспособления и закрепления обрабатываемой заготовки, столы
поворотные, различные стойки и кронштейны для изменения поло-
жения силовых головок в компонрвке станка, а также различные
элементы управления. Силовые головки имеют поступательное
перемещение (быстрый подвод, подачу, замедленную подачу при
подрезке торцов, быстрый отвод головки в исходное положение).
Силовые головки снабжены шпиндельными раздаточными короб-
ками, благодаря которым можно осуществлять многошпиндельную
схему станка. Из этих элементов лишь приспособление носит инди-
видуальный характер; другие элементы в основном нормализованы
и унифицированы.
Появление агрегатных станков связано с бурным развитием
машиностроения в нашей стране. Эти станки широко используются
в массовом и серийном производствах. Так, в ряде отраслей маши-
ностроения (автотракторостроение, станкостроение, авиадвигателе-
строение, общее машиностроение) они сыграли важную роль в по-
вышении производительности труда, снижении себестоимости про-
изводимой продукции и повышении ее качества.
, Агрегатные станки выполняют операции обработки отверстий
(сверление, зенкерование, растачивание, развертывание, нарезание
резьб, цекование бобышек, снятие фасок), фрезерования плоско-
132
стей, пазов и уступови несколько реже токарную обработку и шли-
фование. Используются также комбинированные агрегатные стан-
ки, на которых можно производить смешанную обработку (фрезе-
рование, обработка отверстий), а в некоторых случаях и сборку,
т. е. на первых позициях станка производится обработка базовой
детали изделия, а на последних его сборка. Детали, подаваемые
на сборку, загружают в бункерно-ориентирующие устройства или
магазины (кассеты). На станках этого типа достигается высокая
степень концентрации выполняемых операций. Применяют также
станки, на которых можно выполнить всю необходимую механиче-
скую обработку детали за ее один установ.
Агрегатные станки наиболее эффективны при обработке слож-
ных и трудоемких деталей, к которым, в частности, относятся кор-
пусные детали (блоки цилиндров двигателей, картеры коробок
передач, корпуса насосов и др.).
В ряде случаев один агрегатный станок может заменить
несколько универсальных станков, обеспечивая сокращение произ-
водственной площади и обслуживающих рабочих. Это достигается
высокой степенью концентрации цикла выполняемой операции.
Агрегатные станки в большинстве случаев работают как полуав-
томаты; при 1иопользовании бункерно-загрузочных устройств или
магазинных питателей они могут работать и по автоматическому
циклу. Эти станки используют как самостоятельно действующее
оборудование на различных производственных участках; их встраи-
вают также в поточные и автоматические линии обработки.
Большое преимущество агрегатных станков — возможность лег-
кой их перекомпоновки в случае изменения объекта производства.
Этого достигают сменой или добавлением готовых нормализован-
ных элементов, на что затрачивается сравнительно немного вре-
мени. Если станок больше не нужен, то его элементы после ремонта
(если требуется) могут быть-использованы для сборки новых ком-
поновок. В производствах с частой сменяемостью изделий (авиа-
ционная промышленность) данное преимущество особо важно.
В таких производствах необратимость конструкции специальных
станков, т. е. невозможность повторного использования их элемен-
тов, привела (до широкого развития агрегатных станков) к вынуж-
денному применению универсального хотя и малопроизводительно-
го оборудования, которое обеспечивает высокую мобильность про-
изводства при частой смене изделий.
Создание и совершенствование агрегатных станков явилось
заметной вехой и закономерной стадией развития машиностроения,
его автоматизации. Технический прогресс в машиностроении нераз-
рывно связан с дальнейшим развитием технологического оборудо-
вания агрегатного типа.
Многолетняя практика эксплуатации агрегатных станков пока-
зала их высокую надежность. Это обусловлено хорошей отработ-
кой конструкции унифицированных узлов и механизмов, непрерыв-
ным ее совершенствованием, а также стабильностью их производ-
ства на специализированных заводах станкостроения. Узлы и меха-
133
низмы агрегатных станков подвергаются тщательному контролю на
заводах, поэтому сроки их отладки могут быть значительно сокра-
щены.
В действующем производстве коэффициент использования агре-
гатных станков во времени выше, чем специальных. В силу более
высокой эксплуатационной надежности этот коэффициент для агре-
гатных станков нередко достигает уровня 0,85-4-0,95, в то же время
для специальных станков он обычно 0,6-4-0,8.
Агрегатные станки находят растущее применение в серийном
производстве. Выпуск их из года в год растет. Во многих отраслях
машиностроения (насосостроение, текстильное машиностроение,
двигателестроение, сельхозмашиностроение) технический прогресс
производства в значительной мере обусловлен их широким исполь-
зованием при изготовлении трудоемких деталей. Агрегатные станки
могут быть эффективно использованы при групповой обработке
конструктивно и технологически подобных деталей. Недавно появи-
лись агрегатные станки с ПУ, что характеризует их интенсивное
проникновение в серийное производство. В последнее время пред-
ставление об агрегатных станках расширилось. По их принципу
теперь выпускают оборудование для электрофизической и электро-
химической обработки, станки для обработки без снятия стружки
и сборочные установки.’
Агрегатные станки способствуют сглаживанию противоречия
между быстрым развитием современного производства и учащаю-
щейся сменой выпускаемых изделий более совершенными. В усло-
виях технического прогресса продолжительность выпуска изделий
заметно сокращается, в то же время с развитием техники сроки
подготовки производства новых изделий удлиняются (для сложных
изделий они так удлиняются, что к моменту полного развертыва-
ния выпуска изделие начинает морально стареть). Это противоре-
чие привело к поиску путей ускорения и удешевления технологи-
ческой подготовки производства. Большую роль в этом деле играют
агрегатные станки, обладая перечисленными ранее преимуществами
перед оборудованием другого типа.
Первые агрегатные станки были разработаны и применены
в отечественном машиностроении в начале тридцатых годов. В их
разработке принимал деятельное участие акад. В. И. Дикушин
в экспериментальном научно-исследовательском институте металло-
режущих станков (ЭНИМС). С тех пор использование их сильно
возросло и продолжает расширяться. Увеличился удельный вес
выпуска этих станков- в общей массе продукции станкостроения.
Из поточно-массового производства они продвинулись в область
крупносерийного и даже мелкосерийного производства.
В промышленно развитых странах производство агрегатных
станков (Aufbaumaschinen, unit head machines) также занимает
большое место. Многие фирмы, выпускающие их на внутренний
и внешний рынок, накопили значительный опыт по их конструиро-
ванию, производству и эксплуатации. Этот опыт представляет боль-
шой интерес и для советских машиностроителей.
134
В настоящее время совершенствованием и разработкой новых
типов агрегатных станков в СССР занимаются несколько научно-
исследовательских институтов и специальных конструкторских
бюро. Производство агрегатных станков сосредоточено главным
<бразом на ряде заводов министерства станкостроительной и ин-
струментальной промышленности. Помимо этого, учитывая боль-
шой спрос на эти станки, производством их ^в меньшем масштабе)
занимаются заводы и других машиностроительных министерств
для удовлетворения своих собственных потребностей.
§ 4.2.	ТИПОВЫЕ КОМПОНОВКИ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ.
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
В настоящее время известно много схем.компоновок агрегатных
станков [3, 4].. Количество возможных и целесообразных для тех
или иных производственных условий, но принципиально различ-
ных схем, исчисляется многими десятками. Рассмотрим сперва
типовые схемы компоновок в порядке повышения производитель-
ности обработки, осуществляемого по принципу параллельной кон-
центрации технологических переходов. На рис. 4.1, а показана наи-
менее производительная одношпиндельная компоновка. Ее преиму-
щество — возможность быстрой сборки станка из нормализованных
узлов для любой специальной детали. Первая ступень повышения
производительности обработки применительно к этой схеме заклю-
чается в использовании многолезвийного или сборного режущего
инструмента, позволяющего одновременно обрабатывать несколько
поверхностей заготовки. Так, 'Например, используя многорезцовую
скалку, можно за один ход головки 2 расточить ступенчатое отвер-
стие в корпусной детали 1.
Следующей ступени повышения производительности достигают
использованием многошпиндельных головок 2 (рис. 4.1,6), приме-
нением многолезвийных инструментов. Дальнейшее повышение
производительности обеспечивается на станках многостороннего
типа, имеющих несколько параллельно работающих многошпин-
дельных головок 2, 3, 4 (рис. 4.1, s).
Еще большей степени концентрации технологических переходов
обработки достигают на многопозиционных станках, имеющих
круглый стол с вертикальной осью поворота (рис. 4.1, а) или бара-
бан с горизонтальной осью поворота (рис. 4.1,6). На периферийной
зоне вокруг стола или барабана расположены позиции станка: на
первой устанавливают и снимают обрабатываемые детали 1, на
всех остальных их обрабатывают одной или двумя (реже тремя)
многошпиндельными головками 2, 3. При использовании этой ком-
поновочной схемы может быть достигнуто полное совмещение пере-
ходов. обработки во времени по всему технологическому маршруту
всех обрабатываемых поверхностей. Если в качестве технологиче-
ских баз принять черные поверхности, а при точных методах полу-
чения заготовок это вполне допустимо, то обработку многих деталей
135
можно полностью выполнить на одном станке данной компоновки,
т. е. за одну технологическую операцию.
Еще большего повышения производительности можно достичь
на многопозиционных многоместных агрегатных станках. В данном
. случае на каждой позиции станка установлена не одна, а несколько
Рис. 4.1
заготовок 1 (рис. 4.1,е). Их устанавливают в специальные много-
местные приспособления и закрепляют быстродействующим зажим-
ным устройством. Станки подобного типа применяют в массовом
производстве при выпуске большого количества мелких и средних
по размеру деталей. Их можно также применять при групповой
136
обработке разнородных деталей; однако приспособления в этом слу-
чае усложняются. Число позиций агрегатных станков данного типа
обычно 44-6, а в некоторых случаях достигает 12. Общее количество
режущих инструментов в таких компоновках нередко превышает.
200. Такие агрегатные станки часто заменяют автоматические линии
средних размеров.
Если на многопозиционных станках желательно выполнить обра-
ботку детали / с разных сторон, то применяются поворотные мно-
гопозиционные приспособления 5 (рис. 4.1,ж). При оснащении агре-
гатных станков данного типа загрузочными устройствами они могут
быть полностью превращены в автоматически действующее обору-
дование.
Приведенные компоновочные схемы агрегатных станков, на
которых цифрой 1 обозначена обрабатываемая заготовка, а циф-
рами 2, ,3, 4 силовые головки, рассмотрены с точки зрения выдер-
живания принципа параллельной концентрации технологических
переходов. На практике отдельные схемы формируются по принципу
параллельно-последовательной и значительно реже чисто последо-
вательной концентрации переходов обработки. На рис. 4.1, з в каче-
стве примера показана схема компоновки агрегатного станка с пере-
мещаемым в двух взаимно перпендикулярных направлениях столом,
на котором установлена обрабатываемая заготовка 1. При одном
положении стола многошпиндельной головкой 2 может быть, обра-
ботана одна группа отверстий; при другом остальная. Такая ком-
поновка используется при тесном расположении отверстий, когда
одновременная их обработка невозможна из-за малого межосевого
расстояния. Из’тех же соображений стол выполняют поворотным
с двумя или большим количеством фиксированных положений. Дру-
гой случай использования приведенной компоновки — это групповая
обработка деталей. На рис. 4.1, и (вид в плане) показан другой
пример обработки крупной детали на многостороннем агрегатном
станке, скомпонованном по параллельно-последовательной схеме.
Стол станка с закрепленной на нем заготовкой 1 имеет два фикси-
рованных положения: в первом положении головками 2, произво-
дится предварительная двусторонняя многошпиндельная обработка,
а во втором головками 3 — последующая чистовая.
Пример компоновки станка для параллельно-последовательной
обработки детали 1 с последовательной сменой режущих инстру-
ментов в головках 2 показан на рис. 4.1, к. Станок имеет два инстру-
ментальных магазина 3, из которых механическая рука 4 берет их-
для выполнения обработки в установленной последовательности.
Обработка ведется по программе, а сам станок приближается по
своей компоновке к «обрабатывающему центру». Другой пример
представлен На рис. 4.1, л. Здесь инструмент последовательно меня-
ется поворотом многоинструментальных головок 2, предварительно
налаженных на определенную операцию обработки.
Приведенные примеры не исчерпывают всех возможных схем
компоновок агрегатных станков. Сочетая различным образом при-
знаки количества инструментов, количества шпинделей, числа
137
инструментальных головок, количества позиций обработки, а также
признаки многоместности и числа позиций приспособлений, можно
получить большое число схем компоновок. Это число еще больше
возрастает, если изменять принципы концентрации обработки
(параллельная, последовательная, параллельно-последовательная).
Выбор той или иной схемы компоновки зависит от ряда факторов:
конструкции и размеров обрабатываемой детали, технических усло-
вий ее приемки, программы выпуска, сроков выполнения програм-
мы, а также отдельных местных производственных условий (нали-
чие производственных площадей и др.). При выборе компоновки
станка стремятся из нескольких возможных вариантов, обеспечи-
вающих заданное качество изделий, выбрать наиболее производи-
тельный и рентабельный. Производительность оценивают в первом
приближении по величине оперативного времени обработки.
В табл. 4.1 приведены формулы для расчета оперативного времени
при различных компоновочных схемах агрегатных станков.
К приспособлениям для агрегатных станков предъявляются
повышенные требования к надежности закрепления обрабатывае-
мых заготовок, жесткости, точности исполнения и быстродействен-
ности. В ряде случаев эти приспособления частично или полностью
автоматизируются, что значительно облегчает труд обслуживаю-
щего персонала. Повышение требований обусловлено тем, что при
большом количестве одновременно работающих инструментов сум-
марные силы и моменты резания получаются весьма значитель-
ными. Это обусловливает увеличение сил зажима заготовки во избе-
жание ее сдвига в процессе обработки и повышение жесткости при-
способления и технологической системы в целом для уменьшения
деформаций заготовки от действия сил резания и зажима. Повыше-
ние требований к точности изготовления приспособлений вызывает-
ся тем, что на последних позициях, обработки выполняются точные
технологические переходы (точность 2 4-3 классы), а требования
быстродейственности — тем, что время на установку и закрепление
заготовки занимает большую долю в штучном времени и не всегда
перекрывается временем обработки на рабочих позициях станка.
В конструкциях многопозиционных станков нередко встречаются
устройства автоматического закрепления и открепления заготовок.
После установки заготовки в приспособление на загрузочной пози-
ции стол поворачивается на следующую позицию и в процессе пово-
рота гидравлическое устройство зажимает заготовку. Таким же
образом происходит открепление заготовки в конце обработки. При-
менение гидравлических и пневматических зажимных устройств
сокращает время на закрепление и открепление заготовки, обеспе-
чивает стабилизацию зажимной силы (что важно для повышения
точности обработки) и возможность автоматизации работы приспо-
собления. Гидравлические и пневмогидравлические зажимы мало-
габаритны, а это в условиях многоинструментной обработки весьма
существенно для их размещения в стесненной рабочей зоне станка.
Применяемые на агрегатных станках приспособления для закреп-
ления режущих инструментов также имеют свою специфику. Преж-
138
Таблица 4.1
			Схемы обработки								
Одноместная i		Многоместная	Одноинстру- ментная	Многоинстру- ментная	Однопози- ционная	:	Многопози- ционная	Односторонняя	Многосторон- няя	Параллельная	Параллельно- последова- тельная	Схема по рис.	Формула /оп
X		X		X		X				а	(А>р + 1 + /сх)Мм + (в
X			X	X		X		X		б	(/вр + 1 + /сх)/5м + 4*
X			X	X			X	X		в	Gap + 1 + ^сх)/5м + V*
X			X		X		X	X		г	(Zap + I + 'схЖ ***
X			X		X		X	X		д	»
	X		X		X		X	X		е	GbP + I + /.cx)/(SMn) ***
X			X		X		X		X	эк	(/вр + I + Zcx'/SM ***
X			X		X	X			X	3	2 Gap + /	/сх)/5м.+ /в
X			X		X		X		X	и	»
X			X	X			X		X	к	
X			X	X			,х		X	л	»
* Принимается по тому инструменту, где первый член максимален.
** Принимается по той головке, где первый член макси мален.
*** При полном перекрытии /в основным временем.
Обозначения: /вр—путь врезания инструмента; / — основная длина резания;
/сх— путь , схода инструмента; зм— подача в мин; п — количество заготовок на позиции;
/в — вспомогательйое время.
де всего они обеспечивают быструю установку и снятие их со стан-
ка; это необходимо для сокращения времени на смену затупившихся
инструментов. При большом количестве инструментов это время
должно быть очень малым; Необходимо, чтобы конструкция этих
приспособлений была удобной для быстрой установки (наладки)
режущего инструмента на размер вне станка. Так, например, после
переточки сверла укорачиваются, поэтому в державках сверл пре-
дусматривается быстрая регулировка их положения по длине
в целях обеспечения заданной глубины сверления отверстий в обра-
батываемой заготовке. Особое внимание обращается на жесткость
и качественное изготовление (точность) этих приспособлений. Кон-
струкции их нормализованы и приводятся-в соответствующих спра-
вочниках. Важное значение имеют приспособления, расширяющие
технологические возможности агрегатных станков. Ранее отмеча-
139
лось, что обработка на этих станках основана на простой кинема-
тике рабочих движений. На станках сверлильно-расточной группы
обработку ведут только осевой подачей режущего инструмента. На
станках фрезерной группы обработка основана на использовании
только одного движения подачи. В связи с этим на агрегатном
станке нельзя расточить коническое отверстие, прорезать в отвер-
стии кольцевые канавки, проточить торцовую плоскость большого
диаметра. На фрезерных станках нельзя обработать шпоночный
паз с закрытыми концами для призматической шпонки, обработать
плоскость продольной и поперечной подачей, а также выполнить
другие переходы обработки комбинированной подачей режущего
инструмента.
Расширение технологических возможностей агрегатных стан-
ков обеспечивается применением ряда специальных приспособле-
ний, устанавливаемых на рабочие шпиндели или силовые головки.
К их числу можно отнести приспособления-насадки для нарезания
резьб в сквозных и глухих отверстиях (эти приспособления имеют
реверсивные устройства для вывертывания метчика и предохрани-
тельные муфты для устранения его поломки), для растачивания
конических отверстий (расточной резец кроме осевой подачи имеет
от копира радиальную подачу), для протачивания в отверстиях
кольцевых канавок и торцов. При фрезеровании применяют устрой-
ства, сообщающие дополнительные перемещения фрезерной головке
при выполнении отдельных технологических переходов. Эти пере-
мещения осуществляются по прямой или по дуге окружности спе-
циальным гидроцилиндром. Основная и дополнительная подача
инструмента производится последовательно или одновременно
в зависимости от условий обработки.
Режущий инструмент для агрегатных станков имеет свою спе-
цифику.' Высокая степень концентрации технологических переходов
обусловливает • применение инструмента многолезвийного типа.
Этим инструментом обрабатываются ступенчатые отверстия; фаскй
на них, а также торцовые поверхности небольшой ширины. При
этом обеспечивается высокая производительность обработки. Мно-
гие инструменты выполняют сборного и комбинированного типов.
К сборочным относятся расточные скалки с насадными зенкерами;
развертками, зенковками, цековками, вставными расточными и под-
резными резцами, сборные фрезы для обработки ступенчатых
и фасонных поверхностей. К комбинированным относятся инстру-
менты типа сверло-зенкер, сверло-развертка и другие цельные или
составные инструменты. Их конструкция определяется возмож-
ностью заточки, регулировки и замены изношенных или разрушен-
ных при работе элементов.
В качестве материала для режущих инструментов используют
твердые сплавы, быстрорежущую сталь или ее заменители, а также
поликристаллические материалы на основе нитрида бора (эль-
бор— Р, гексанит — Р), часто применяют монолитные многолез-
вийные инструменты из твердого сплава, а также инструменты
с неперетачиваемыми твердосплавными пластинками.
140
На агрегатных станках чаще применяют специальный режущий
инструмент, к качеству изготовления которого предъявляются повы-
шенные требования. Стандартный инструмент обычного исполнения
для условий обработки не всегда подходит из-за недостаточной
эксплуатационной надежности. Поэтому его использование часто
приводит к увеличению простоев станков й снижению их произво-
дительности.
§ 4.3.	ПОСТРОЕНИЕ ОПЕРАЦИЙ ОБРАБОТКИ
НА СТАНКАХ АГРЕГАТНОГО ТИПА
Проектирование операций обработки на агрегатных станках
должно быть увязано с построением всего технологического про-
цесса изготовления данной детали. Этот процесс определяет: вид
заготовки, используемые технологические базы, предшествующую
и последующую обработку, нормы времени, промежуточные при-
пуски на обработку, допуски на промежуточные размеры, а также
шероховатость поверхностей заготовки. В технологическом про-
цессе должны быть даны наметки построения операций обработки
на агрегатном станке, которые подлежат дальнейшему уточнению
и детальной проработке.
На агрегатном станке (или на нескольких агрегатных станках)
можно выполнить значительную часть всей механической обработ-
ки данной детали, а в отдельных случаях, как отмечалось ранее,
и полностью всю механическую обработку. При этих условия^
основные вопрос^ технологии должны решаться с учетом специ-
фики обработки на агрегатных станках.
Один из важных вопросов построения технологии обработки
на агрегатных станках — это вопрос технологичности конструкции
обрабатываемой детали. При анализе конструкции детали следует
учитывать следующие требования.
Обрабатываемые поверхности следует оформлять так, чтобы
была возможна обработка только осевой подачей режущего инстру-
мента (сверление, растачивание, развертывание, подрезка торцов,
снятие ф'асок и др.). Применение дополнительных движений подачи
усложняет компоновку станка и в принципе нежелательно.
В конструкции детали должно выдерживаться соосное располо-
жение обрабатываемых поверхностей. Предпочтительно такое
оформление поверхностей, при котором возможно использование
сборного многолезвийного режущего инструмента, когда достигает-
ся концентрация обработки, совмещением во времени технологи-
ческих переходов.
Необходимо предусматривать параллельное расположение осей
обрабатываемых отверстий. В конструкции деталей не должно быть
обрабатываемых участков, расположенных наклонно к направле-
нию подачи инструмента. Во всех случаях предпочтительно такое
оформление конструкции детали, при которой возможна обработка
всех поверхностей за один установ заготовки (без ее перестановки
141
на другой станок). Следует избегать пересечения осей отверстий,
так как в этом случае невозможна их одновременная обработка
несколькими инструментами.
При растачивании ступенчатых отверстий сборным инструмен-
том отверстие большего диаметра должно быть расположено со
стороны подвода инструмента. В конструкции корпусных деталей
желательно такое оформление растачиваемых отверстий, обработ-
ка которых возможна консольной расточной скалкой. Применение
длинных скалок с дополнительной опорой затрудняет выполнение
обработки на агрегатных станках. Малое межосевое расстояние
затрудняет одновременное растачивание отверстий. Операцию рас-
точки приходится в этом случае выполнять на двух станках или
вводить дополнительные позиции обработки на многопозиционном
агрегатном станке. Площадки прямоугольной формы целесообразно
заменять бобышками круглой формы, так как их легче обрабаты-
вать цековками, используя осевую подачу.
Шпоночные канавки закрытого типа в деталях нежелательны,
так как при их обработке пальцевой фрезой усложняется кинема-
тика движений станка и увеличивается время обработки. Эти канав-
ки желательно оформлять открытого типа, в этом случае произво-
дится однопроходная обработка дисковой фрезой при более простой
кинематике рабочих движений. Прорезка коротких пазов дисковой
фрезой в целях сокращения времени обработки желательна не про-
дольной, а радиальной подачей. Такой вариант вполне приемлем,
если плоское дно паза заменить на слегка вогнутое, образующееся
как след движения дисковой фрезы.
Учет перечисленных требований упрощает построение операций
обработки на агрегатных станках и повышает производительность
при их выполнении.
На агрегатных станках обычно выполняют самую трудоемкую
часть обработки детали. При проектировании обработки стремятся
сократить количество станков, осуществляя варианты построения
операций с высокой степенью концентрации технологических пере-
ходов. При проектировании операции уточняют ее содержание (на-
меченное ранее при составлении маршрута), устанавливают после-
довательность и возможность совмещения переходов во времени,
выбирают имеющийся тип агрегатного станка или намечают его
новую компоновку, решают вопрос о типе инструмента и приспо-
собления (или дают задание на их конструирование), назначают
режимы резания, определяют норму времени, рассчитывают настро-
ечные размеры и составляют схему наладки. Оценивают возмож-
ные варианты по производительности и себестоимости, сохраняя
в силе технико-экономический принцип проектирования. Проекти-
руя операцию обработки на агрегатном станке, стремятся к умень-
шению штучного времени. При поточном методе работы штучное
время увязывают с темпом, под которым понимают расчетное (ре-
гламентированное) время, по истечении которого с поточной линии
должно сниматься одно изделие, обеспечивая заданную производи-
тельность поточной линии.
142
Основное время сокращают, применяя высокопроизводительные
режущие инструменты и режимы резания, сокращая число рабочих
ходов и переходов при обработке поверхностей. Вспомогательное
время сокращают, повышая скорость вспомогательных ходов стан-
ка и применяя установочные приспособления с быстродействующи-
ми зажимами и вспомогательными устройствами. Наряду с умень-
шением продолжительности каждого элемента оперативного време-
ни прибегают к совмещению элементов основного и вспомогатель-
ного времени; в этом случае в состав штучного времени входят
лишь наиболее продолжительные элементы времени из числа всех
совмещаемых. Возможности такого совмещения определяются схе-
мой построения операции обработки на агрегатном станке.
Важный вопрос при построении операции — выбор степени кон-
центрации обработки. С увеличением количества инструментов
в наладке производительность растет до определенного предела.
Дальнейшее увеличение их количества может снизить производи-
тельность в связи с ростом затрат времени на смену и регулировку
инструментов. При большом количестве инструментов приходится
снижать скорость резания.
На рис. 4.2, а показана общая зависимость штучного времени tm
от количества инструментов п в наладке. С ростом п основное вре-
мя t0 уменьшается, а время технического обслуживания tT, вклю-
чающего смену и регулировку инструментов, растет. Приняв сумму
всех остальных составляющих времени tm [вспомогательного (tB),
организационного обслуживания (/Об) и перерывов в работе Дп)]
постоянной (прямая 1), получим кривую изменения геометри-
ческим сложением кривых /ои tT с прямой 1. Минимум tm отвечает
наивыгоднейшему количеству инструментов в наладке поа.
143
При использовании приспособлений, обеспечивающих размер-
ную настройку инструментов вне станка и их быструю смену, полу-
чаем' кривую /т более пологой (рис. 4.2, б) и минимум кривой tm
сдвигается вправо, это означает, что оптимальное количество одно-
временно используемых инструментов увеличивается.
На некоторых станках затупившийся режущий инструмент меня-
ют не индивидуально, а блоками. При малом количестве используе-
мых инструментов применяют один блок, при большом два или три.
Кривая в этом случае получается геометрическим сложением
непрерывной кривой t0 (непрерывность этой кривой принята услов-
ной) со ступенчатой линией, характеризующей изменение /т от
количества инструментов в блоках (рис. 4.2, е). Ступенчатая кривая
/ш имеет свой минимум на одном из своих уступов.
Если в перерыв между сменами или в обеденный перерыв меня-
ют все используемые при обработке инструменты (принудитель-
ная смена), то величина из рассмотрения выпадает и кривая
получается падающей (рис. 4.2, г); это означает, что при определен-
ных режимных условиях выгодно использовать наибольшее возмож-
ное количество инструментов в нйладке.
В конкретных случаях на оптимальную совмещенность перехо-
дов, кроме производительности, влияет еще и себестоимость выпол-
нения обработки, так как’ более сложные наладки осуществляют
на более дорогом оборудовании и при использовании более слож-
ной технологической оснастки. Число и последовательность техно-
логических переходов определяют с учетом принятого вида заго-
товки и точности обработки. Рационалыюе'совмещение технологи-
ческих переходов определяют в зависимости от взаимного распо-
ложения обрабатываемых поверхностей, возможного размещения
режущих инструментов в рабочей зоне и беспрепятственного удале-
ния образующейся стружки.
Недостаточная .жесткость заготовки часто препятствует парал-
лельному выполнению технологических переходов обработки. Обра-
ботку по высоким классам точности' отделяют от предшествующей
чистовой обработки, применяя одноместные одноинструментные'
(или малоинструментные) последовательные схемы обработки. Из
изложенного видно, что вопрос установления наивыгоднейшего сов-
мещения переходов сложен и связан с учетом влияния большого
числа факторов.
Важное значение при уточнении структуры операции обработки
на агрегатном станке и установлении степени концентрации техно-
логических переходов имеет фактор надежности работы станка.
С повышением степени концентрации растет количество режущих
инструментов в наладках, усложняется сам станок, снижается
надежность его работы. С увеличением числа отказов растет сум-
марное время на их устранение в течение смены. Среднее время на
устранение одного отказа tfy,0 при сложном станке больше, чем при
простом.
На рис. 4.3, а показана диаграмма работы и простоев агрегат-
ного станка на устранение его отказов по разным причинам'. По оси
144
абсцисс отложено время Т, по оси ординат — выпуск продукции
N. Ступенчатая линия 1 характеризует работу более простого по
компоновке станка, а линия 2 — более сложного с большей сте-
пенью концентрации технологических переходов. Из рисунка видно,
что линия 1 имеет меньше горизонтальных ступенек — простоев,
а продолжительность их короче, чем во втором случае.
На рис. 4.3, б представлены две схемы компоновки агрегатного станка I и II.
По варианту I обрабатывают на одном более сложном по компоновке станке, по
варианту II — последовательно на двух более простых. Если штучное время
обработки по варианту I несколько больше ранее установленного темпа (£пп>0-
то для обеспечения выпуска заданной продукции необходимо иметь два станка.
Если штучное время для каждого из двух станков по варианту II обработки
меньше величины темпа (tw п < t и t"^ ц<0> то Для данного условия можно при-
нять по одному станку. Сопоставляя полученный результат, мы видам, что сле-
дует принять вариант II. В этом случае мы имеем два более простых, а следо-
вательно, и более дешевых станка.
Для того чтобы при поточной обработке на каждой операции
можно было применить один станок, необходимо, чтобы величина
штучного времени
= t — (1 — p)t'7.0,	(4.1)
где р — надежность работы данного станка;
/у.0= (Z/y.0)/n	(4.2)
— среднее время устранения отказов, приходящихся на одну выпол-
няемую операцию; 2/у.о — время устранения отказов за одну рабо-
чую смену; п — сменное задание по выпуску продукции, шт.
Найденная по (4. Г) величина штучного времени должна быть
равна или больше оперативного времени, определяемого из условия
обработки: tuition ИЛИ Лэ -р ^в-
10 1273
145
Если это неравенство не выдерживается, то необходимо пере-
смотреть условия построения операции и уменьшить составляю-
щие ton.
Режимы резания (глубина, подача и скорость) определяют точ-
ность, качество обработанной поверхности, производительность
и себестоимость обработки на агрегатном станке. Вначале уста-
навливают глубину резания, потом подачу и в последнюю очередь
скорость резания. При применяемой на агрегатных станках одно-
проходной обработке глубина резания определяется величиной
ранее рассчитанного промежуточного припуска на обработку дан-
ной поверхности.
Подачу назначают максимально допустимую. При черновой
обработке она ограничивается прочностью самого слабого звена
данной технологической системы (инструмент, заготовка или от-
дельные элементы станка), при чистовой обработке и отделке она
определяется в зависимости от заданных точности и шероховато-
сти поверхности. Подачу выбирают по нормативам или рассчиты-
вают.
Скорость резания рассчитывают по формулам теории резания
или устанавливают по нормативным таблицам, зная условия выпол-
няемого перехода обработки. В обычных условиях при расчете ско-
рости резания ориентируются на экономическую стойкость режу-
щего инструмента (в особых случаях принимают стойкость наи-
большей производительности). По найденной скорости резания
устанавливают скорость вращения шпинделя станка.
Рассмотренная методика характерна для одноинструментальной
обработки. Она применима и для агрегатных станков, если обра-
батывают последовательным использованием ряда Инструментов,
каждый из которых работает независимо друг от друга, с различ-
ной подачей и скоростью резания. Если подача и скорость реза-
ния для различных инструментов близки по своим величинам, то
с точки зрения производительности выгодно вести обработку на
одном постоянном (среднем) режиме резания. В этом случае эконо-
мится время на изменение подач и скоростей вращения шпинделя.
Эта методика применима также для параллельного (или парал-
лельно-последовательного) использования комплекса инструмен-.
тов, каждый из которых работает с различными режимами резания
(многошпиндельные сверлильно-расточные агрегатные станки с ин-
дивидуальной подачей каждой одношпиндельной головки).
Для агрегатных станков характерно использование комплекса
режущих инструментов, закрепленных в одном общем блоке (мно-
горезцовые скалки и головки для растачивания ступенчатых отвер-
стий, различный сборный многолезвийный инструмент). Инстру-
менты, закрепленные в одном блоке, имеют единую подачу на один
оборот шпинделя, но разную скорость резания в зависимости от
диаметра обрабатываемой ступени. Продолжительность работы
каждого инструмента в общем случае различна. Она определяется
размерами и конфигурацией обрабатываемого комплекса поверхно-
стей заготовки. Глубина резания для каждого инструмента опреде-
146
ляется величиной снимаемого припуска. По каждому блоку инстру-
ментов выбирают наименьшую технологически допустимую (лими-
тирующую) подачу, которая ограничивается прочностью самого
слабого в наладке режущего инструмента, прочностью механизма
станка или заготовки (в последнем случае от действия суммарной
силы резания). При чистовой обработке подача лимитируется шеро-
ховатостью наиболее ответственной поверхности из данного обраба-
тываемого комплекса.
Далее определяют скорость резания. Для этого находят лими-
тирующий по скорости резания инструмент, т. е. тот, который обра-
батывает участки наибольшего диаметра и наибольшей длины. Для
нескольких предположительно лимитирующих инструментов нахо-
дят коэффициент времени резания Z., равный отношению пути пода-
чи I данного t инструмента ко всему пути L инструментального
блока:
X = lfL.	(4.3)
На рис. 4.4, а предположительно лимитирующими инструмента-
ми будут расточные резцы 2 и 3. Резец 1, обтачивающий короткую
ступень малого диаметра, явно не лимитирующий.
to
Рис. 4.4
Экономическая стойкость предположительно лимитирующих
инструментов
Т= ТЫХ,	(4.4)
где Тм — условно экономическая стойкость инструментов данной
наладки при условии их. равномерной загрузки, мин. Эту величину
берут по нормативам *. Она учитывает количество инструментов
* См. Справочник нормировщика-машиностроителя, т. II. М., Машгиз, 1961.
10*	147
в наладке, тип, размер и материал инструмента, а также материал
обрабатываемой заготовки.
По величинам стойкости Т для выделенных предположительно
лимитирующих инструментов находят по нормативам для данных
условий обработки соответствующие скорости резания и. .Фактиче-
ски лимитирующим инструментом принимается тот, у которого
найденная скорость резания минимальна. По этой скорости рассчи-
тывают частоту вращения шпинделя п, которая корректируется по
паспортным данным станка. По найденным режимам определяют
суммарные момент резания и мощностьрезания, которые сопостав-
ляют с паспортными данными станка и установленной частотой вра-
щения шпинделя. При необходимости эти величины корректируют,
соответственно изменив значения подачи и скорости резания.
Для агрегатных станков сверлильно-расточной группы характер-
но применение комплекса инструментов, закрепленных в одном
блоке (головке) и имеющих единую минутную подачу, но работаю-
щих в общем случае с разными скоростями. Продолжительность
работы инструментов различна. В данном случае для каждого
инструмента наладки назначают глубину резания, а затем по нор-
мативам подачу на один оборот шпинделя soe- Аналогично преды-
дущему случаю выявляют лимитирующие по скорости резания
инструменты и по ним определяют условно экономическую стой-
кость Т фактически лимитирующего инструмента. По величине Т
для различных инструментов наладки находят по нормативам ско-
рости резания v. Для отдельных инструментов (развертки) ско-
рость резания определяют не по стойкости, а в зависимости от тре-
бований к точности и шероховатости обрабатываемой поверхности.
Далее рассчитывают частоту вращения инструментальных шпин-
делей:
п = ЮООгДкй?),
где d — диаметр инструмента, мм.
Значения минутных подач инструментов sM=s06«- Минутную
подачу многошпиндельной головки принимают по наименьшей вели-
чине sM. Для различных шпинделей в соответствии с принятой вели-
чиной $м корректируют значения n=sM/s06- В соответствии с най-
денными значениями п действительная скорость резания о?=
— ndn/lOQO. Зная установленные режимы резания, можно найти
суммарные осевую силу, момент и мощность. Эти величины согласо-
вывают с паспортными данными станка.
Изложенная методика установления режимов резания достаточ-
но проста и приемлема для большинства случаев, когда условия
работы инструментов в наладке отличаются не очень сильно. Встре-
чаются, однако, схемы наладок, в которых небольшое число лими-
тирующих инструментов по условиям своей работы значительно
отличается от большей части остальных инструментов. Ориентация
в данных случаях на лимитирующие инструменты при установле-.
нии скорости резания может привести к снижению производитель-
ности проектируемой наладки. Основная часть режущих инстру-
148
ментов, имеющих приблизительно одинаковые условия работы, объ-
единяется в одну группу. Скорость резания этих инструментов уста-
навливается с расчетом на нормальную для данного количества
инструментов стойкость. Стойкость лимитирующих инструментов
при этом получается заниженной и их приходится заменять через
более короткие строго регламентированные промежутки времени.
Если, например, основную часть инструментов заменяют в перерыв
между сменами, то лимитирующие инструменты — в обеденный
перерыв.
При использовании агрегатных станков и другого автомати-
ческого оборудования обычно принудительно заменяют режущий
инструмент до его явного затупления и выхода из строя по этой
причине. Величина износа по задней грани допускается при этом
в 1,5 раза меньше, чем для инструментов универсальных станков.
Введение строго регламентированной по времени замены инстру-
ментов уменьшает простои оборудования и сокращает их расход.
Вместе с тем принудительная замена инструментов не исключает
полностью их случайного выхода из строя в процессе работы.
На агрегатных станках сверлильно-расточного типа все инстру-
менты наладки заменяют в регламентированные перерывы индиви-
дуальным порядком. При одинаковых диаметрах инструментов
и одинаковой длине обработки стойкость инструментов
Т = THl(\ — m)lm,	(4.5)
где m — показатель относительной стойкости инструмента (при
сверлении стали сверлами из быстрорежущей стали разных марок
т — 0,2; при сверлении чугуна т=0,125); Ти— время, необходимое
на'смену одного инструмента; i — количество инструментов в на-
ладке.
Показатель m берут из зависимости скорости резания от стой-
кости режущего инструмента Т. В общем случае эта зависимость
носит горбообразный характер (рис. 4.4,6). Для правой ветви кри-
вой, характеризующей применяемую зону обработки, эта зависи-
мость имеет вид
v = AITm,	(4.6)
где А •— постоянная для данных условий резания.
Выразим в известной формуле основного времени для сверления
скорость резания через стойкость инструмента, используя (4.5):
• ws06 ' 1000u.so6	lOOOSoe^l	’
где С — постоянная для данного случая обработки.
На рис. 4.4,в показана зависимость основного времени от коли-
чества инструментов в’ наладке, с увеличением которого основное
время растет.
149-
По (4.5) экономическая стойкость наибольшей производитель-
ности
Г8=ГО4(1— m)jm,	(4.7)
где
^о= 7'„ + [UJH-^/100) + Sw/^/[/(l +го/100)],	(4.8)
— время работы станка, эквивалентное всем расходам, связанным
со сменой и переточкой инструмента; tw— время на заточку одного
инструмента, мин; lw — заработная плата рабочего за одну минуту
работы на заточном станке; zw — процент накладных расходов по
заточному отделению; Sw—-первоначальная стоимость инструмен-
та; k — количество переточек, допускаемых инструментом; I — зара-
ботная плата производственного рабочего за одну минуту; Zq— про-
цент накладных расходов к производственной заработной плате.
Значения То можно брать также по нормативным таблицам в за-
висимости от диаметра сверл. Уменьшая величины Ts и То, можно
повышать скорости резания, а тем самым и производительность
обработки.
В обычных условиях при расчете скорости резания ориентиру-
ются на экономическую стойкость режущего инструмента. В осо-
бых случаях принимают во внимание стойкость наибольшей про-
изводительности. На рис. 4.4, г показаны две кривые, характеризую-
щие зависимость себестоимости С и продолжительности обработки
t0 поверхности заготовки от скорости резания V. Минимальные орди-
наты обеих кривых соответствуют скорости резания при наимень-
шей себестоимости обработки Cmln и скорости резания при наиболь-
шей производительности Задача технолога заключается
в том, чтобы приблизить значение экономической скорости реза-
ния к скорости наибольшей производительности.
Зная значение коэффициента основного времени г]0, т. е. отно-
шение основного времени t0 выполняемой операции к штучному
/ш, найдем время регламентируемых перерывов работы станка на
смену инструментов:
7 ц,пер — 7 и/^о! Т’о.пер — Т0/т10.	(4.9)
При семичасовой рабочей смене величины 7и.пер и То.пер округ-
ляют в большую сторону до значений 3,5; 7 ч, а в некоторых слу-
чаях и до больших значений, кратных 3,5 ч.
Норму времени tm при обработке на агрегатных станках опреде-
ляют по общепринятой методике. При высокой степени автомати-
зации рабочий разгружен от физических усилий; поэтому время
перерывов ta, отводимое на отдых, обычно в норму времени не вклю-
чается. В условиях автоматизации поддержание оборудования в ра-
ботоспособном состоянии обеспечивается в процессе его эксплуата-
ции наладчиками, производящими периодическую регулировку
отдельных механизмов, смазку, подготовку* инструментов и другие
работы до начала смены или после ее окончания. Поэтому время
150
организованного обслуживания /Орг в норму времени также не вклю-
чается. При принудительной смене режущих инструментов в регла-
ментированные периоды (перерывы между сменами, обеденный
перерыв) время технического обслуживания /т в норму времени
также не входит: Таким образом, для отмеченных условий норма
времени определяется суммой основного и вспомогательного вре-
мени, т. е. оперативным временем. .
Ранее указывалось, что найденное из условий выполнения дан-
ной операции /ш должно быть меньше темпа выпуска на величину
простоя станка для устранения возникающих отказов в его работе.
При соблюдении этого требования обеспечивается заданная произ-
водительность агрегатного станка. Норма времени должна уста-
навливаться с учетом возможности совмещения элементов основ-
ного и вспомогательного времени. Последовательность и совмеще-
ние элементов работы отражают циклограммы работы станка.
	Элементы работы станка	Время, с 	1	1	1	1					
/	закрепление ^откреп- ление заготовок		'10	’	'20	'30		
2	Расфиксация и таксация стола	V			
3	Поборот стом			/ У	
4	Работа головки 1				
f	Тоже 2	шшшм				
6	о	3	ШШШШШ			
7	и	4	...			
s	о	5				
s	установка и снятие заготовки	'ШЖ 				
ton
Рис. 4.5
На рис. 4.5 показан пример циклограммы работы шестипозици-
онного агрегатного станка. Рабочий цикл начинается пуском стан-
ка после нажатия кнопки. При этом происходит автоматическое
закрепление заготовки в приспособлении на загрузочной позиции,
расфиксация стола, его поворот и фиксация в новом положении.
Затем происходит одновременный пуск всех агрегатных головок.
Их цикл состоит из следующих элементов: быстрый подвод головки
к заготовке, рабочая подача головки (она часто сопровождается
кратковременной остановкой головки в конечном положении для
большей точности выполнения осевых размеров), быстрый отвод
в исходное положение. Вместе с тем рабочий снимает обработан-
ную ранее заготовку и устанавливает новую. Цикл работы станка
автоматически заканчивается после возвращения головки 3, имею-
щей наибольшую длительность работы, в исходное положение.
На циклограмме ясно видно совмещение элементов работы стан-
ка во времени и оперативное время (продолжительность рабочего-
цикла). Элементы 2 и 3 перекрываются временем подвода головок..
Глава 5. Проектирование
технологических процессов
механической обработки на автоматических
линиях
§ 5.1.	СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
АВТОМАТИЧЕСКИХ СТАНОЧНЫХ ЛИНИЙ
Автоматическая линия — это система автоматически дей-
ствующих станков, связанных транспортирующими устройствами
и имеющая единое управляющее устройство. Технологический про-
цесс обработки детали осуществляется на автоматической линии
без участия человека. Роль последнего сводится к наблюдению,
периодической наладке и смене режущих инструментов. На автома-
тических линиях может, быть наиболее полно 'осуществлена ком-
плексная автоматизация производства. На многих линиях выпол-
няют не только механическую обработку детали, но и процессы
получения исходной заготовки, термической обработки и проме-
жуточной сборки. Преимущество обработки деталей на автомати-
ческих линиях в том, что все технологические процессы осуществля-
ются непрерывно. Это обеспечивает значительное сокращение цик-
ла производства; уменьшение межоперационных заделов и незавер-
шенного производства и упрощение планирования. Грузопотоки
производимой продукции становятся более короткими. Использо-
вание автоматических линий повышает качество изделий, снижает
трудоемкость и себестоимость их изготовления, высвобождает зна-
чительное количество рабочей силы, уменьшает потребные произ-
водственные площади, улучшает условия труда на предприятии.
Перечисленные преимущества обработки на автоматических лини-
ях выявляются более полно по сравнению с агрегатными станками
и другим автоматическим оборудованием, работающим разрознен-
но или в составе поточных линий.
В настоящее время в промышленности используется свыше
6000 автоматических линий для механической обработки деталей,
что высвободило около 300 тыс. рабочих и дало экономию около
300 млн. руб. Потребности в автоматических линиях растут, однако
заводы станкостроения не обеспечивают нужды всех отраслей про-
мышленности. Поэтому производством автоматических линий
(в меньшем, чем в станкостроительной промышленности количе-
стве) заняты и другие отрасли машино- и приборостроения. Неко-
торая часть потребных автоматических линий поступает за счет
импорта из стран народной демократии и капиталистических стран.
Многие заводы‘проектируют и изготовляют автоматические линии
152
своими силами, используя для этой цели универсальные станки,
станки, подвергнутые модернизации, и в меньшей степени специ-
альные станки.
Применение автоматических линий в отечественной промышлен-
ности началось еще в предвоенные годы. Однако в то время коли-
чество действующих линий было невелико. Большое развитие
автоматизация производства на базе автоматических линий полу-
чила в послевоенные годы и особенно за последнее десятилетие.
К настоящему времени создана и продолжает развиваться произ-
водственная база по выпуску автоматических линий. Научно-ис-
следовательскими и проектно-конструкторскими ' организациями
(ЭНИМС, СКБ-1, СКБ-6, НИИтавтопром, НИИтракторседьхозмаш,
НИАТ и др.) проделана большая работа по созданию агрегатных
станков, автоматов и полуавтоматов и автоматических линий. Про-
водится разработка нормализованных узлов и исполнительных
механизмов автоматических линий различного целевого назначе-
ния, созданы нормативные и руководящие технические материалы
по расчету и конструированию автоматического оборудования.
Накоплен большой опыт по конструированию, производству и экс-
плуатации автоматических линий. К настоящему времени выпол-
нены большие исследования отечественных и иностранных автома-
тических линий, позволившие выявить их. недостатки и наметить
пути дальнейшего совершенствования качеств этого оборудования.
В частности, выявлено недостаточно эффективное использование
автоматических линий на производстве, простри по разным причи-
нам (некачественный режущий инструмент, некачественные заго-
товки, несовершенство отдельных устройств линии), которые еще
велики. Примерно у одной трети действующих .автоматических
линий отношение коэффициента фактической загрузки к коэффи-
циенту загрузки при проектировании составляет 0,84-0,95; у ос-
тальной части линий это отношение еще ниже.
Важные задачи дальнейшего развития автоматических линий —
задачи1 повышения их производительности, точности и надежности
работы. Новые линии должны создаваться в основном из нормали-
зованных унифицированных узлов по принципу ' агрегатирования.
Это позволит в значительной мере снизить себестоимость и сроки
их изготовления, что в условиях технического прогресса чрезвы-
чайно важно. Цовышение надежности автоматических линий повы-
сит их коэффициент использования во времени. В настоящее время
достигают проектной производительности только путем интенсифи-
кации режимов резания.
Основная часть ранее изготовленных, и эксплуатируемых в про-
мышленности автоматических линий принадлежит к числу линий
специального (одноцёлевого) назначения. Эти линии проектируются
для обработки определенных деталей. При изменении конструкции
и размеров детали они становятся непригодными для дальнейшего
использования или требуют большей или меньшей реконструкции.
Линии подобного типа дают значительный технико-экономический
эффект, если обработке подвергается большое количество трудо-
153
емких и стабильных по конструкции деталей, а их производство
рассчитано на достаточно длительное время, превышающее допу-
стимые сроки окупаемости больших капиталовложений на изготов-
ление линий. Примером таких деталей могут служить блоки цилин-
дров, картеры, станины, ступенчатые валы, зубчатые колеса, порш-
ни, шатуны и другие детали в автотракторной и других отраслях
промышленности с большой программой выпуска продукции. Объ-
ектом производства на этих линиях служат также простые по
конструкции, но стандартные детали и изделия, выпускаемые
в очень больших количествах (крепежные детали, газовая и водо-
проводная арматура, подшипники качения). В данных случаях
часто применяют комплексные автоматические линии, на которых
выполняется технологический процесс получения заготовки и после-
дующей механической обработки. Так, автоматическая линия для
производства гаек, спроектированная СКБ-6, состоит из автомата
для высадки заготовок, трех гайконарезных автоматов, агрегата
антикоррозионной обработки и контрольного автомата. В качестве
исходного материала используется калиброванная проволока в бун-
тах. Производительность линии при изготовлении гаек М10 около
10 000 шт. в смену.
Планомерно проводимая унификация и стандартизация изделий
в отечественном машиностроении способствует специализации про-
изводства. Ограничивая число типоразмеров-изделий одного назна-
чения минимальным ассортиментом наиболее совершенных образ-
цов, стандартизация приводит к сужению номенклатуры изделий
при значительном увеличении программы их выпуска. Это позво-
ляет шире применять поточные методы работы и специальные авто-
матические линии для их производства. Использование нормализо-
ванных узлов для компоновки автоматических линий специального
назначения сокращает сроки и себестоимость их изготовления, а это
в свою очередь расширяет область их использования в машино-
строении.
Ранее отмечалось, что основная масса продукции машинострое-
ния производится серийно. Применение автоматических линий спе-
циального назначения в данных условиях сильно ограничено. В этом
случае используют переналаживаемые (многопредметные) автома-
тические линии. На этих линиях обрабатывают несколько конструк-
тивно и технологически подобных деталей, пропускаемых партиями
через определенные промежутки времени. После окончания обра-
ботки партии деталей линию останавливают и переналаживают на
обработку следующей партии.
Дальнейшее развитие привело к появлению линий-из станков
с программным управлением и линий, управляемых от ЭВМ. Эти
новые разновидности автоматических линий способствуют созданию
гибких средств автоматизации не только в серийном, где сокра-
щаются простои оборудования на его переналадку, но и в поточно-
массовом производстве, где появляются возможности расширения
и изменения номенклатуры производимых изделий без изменения
средств автоматизации.
154
§ 5.2.	ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ
Развитие и расширение области применения автоматических
линий привело к большому разнообразию их конструктивных реше-
ний. В машиностроении применяют линии- с поштучным вводом
заготовки и поштучной выдачей обработанной детали. Для изго-
товления некоторых исходных материалов и полуфабрикатов маши-
ностроительного производства (биметаллическая лента для под-
шипниковых вкладышей, сварные трубы) применяют линии с не-
прерывной подачей материала и непрерывной выдачей готовой
продукции. При производстве метизов, металлокерамических
и пластмассовых изделий применяют линии с непрерывной подачей
исходных материалов (проволоки из бунта, порошков) и поштуч-
ной выдачей готовых изделий. В других отраслях промышленно-
сти используют линии с непрерывной или порционной подачей
исходных и непрерывной или порционной выдачей готовой про-
дукции.
Рассмотрим подробнее автоматические линии с поштучной пода-
чей заготовок и-поштучной выдачей готовых деталей. По принципу
работы эти линии разбиваются на два класса: синхронные (жест-
кие) и несинхронные (гибкие). В синхронных линиях (рис. 5.1,а)
обрабатываемые заготовки 1 передаются непосредственно от одного
станка к другому при помощи транспортного устройства жесткого
типа. Наиболее часто используют шаговые транспортные устрой-
ства, перемещающие одновременно все находящиеся на лирии заго-
товки на величину шага I. Расстояние между станками линии равно
или кратно величине шага. Линии синхронного типа применяют
для крупных, преимущественно корпусных деталей. Их основной
недостаток в том, что при отказе одного станка останавливается
вся линия. .При большой длине линии коэффициент ее использо-
вания сильно снижается. Поэтому линии такого типа часто расчле-
няются на короткие, независимо работающие друг от друга
участки.
В линиях несинхронного типа (рис. 5.1,6 и в) используются про-
межуточные бункера 1 или магазины-накопители 1 и 2 (рис. 5.1, в)
для обрабатываемых заготовок. Таким образом, вся линия состоит
из нескольких независимо работающих участков; при вынужденной
остановке одного участка последующие продолжают работать, рас-
ходуя имеющийся запас заготовок из бункеров или магазинов-на-
копителей. Такие линии более производительны, так как простои
их удается существенно уменьшить. Линии с бункерами применяют
для небольших, легко ориентируемых заготовок; линии с магазина-
ми-накопителями для более крупных, сложных и трудно ориенти-
руемых заготовок. Заготовки в магазины-накопители поступают
обычно без потери ориентации. Нередко магазином-накопителем
служит достаточно емкий учдсток транспортирующего устройства,
с которого механическая рука берет заготовки для установки 'на
станок.
155
По характеру установки обрабатываемых заготовок автомати-
ческие линии делят на спутниковые и бесспутниковые. На линиях
первого типа (рис. 5.1, г) заготовки 1 устанавливают в приспособ-
лениях-спутниках 2 и с ними вместе передаются транспортирующим
устройством от станка к станку по всей трассе линии от позиции'
загрузки до позиции съема, готовой детали. На линиях этого типа
заготовки обрабатывают с одной установки, при одной схеме бази-
рования и без изменения своего положения на различных станках.
Установочными базйми служат предварительно обработанные или
черновые поверхности заготовки. Приспособления-спутники на
156
исходную позицию автоматической линии возвращаются специаль-
ным транспортером 3, расположенным параллельно линии снизу
или сбоку от нее. Количество спутников на линии превышает число
рабочих позиций, а сами спутники часто представляют собой доста-
точно сложные устройства, имеющие точные установочные элементы
для перемещения спутников в заданные положения на станках
линии. Помимо того на каждом станке должно иметься зажимное
устройство (обычно гидравлическое) для закрепления спутника
вместе с заготовкой на каждой рабочей позиции автоматической
линии. Все это вызывает усложнение и удорожание линий с при-
способлениями-спутниками на 104-30%. Тем не менее эти линии
широко применяют для обработки сложных по своей конфигура-
ции заготовок, неудобных для автоматического перемещения от
станка к станку и автоматической установки и закрепления в ста-
ционарных приспособлениях. Линии со спутниками выполняют син-
хронного типа, так как спутники непригодны для передачи их
в бункера и магазины-накопители.
В линиях бесспутникового типа (рис. 5.1, а, б) автоматическое
транспортирование осуществляется наиболее просто в тех случаях,
когда сами заготовки имеют достаточно развитую и чисто обрабо-
танную нижнюю плоскость или цилиндрическую поверхность, кото-
рыми они могут скользить или катиться по направляющим эле-
ментам транспортного устройства. При обработке крупных корпус-
ных деталей нет надобности в приспособлениях-спутниках. Такие
детали имеют предварительно обработанные базовые плоскости
и два отверстия для фиксирующих пальцев. Операции- обработки
базовых поверхностей обычно выносят из автоматической линии
на отдельные станки из-за трудностей их автоматизации. Приспо-
собления бесспутниковых линий выполняют стационарного типа; '
они постоянно закреплены на каждом станке линии. Устанавлива-
ют заготовки в эти приспособления и удаляет их оттуда после
обработки транспортирующими устройствами, автооператорами
(механическими руками), по лоткам и другими способами.
По расположению транспортирующего устройства автоматиче-
ские линии делят на линии со сквозным и несквозным перемеще-
нием заготовок. При сквозном перемещении заготовки проходят
через рабочие зоны.станков (рис. 5.1,а, б, в, г); такие линии наи-
более просты по конфигурации. При несквозном перемещении
(рис. 5.1, д) заготовки 1 проходят в стороне от расположения их
зон обработки; в таких линиях используют дополнительные загру-
зочные устройства 2 (автооператоры, питатели) для перемещения .
заготовки с транспортера в приспособление и обратно, что услож-
няет линию. На линиях со сквозным перемещением заготовок обра-
батывают крупные корпусные детали, а также детали в приспособ-
лениях-спутниках. Линии с несквозным перемещением заготовок
чаще встречаются при обработке деталей типа тел вращения (валы,
зубчатые колеса).
По характеру движения заготовок автоматические линии делят
на однопоточные -и с разветвляющимся потоком (рис. 5,1, а—е);
157
первые применяют там, где длительность обработки на отдельных
позициях линии одинакова (или примерно.одинакова); вторые —
в том случае, когда на отдельных участках линии длительность
обработки из технологических условий возрастает, в результате
чего возникает необходимость дублирования станков на этих участ-
ках. Так, если на позициях 1, 2 и 3 (рис. 5.1, е) длительность обра-
ботки несколько Меньше темпа выпуска изделий, то на участке I
линия будет однопоточной; если на позициях 4, 5 и 6 длительность
обработки больше темпа в 1,5-41,8 раза, станки дублируются и ли-
ния на участке II получается разветвляющейся; если на последних
позициях 7 и 8 длительность обработки будет меньше темпа, то
на участке III ветви сходятся и линия опять становится однопо-
точной.
Большая часть используемых в машиностроении автоматиче-
ских линий представляет собой линии периодического (дискретно-
го) действия. На этих линиях обрабатываемые заготовки транспор-
тируются периодически с одной рабочей позиции на.другую и во
время своего перемещения не обрабатываются. Время перемеще-
ния заготовок на этих линиях затрачивается непроизводительно.
В автоматических линиях непрерывного действия обрабатываемые
заготовки перемещаются непрерывно по всей трассе линии, подвер-
гаясь обработке в процессе этого перемещения (роторные и цепные
линии). Технологические возможности этих линий по размерам
и сложности обрабатываемых деталей, по характеру обработки
значительно уже линий периодического действия. Их преимущест-
во — большая производительность и возможность . комплексного
осуществления технологических процессов.
По типу используемого оборудования автоматические линии
могут включать специальные и специализированные станки и уста-
новки (например, установки для закалки токами высокой частоты,
моечные агрегаты), агрегатные станки и станки о.бщего назначе-
ния (станки универсального типа).
Основные составные части каждой автоматической линии: тех-
нологическое оборудование (станки) для выполнения предусмот-
ренной обработки, приспособления для установки и закрепления
обрабатываемых заготовок на рабочих позициях в заданном поло-
жении, транспортирующие устройства для перемещения заготовок
по трассе линии, загрузочные устройства, механизмы для удаления
стружки, средства технического контроля производимой продук-
ции, устройства управления линией. '
Назначение и конструктивные разновидности этих устройств
подробно рассматриваются в курсе металлорежущих станков.
Многие из перечисленных устройств в настоящее время норма-
лизованы. Они служат компонентами, из которых по принципу
агрегатирования можно компоновать проектируемые линии
в более сжатые сроки, чем из специальных узлов и механизмов
[12, 14].
158
§ 5.3.	НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Каждая автоматическая линия представляет собой -сложную
систему взаимосвязанных технологических машин (станкой) и уст-
ройств определенного целевого назначения. От надежности работы
элементов этой системы зависит'качество выпускаемой продукции,
производительность линии и себестоимость выполняемой обработ-
ки. С повышением надежности работы линии ее фактическая про-
изводительность приближается к теоретической и полнее исполь-
зуются ее технологические возможности [5].
Отказы в работе различных исполнительных устройств вызыва-
ют периодические остановы автоматической линии для восстанов-
ления ее работоспособности. Суммарное время простоя линии Тпр
по различным причинам составляет за определенный период t
(например смену) относительно большую величину. Общий коэф-
фициент использования автоматической линци во времени
^=^/(^4-^),	(5-1)
где Гн — суммарная наработка линии (суммарное цикловое время
за период О-
Как. показывают результаты многочисленных проведенных
обследований действующих автоматических линий, величина этого
коэффициента составляет 0,854-0,9 при числе силовых головок до
10; 0,8-4-0,85 — при числе головок свыше 10 до 25; 0,74-0,8 — при
числе головок свыше 25 до 40 и 0,64-0,7 —при большем числе
головок.
Линии простаивают по следующим четырем основным причи-
нам: 1) отказы в работе оборудования линий (отдельные узлы
станков, приспособления, транспортирующие устройства, гиДрообо-
рудование, электрооборудование, элементы системы управления);
2) отказы в работе режущих инструментов (замена инструментов
при их поломке, смена затупившихся инструментов, подналадка
инструментов при их размерном износе; 3) планово-профилактиче-
ские остановы линий (осмотр, регулировка и подналадка, уборка
и смазка различных устройств); 4) простои по организационным
причинам (отсутствие заготовок, инструментов и обслуживающего
персонала, дефекты заготовок, перебои подачи электроэнергии
и сжатого воздуха).
Отказы в свою очередь можно разбить на две группы. К первой
относятся отказы в работе различных механизмов и устройств
автоматических линий (несрабатывание устройств, поломки дета-
лей и инструментов, разрегулирование систем, заедание’механизмов
из-за попадания стружки или загрязнений). При возникновении
этих отказов линия останавливаетсй с подачей соответствующих
световых или звуковых сигналов. Ко второй относятся отказы в ре-
зультате невыдерживания заданной точности обработки. Эти отка^
зы обнаруживаются измерительными устройствами, дающими
159
команды на останов линии в случае возникновения брака или при-
ближения выдерживаемых размеров к его границам. Причины
невыдерживания заданной точности подробно рассматривались
в гл. II. • •
Отказы в работе оборудования происходят в два раза чаще
отказов в работе инструментов. Отказы в работе оборудования
распределяются примерно следующим образом: отказы механиче-
ских устройств — 50%, электрооборудования — 30%, гидросистем —'
15%, пневмосистем — 5%. Наиболее часты поломки сверл (около
55% всех случаев поломок режущего инструмента), затем резцов
(10%), метчиков (6%) и других инструментов. Простой по органи-
зационным причинам составляют около 50%'"всех простоев автома-
тических линий. В устранении их кроется большой резерв повыше- 
ния производительности автоматических линий. Простои, связан-
ные с планово-профилактическими остановами линий, по своей
продолжительности сравнительно невелики и составляют около
10%. Большую часть этих простоев можно устранить, выполняя
профилактические осмотры и регулировку оборудования в нерабо-
чее время (перерывы между сменами, выходные дни). Приведен-
ные данные — ориентировочные. В практической работе технологи
и конструкторы используют более подробные цифровые материалы,
на базе которых можно достаточно обоснованно принять то или
иное проектное решение. Недооценка технических возможностей
оборудования приводит к тому, что при проектировании автомати-
ческих линий допускаются значительные резервы, которые при их
эксплуатации'не используются; при отсутствии резервов линии
не могут обеспечить планового выпуска изделий. При высокой стои-
мости автоматического оборудования и то и другое приводит к боль-
шим материальным убыткам.
Простои линий зависят от уровней их безотказности и ремонто-
пригодности в процессе эксплуатации. Повышают безотказность
осуществлением комплекса конструкторских и технологических
мероприятий, а также применением рациональной системы эксплуа-
тации. Непрерывное совершенствование конструкций и улучшение
технологии изготовления автоматических линий, как показывает
производственная практика, повышает коэффициент использования
и производительность линий с течением времени. Ремонтопригод-.
ность повышают совершенствованием конструкции узлов оборудо-
вания и Использованием систем своевременного обнаружения по-
вреждений при эксплуатации оборудования. Особенно эффективен
блочный метод замены дефектных узлов и механизмов с быстро-
разъединяемыми и соединяемыми коммуникациями. При этом раз-
личные отказы по техническим причинам устраняет за короткое
время и коэффициент использования линий заметно повышается.
Надежность работы автоматической линии зависит от конструк-
тивных, технологических и эксплуатационных факторов, а длитель-
ность ее безотказной работы — случайная величина. Это обуслов-
•лено случайным характером возникающих отказов. О надежности
работы автоматической линии можно судить по основным парамет-
ре
рам функции распределения вероятности времени ее безотказной
работы. Поэтому анализируют и оценивают надежность работы
линий вероятностными методами., Для этой цели обрабатывают
статистические данные, полученные после проведения производ-
ственных или лабораторных испытаний, и устанавливают закон рас-
пределения времени безотказной работы линии, зная который, мож-
но решать ряд практических вопросов эксплуатации автоматических
линий. К их числу относятся, в частности, такие вопросы, как
определение времени поднастройки станков, величины промежуточ-
ных запасов заготовок, времени простоя линии и коэффициента ее
использования, выбор метода резервирования работы линии.
Установление надежности целесообразно разбить на две части:
определить надежность самой линии как сложной системы
устройств различного целевого назначения, а затем надежности
работы инструментальных наладок. Первая часть решается в основ-
ном для целей проектирования линии, а вторая — для установления
условий ее рациональной эксплуатации.
Производственными наблюдениями установлено, что наиболее
распространенный закон распределения времени безотказной рабо-
ты автоматических линий — закон экспоненциального распределе-
ния, обычно имеющий
место при мгновенных
отказах системы. Отка-
зы могут быть вы-
званы разрегулирова-
нием исполнительных
устройств, ослаблением
крепежных деталей, на-
рушением электриче-
ских контактов и дру-
гими причинами; На
рис. 5.2, а показаны
графики интенсивности
отказов X линий в функ-
ции времени t их.экс-
плуатаций. На графике
выделены три харак-
терные зоны:-зона I —
период быстрого умень-
шения интенсивности
отказов в результате освоения' автоматическрй линии и устранения
обнаруживаемых дефектов её изготовления, зона //-'-период нор-
мальной эксплуатации линии, зона /// — период резкого повыше-
ния интенсивности отказов в результате физического износа эле-
ментов системы. Кривая А характеризует линию низкого качества,
кривая Б — линию более высокого качества изготовления, в ней
сократилась / зона и удлинилась //. Интенсивность отказов X, пред-
ставляющая собой число отказов в единицу времени, снизилась
в зонах / и II (Л.2<Х1).
И 1273
161
На рис. 5.2,6 показаны кривые надежности />(/) линий в функ-
ции времени ее работы t. Эти кривые соответствуют периоду нор-
мальной эксплуатации линий (зона 77), для которого-интенсивность
отказов имеет постоянное значение. Для этих условий надежность
или вероятность безотказной работы линии
/7(0 = е~»,	.	(5.2)
где е — основание натуральных логарифмов.
При X=const среднее время безотказной работы
Л
,	'	' оо
7ср = f e-^dt = 4--	(5.3)
6
Из последнего выражения видно, что Тер — величина, обратная
интенсивности отказов X. Заменим X в (5.2), получим р(7) =ё~9Гср.
Зная интенсивность отказов, найдем частоту их возникновения
a(t) = Хе~Ч	' (5.4)
Величина X-—наиболее показательный критерий надежности'.
Ее легко определить из экспериментов по (5.3). Для автоматиче-
ской линии значение
7’ср= Z ]/п, .	(5.5)
\/=1 /
где ti — время безотказной работы i-ro элемента линии; п — число
элементов линии.
Надежность работы линии зависит от надежности ее элемен-
тов, их количества и схемы соединения. Для линии с последователь-
ной схемой соединения при жесткой транспортной связи выход из
строя одного элемента вызывает останов всей линии. Если отказы
каждого элемента независимы от отказов других, то вероятность
безотказной работы линии будет определяться произведением веро-
ятностей безотказной работы ее элементов:
Р =РгР2Рг •  -Рп = П А,	(5.6)
где pi — вероятность безотказной работы t-ro элемента.
Если вероятности безотказной работы у всех элементов линии
одинаковы и равны рх, то
Р=Р1-	(5.7)
При большом количестве элементов линии вероятность ее без-
отказной работы сильно снижается даже при высокой надежности
каждого элемента. Если, например, линия состоит из 24 станков,
162
имеющих в среднем надежность 96%, то вероятность ее безотказ-
ной работы равна р = 0,9624=0,37. Расчленив эту линию на два
независимо действующих участка, состоящих из 12 станков, можно
повысить надежность их работы до значения р — 0,9612—0,61. При
трех участках из 8 станков надежность повышается до 0,72.
Деление линии на участки повышает ее надежность и произво-
дительность в целом. Однако применение магазинов-накопителей
или бункерных устройств между выделенными участками повыша-
ет общую стоимость линии. В то же время растут производствен-
ные площади, особенно при обработке крупногабаритных дета-
лей, накопителями для которых часто служат рольганги.
Другой способ повышения надежности автоматических линий —
это применение резервирования по ее элементам, наиболее подвер-
женным отказам. При параллельном соединении отдельных эле-
ментов системы управления можно существенно повысить безотказ-
ность ее работы. Такое же мероприятие можно осуществить и по
другим исполнительным устройствам без большого усложнения их
конструкции. В отдельных случаях оправдывает себя разветвле-
ние линии на наиболее напряженных участках, а также введения
на них запасного ручного управления и обслуживания.
Эффективность использования автоматических линий во мно-
гом зависит от времени восстановления их работоспособности при
возникающих отказах. На рис. 5.2, в показаны типичные кривые
распределения этого' времени. Из графика видно, что при работе
линий преобладают отказы, связанные с малой затратой времени
на их устранение. Кривая А характеризует автоматическую линию
с относительно большей затратой времени на восстановление рабо-
тоспособности линии, чем кривая Б. Эти кривые имеют экспонен-
циальный характер; они описываются уравнением вида (5.2). По
оси абсцисс отложено время восстановления работоспособности
линии t', а по оси ординат — относительная частота y(t').
Кроме показателей ТСр, X и <х(/) в практике работы проектно-
конструкторских организаций для оценки надежности используют
и другие величины.
За время работы линии при п произошедших отказах сред-
нее время восстановления ее работоспособности
Тп = 7’пр//г.	(5.8)
Удельная длительность восстановления оборудования линии
(без учета смены и подналадки режущих инструментов)
^=7^/7;,. •	(5.9)
Коэффициент готовности оборудования линии, характеризую-
щий уровень его надежности, определяется по удельной длитель-
ности восстановления оборудования линии Во§\
е
£г = 1/(1+£о6).	(5.10)
11*
163
Номинальная производительность линии без учета простоев
(шт/ч)
Qhom = 60т//ц,	(5.11)
где т — количество снимаемых с линии деталей за один цикл;
— длительность цикла (оперативного времени), мин.
Фактическая производительность линии с учетом потери времени
на ее простои (шт/ч)
Qcj> “ QhOM^O- .	(5.12)
§ 5.4.	СПЕЦИФИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ОБРАБОТКИ НА АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ
Автоматические линии различных конструктивных разновидно-
стей представляют собой результат дальнейшего развития обыч-
ных поточных линий обработки в серийном и массовом производ-
ствах. Принципы построения технологических процессов в обоих
случаях имеют единую базу. Однако в условиях автоматизации
существует своя вполне определенная специфика. Она заключается
прежде всего в большей глубинё проработки и более строгом обос-
новании принятого технологического варианта. Автоматизация про-
изводства связана с большими капитальными затратами, поэтому
все технологические и вытекающие из них конструктивные решения
должны быть" обоснованы технико-экономическими расчетами.
В ‘ основу проекта автоматизированного производства должна
закладываться прогрессивная технология, обеспечивающая повы-
'-шение качества производимых изделий, снижение их себестоимости
и обеспечивающая выпуск в'заданных количествах [6, 10].
При проектировании технологических процессов для автомати-
ческих линий необходимо обеспечивать: достижение равной или
кратной производительности на отдельных позициях для получения
большей синхронизации работы и загрузки линии; автоматизацию
' не только переходов обработки, но и всех вспомогательных пере-
ходов; длительное сохранение заданной точности; высокую надеж-
ность и безаварийность работы линии за счет тщательной прора-
ботки всех вопросов контроля; блокировки, сигнализации, резерви-
рования и отвода стружки; удобство транспортировки и базирова-
ния обрабатываемой заготовки.
Желательно уменьшение количества станков в линии за счет
повышения степени концентрации технологических переходов и при-
менение многоинструментного оборудования.
В качестве исходных данных для проектирования технологиче-
ского процесса механической обработки служат: чертеж детали,
технические условия на ее изготовление и программа выпуска дета-
лей. Важно знать сроки выпуска деталей и предполагаемые (воз-
можные) сроки получения оборудования автоматической линии и ее
стоимость. В самом начале проектирования технологического про-
164
цесса желательно, установить степень полноты автоматизации про-
цесса обработки, помня, что сама автоматизация не является само-
целью. Перед началом проектирования необходимо убедиться на
основе предварительных ориентировочных расчетов, что сроки оку-
паемости средств автоматизации меньше предполагаемой длитель-
ности выпуска изделий и что эти сроки лежат в пределах установ-
ленных норм (З-т-5 лет).
Перед началом проектирования технологического процесса вни-
мательно анализируют конструкцию детали и ТУ ее изготовления
на предмет возможного улучшения ее технологичности. Особое
внимание обращают на выбор установочных баз. Желательно
выдерживать в максимальной степени принцип постоянства баз,
а вместе с тем и принцип совмещения технологических и измери-
тельных баз. Это необходимо для того, чтобы обрабатываемая заго-
товка занимала как можно меньше различных положений на линии.
Каждое изменение положения заготовки вызывает необходимость
применять кантователь или автооператор, что усложняет линию.
При единой технологической базе упрощается также транспорти-
ровка обрабатываемой заготовки от одной позиции к другой. При
анализе конструкции детали обращают внимание на возможности
многоинструментной и многосторонней обработки применения высо-
копроизводительнбго многолезвийного инструмента, на легкость
удаления стружки и отвода смазочно-охлаждающей жидкости.
Обрабатываемые поверхности и выдерживаемые при обработке
размеры следует располагать и проставлять на чертежах таким
образом, чтобы не требовалось изменять схему базирования заго-
товки на линии. Конструкция детали должна быть достаточно жест-
кой в целях обеспечения заданной точности при многоинструмент-
ной обработке.
Многие требования к технологичности конструкции, рассмот-
ренные в гл. 4, справедливы и для деталей, обрабатываемых на
автоматических линиях.
Детали и заготовки, выдаваемые из бункерно-загрузочных уст-
ройств, по своей конструкции должны быть удобными для условий
автоматической ориентации, а детали, подаваемые из магазинов-
накопителей,— удобными для захвата механической рукой автоопе-
ратора. Некоторые из этих требований подробно рассматриваются
в гл. 6.	'	•
Задача проектирования технологических процессов для автома-
тических линий отличается сложностью и трудоемкостью; ' она
характерна многовариантностью возможных решений. Проектиро-
вание выполняют в несколько последовательных стадий. Вначале
делают предварительные наметки технологического процесса; на
последующих стадиях их уточняют и конкретизируют на основе
детальных технологических расчетов. К окончательному решению
приходят после разработки и сравнения нескольких технологиче-
ских вариантов. Для сокращения числа сопоставляемых вариантов
можно использовать типовые решения, рекомендации норматив-
ных и руководящих материалов и отбрасывать те варианты, от
165
реализации которых не ожидается получить ощутимых положитель-
ных результатов. Варианты этапов желательно анализировать и со-
поставлять на промежуточных стадиях проектирования.
Процесс проектирования состоит из комплекса взаимосвязан-
ных и выполняемых в определенной последовательности этапов:
выбор метода получения заготовки и установление предъявляемых
к ней требований; расчет темпа выпуска изделий; выбор техноло-
гических баз и комплекса последовательно выполняемых методов
(маршрута) обработки отдельных поверхностей; составленйе мар-
шрута обработки детали в целом с определением операций, выпол-
няемых вне автоматической линии; установление необходимых
позиций ’автоматической линии согласно намеченному' маршруту
обработки; расчет промежуточных припусков; определение техноло-
гических допусков и предельных размеров заготовки по техноло-
гическим переходам; уточнение содержания, обработки по отдель-
ным позициям; выбор оборудования, инструментов и приспособле-
ний; назначение режимов резания; определение настроечных раз-
меров; корректировка схем установки и закрепления заготовки для
разработки технического задания на конструктирование приспособ-
лений.
Специфическими для проектирования являются вопросы выбора
структуры линии и расчленения ее на участки, расчет емкостей про-
межуточных накопителей, установление периода групповой смены
режущих инструментов и степени концентрации технологических
переходов, а также расчеты настроечных размеров.
Выбор метода получения заготовки — ответственный этап про-
ектирования технологического процесса. Как и в обычном произ-
водстве, он определяется технологической характеристикой мате-
риала детали, конструктивными формами и размерами заготовки,
точностью и качеством поверхностного слоя заготовки, программой
и сроками выполнения выпуска изделий. На выбор метода влияет
желаемая степень автоматизации процесса получения заготовки.
В заготовительном цехе она может выполняться как обычными,
так и автоматизированными методами. При выполнении заго-
товки на данной (комплексной) линии пригодны только легко
автоматизируемые методы ее изготовления: резка из прутка,
литье в кокиль, литье под давлением, штамповка высадкой с элек-
тронагревом или в холодном состоянии, поперечно-винтовая про-
катка и некоторые другие методы, легко вписываемые в комплекс-
ную автоматическую линию. Требования к заготовкам, обрабаты-
ваемым на автоматических линиях, по точности изготовления и ка-
честву. поверхности более высокие, чем в обычном производстве.
Это способствует повышению стабильности работы, сокращает
отказы и простои автоматических линий. Заготовки контролируют
более строго. Требования точности вынуждают предусматривать
дополнительную обработку вне автоматической линии. Выбранный
метод должен обеспечивать наименьшую себестоимость изготовле-
ния детали, т. е. издержки на материал, выполнение заготовки и по-
следующую механическую обработку с накладными расходами
166
должны быть минимальными. С повышением точности выполнения
заготовки и приближением ее формы к конфигурации готовой дета-
ли объем механической обработки заметно снижается. Вместе с тем
упрощается структура автоматической линии за счет устранения
позиций предварительной, а в некоторых случаях и чистовой обра-
ботки; повышается ее надежность и производительность. Повы-
шение точности, однако, усложняет и удорожает технологический
процесс выполнения заготовки. В каждом конкретном случае необ-
ходимо рассчитывать себестоимость изготовления детали, методика
расчета которых излагается в курсах технологии машинострое-
ния [7].
При выборе заготовки устанавливают: припуски на обработку,
допуски на размеры обрабатываемых и черных поверхностей; базо-
вые поверхности и требования, предъявляемые к этим- поверхно-
стям; термическую обработку и требования к. структуре и твер-
дости материала; методы очистки поверхностей заготовки и ее пред-
варительную обработку, выполняемую вне автоматической линии.
Указанные сведения приводятся-на чертеже заготовки и в техни-
ческих условиях на ее изготовление.
Темп выпуска продукции определяется как частное от деления
фонда времени F (годового, за смену или другой период времени)
в часах нгГпрограммное задание N (выпуск в штуках за тот же
период времени):
i = 60F/N.	(5.13)
Номинальный (или календарный) фонд времени работы обору-
дования (без учета времени на его плановый ремонт) составляет:
для работы в одну смену — 2070 ч, для двух смен — 4140 ч и для
трех смен — 6210 ч. Действительный фонд времени получаем,
умножая приведенные величины соответственно на коэффициенты
0,98; 0,97 и 0,96, учитывающие потери времени на ремонт обору-
дования. В результате имеем следующие значения действитель-
ного фонда времени для одно-, двух- и трехсменной работы: 2030,
4015 и 5465 ч. Соответственно этим значениям фонда времени темп
может быть календарным и действительным. При проектировании
технологических процессов пользуются действительным темпом
выпуска /д, зная который, найдем максимально допустимую вели-
чину оперативного времени (или время рабочего цикла) автомати-
ческой линии (мин).
^>п = <Л>-	(5.14)
Фактическая величина оперативного времени на отдельных пози-
циях линии не должна превышать найденную величину. Общий
коэффициент использования линии k0 можно брать при предвари-
тельных расчетах по ранее приведенным данным (см. § 5.4). При
более точных расчетах на последующих этапах проектирования
можно использовать показатели надежности применительно к дан-
ному конкретному случаю:
167
^ОП --	(1	р)^у.о,
(5.15)
где ty.o — время устранения отказов;
р = (р[р'2...р’п)р"р"'	(5.16)
— надежность линии для проектируемого процесса; р[ ,
р2, р'п — надежности работы станков линии; р" — надежность
работы транспортирующего устройства; р'"— надежность работы
управляющей системы линии. Все величины, входящие в .(5.16),
берут по нормативным материалам.
Время устранения отказа ty,0 представляет собой удельную
величину, приходящуюся на один рабочий цикл. Она получается
делением среднего дремени восстановления работоспособности /в
на среднее количество циклов работы между отказами п':
ty.o — t3:n'.	(5.17)
При выборе технологических баз руководствуются положения-
ми, используемыми в обычном поточном производстве. В условиях
автоматизации эти положения приобретают особую и большую'зна-
чимость. Прежде всего решается вопрос о предварительных (черно-
вых) базах, которые выбирающсак, чтобы прр дальнейшей обработ-
ке на созданных в начале процесса чистовых базах обеспечивалось
снятие равномерного припуска по всем поверхностям детали. Далее
решают вопрос о том, будут ли чистовые базы обрабатываться на
данной автоматической линии или вне ее. В большинстве случаев
предпочитают второй вариант; при этом упрощается структура
линии и повышается ее надежность. Выбирая чистовые базы, стре-
мятся выдержать принципы совмещения, постоянства и в случае
необходимости последовательной смены баз. Выполнение принципа
совмещения технологической и измерительной баз позволяет повы-
сить точность выдерживаемых при обработке размеров за счет уст-
ранения погрешности базирования. Выдерживание принципа посто-
янства баз повышает точность взаимного расположения поверхно-
стей детали; в то же время облегчается задача перемещения заго-
товки с позиции на позицию, обеспечивается возможность унифи-
кации приспособлений, устраняется необходимость иметь перегру:
жатели и кантователи. Лучший результат получается при одновре-
менном соблюдении принципов совмещения и г|остоянства баз.
В целях унификации приспособлений следует стремиться к тому,
чтобы на всех позициях линии применялась одна и та же схема
базирования и закрепления заготовки. При вынужденной смене
установочных баз обязателен переход от менее точных к более точ-
ным базам.
Выбранные базы должны обеспечивать достаточную устойчи-
вость заготовки не только в процессе обработки, но и при ее пере-
мещении по трассе линии от станка ж станку. При обработке кор-
пусных деталей особое значение имеет плоскостность базовых
168
поверхностей и выбор места приложения зажимных усилий. Для
уменьшения деформаций корпусных деталей при закреплении уста-
новочные и зажимные элементы приспособлений располагают бли-
же к ребрам деталей; в этом случае прогибы их стенок значи-
тельно уменьшаются.
Стремление более полно выдерживать принцип постоянства баз
приводит к созданию на детали искусственных (вспомогательных)
баз (бобышек, центровых гнезд, платиков, поясков и других эле-
ментов), а также к выполнению всей обработки за один установ
на базе поверхностей исходной заготовки. Последний случай харак-
терен при обработке деталей в приспособлениях-спутниках.
При выборе базовых поверхностей должны быть сформулиро-
ваны требования по их точности и шероховатости. Выбор баз свя-
зан с первой наметкой плана обработки детали; он может быть
уточнен на последующих этапах проектирования технологического
процесса. Маршрут обработки отдельных поверхностей детали уста-
навливают, исходя из требований рабочего чертежа и принятой
заготовки. Методика установления маршрута принципиально не от-
личается от применяемой в обычном производстве [7]. В условиях
автоматизации целесообразно использовать типовые маршруты.
Для уменьшения отказов по причине невыдерживания заданной
точности маршрут обработки часто усложняют, вводя дополнитель-
ные методы обработки, например, применяя получистовую обра-
ботку между предварительной и чистовой, повышают надежность
выдерживания заданного размера.
Составление общего маршрута обработки детали — сложная
задача с большим количеством вариантов решения. Его цель —
дать общий план обработки детали на автоматической линии и вне
ее (если нет комплексного решения), а также выбрать тип обору-
дования. Решение этой задали в обычном производстве рассмат;
ривается в курсах технологии машиностроения. При обработке на
автоматических линиях учитывают специфические условия авто-
матизированного производства. Прежде всего стремятся повысить
степень концентрации технологических переходов, достигая этим
уменьшения количества станков линци и повышения ее надежно-
сти. В то же время, учитывая отсутствие на' линии рабочих-опера-
торов, предусматривают некоторые дополнительные позиции (кон-
троль глубины просверленных отверстий для выявления возможной
поломки сверл перед нарезанием резьбы, удаление стружки из
глухих отверстий, перекантовка заготовки при смене баз). Несмот-
ря на некоторое усложнение линии, эти позиции необходимы для
повышения ее надежности и предупреждения аварийных ситуаций.
Из общего маршрута следует исключать трудно автоматизируемые
операции обработки. Так, правку заготовок ступенчатых валов
в условиях автоматизации обычно не производят, а возможное
искривление их на промежуточных стадиях обработки устраняют
съемом дополнительного припуска. По всем позициям обработки
необходим тщательный анализ надежности на предмет выявления
устройств блокировки, сигнализации и резервирования. Эти
169
устройства применяют после тех позиций обработки, где имеется
Наибольшая вероятность отказов.
Особое значение имеет определение припусков на обработку
и промежуточных размеров заготовки по технологическим перехо-
дам. Определение припусков следует производить не по таблицам,
а на базе расчетно-аналитического метода [7] с учетом конкрет-
ных условий построения процесса обработки на автоматической
линии. Этим предупреждается как завышение, так и занижение
величины припусков.
После установления маршрута обработки отдельных поверхно-
стей детали и маршрута обработки детали в целом выбирают по
имеющимся каталогам и нЬрмалям оборудование, режущие инстру-
менты и приспособления по отдельным позициям линии.
Следующий этап проектирования технологического^ процесса
предусматривает установление режимов резания. Методика выпол-
нения этого этапа была разобрана в гл. 4 при рассмотрении вопро-
са построения операций обработки на станках агрегатного типа.
Она полностью применима и в данном случае, так как агрегатный
многопозиционный станок принципиально не отличается от автома-
тической линии. Принятые режимы резания корректируют в соот-
ветствии с рекомендуемыми периодами принудительной смены
инструментов (!/2 смены, 1 смена, 2 смены). При этом все инстру-
менты разбивают на группы. Для каждой группы период смены
должен быть несколько меньше периода возможной стойкости ин-
струмента. Получаемый при этом недоиспользованный резерв
режущих способностей инструмента невелик; он полностью пере-
крывается уменьшением простоев линии при разновременной (неор-
ганизованной) смене инструментов.
Нормирование времени производят, находя оперативное время
по каждой позиции линии. Наиболее длительное оперативное время
определяет длительность цикла работы всей линии, что хорошо
видно из циклограммы работы автоматической линии. Методика
построения таких циклограмм принципиально не отличается от
рассмотренных ранее (см. рис. 4.5) циклограмм работы многопози-
ционных агрегатных станков.
При разработке технологического процесса определяют струк-
туру линии и находят количество ее участков. Эту задачу решают
с учетом показателей надежности и обеспечения заданной произ-
водительности.
Рассмотрим пример расчета структуры линии с жесткой транспортной
связью. Линия состоит из 9 станков. Оперативное время по каждому станку:
1,3; 1,4; 1,8; 1,8; 1,7; 1,85; 1,8; 1,45 и 1,4 мин. Надежность работы р' этих стан-
ков соответственно равна: 0,95; 0,96; 0,97; 0,98; 0,98; 0,97; 0,98 и 0,98. Надежность
работы транспортирующей системы р" —0,99, управляющего устройства р'"=0,98,
действительный темп работы линии (д=2,0 мин, среднее время устранения отказа
/у.О“1,0 мин.
Надежность работы станочного оборудования линии р'=0,95-0,96'0,97-0,98Х
X 0,98 • 0,97 • 0,98 • 0,98 = 0,765.
Надежность работы всей линии р=р'р"р'" =0,765-0,99 0,98 = 0,75.
Продолжительность рабочего цикла линии (5.15) (оперативного времени)
f, = /д— (1 — р) ty..=2— (1—0,75) 1,0 = 1,75 мин.
170
Продолжительность цикла оказалась меньше оперативного времени на стан-
ках 3, 4, 6 и 7. Поэтому в качестве первого варианта решения можно предло-
жить дублирование линии. Однако этот вариант нецелесообразен ввиду малой
загрузки оборудования. В качестве второго варианта можно попытаться ужесто-
чить оперативное время на указанных станках, доведя его до значения sg: 1,75 мин.
При невозможности выполнить это условие может быть предложен третий вари-
ант — принятие линии с ветвящимся потоком на позициях 5, 4, 5, 6 и 7
(рис. 5.3,а). Этот вариант лучше первого, но все же он требует дополнительных
Рис. 5.3
вложений в оборудование линии. По четвертому варианту линия может быть
расчленена на два участка: в первый входит пять станков, во второй—четыре
последних (рис. 5.3,6). Выполняя приведенные выше расчеты для этих участков,,
получим по первому участку р'=0,83; р=0,83-0,99-0,98=0,8; £ц=2— (1— 0,8)1.0= 4
= 1,8 мин; по второму участку р'=0,91; р=0,91 -0,99-0,98=0,88; /ц=2—(1—
— 0,88) 1,0= 1,88 мин.
Сравнивая полученные значения с величинами оперативного времени по
отдельным станкам, мы видим, что четвертый вариант обеспечивает заданный
выпуск продукции. Он не требует новых вложений и изменения технологии обра-
ботки. Следовательно, его можно принять к реализации.
При расчленении линии на участки емкость промежуточных
бункеров или магазинов-накопителей (шт)
<7=(1 -p)ty.0N/t„	(5.18)
где N — сменное задание, шт.
Величины р и /у.о берут по предшествующему участку автома-
тической линии. Каждую смену заготовок в накопителе проверяют
и в случае необходимости пополняют до расчетной нормы.
На основе разработанной технологии определяют тип и струк-
туру автоматической линии, выявляют необходимое технологиче-
ское и вспомогательное оборудование. На специальное оборудо-
вание, не выпускаемое серийно, составляют ТЗ на его конструиро-
вание и изготовление.
При разработке технологии должен быть решен важный вопрос
о планировке (размещении) автоматической линии в цехе, о связи
ее со смежными производственными участками, о средствах тран-
спорта для подачи заготовок и передаче обработанных деталей на
узловую или общую сборку изделий. Необходимо решить вопрос
о средствах удаления стружки, размещении промежуточных заде-
лов, расположении пультов управления, стендов для настройки
инструментов вне станка и другого вспомогательного оборудо-
вания.
171
Подготовленная технологом исходная документация служит
основой для дальнейшей разработки конструкторских задач. Этот
этап выполняют в соответствии с действующим в настоящее время
общим положением, по проектированию и изготовлению автомати-
ческих линий [12].
§ 5.5.	ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
На автоматических линиях находят применение два типа при-
способлений: стационарные и приспособления-спутники.
Стационарные приспособления. Их монтируют на отдельные
станки автоматической линии; в них подают, устанавливают, за-
крепляют и обрабатывают заготовки с надлежащим направлением
режущего инструмента. После обработки заготовку открепляют,
удаляют из приспособления и передает на транспортирующее уст-
ройство для перемещения на следующий станок.
Обычно используют одноместные однопозиционные приспособ-
ления, реже многопозиционные (поворотные) и многоместные. Ста-
ционарные приспособления автоматических линий выполняют те
же функции, что и обычные. Тем не менее, их конструкция и устрой-
ство имеют специфические отличия.
Прежде всего подают и устанавливают заготовки в эти приспо-
собления простейшим движением транспортирующего устройства
линии. Весьма часто установочные элементы приспособлений в виде
опорных пластинок являются продолжением направляющих пла-
нок транспортирующего устройства и располагаются с ними на
одном уровне. Ввод заготовок в приспособление по сложным траек-
ториям малопригоден, так как это усложняет и удорожает линию.
Исключение составляют автооператоры (механические руки), кото-
рые берут заготовку с транспортера, ставят ее в приспособление,
снимают после обработки со станка и откладывают на транспор-
тер. Траектория движения заготовки при этом состоит из прямых
и дуг окружностей. Автооператоры часто использую/для деталей
типа тел. вращения, устанавливаемых при обработке в патроны или
на центра. При этих условиях установочные элементы' выгодно
делать выдвижными. Так, например, при обработке корпусных
деталей их устанавливают на нижнюю плоскость и на два базовых
цилиндрических отверстия. В качестве установочных элементов
используют опорные, планки и два выдвижных пальца с кониче-
скими фасками. После ввода заготовки в приспособление шаго-
вым транспортером эти пальцы выдвигаются; их конические эле-
менты выравнивают заготовку, а цилиндрическая часть пальцев
точно фиксирует ее.положение в приспособлении. Если установоч-
ные элементы неподвижны, то точная фиксация заготовки по ее
базам достигается дополнительными прижимающими устройства-
ми—’досылателями, которые обеспечивают плотный контакт базо-
172
вых поверхностей заготовки с установочными элементами приспо-
собления.
Для предупреждения брака и аварий в приспособлениях часто
предусматривают автоматический контроль правильности положе-
ния заготовки. Контролируют использованием датчиков, проверяю-
щих положение заготовки по ее базовым поверхностям. Нередко
контроль осуществляют косвенно — по положению фиксаторов.
Если, например, фиксирующий палец не вошел в базовое отвер-
стие заготовки на нужную глубину, то ее положение считается
неправильным и выполнение операции прерывается.
Работа приспособлений должна быть четко согласована с дей-
ствиями станка и транспортирующего устройства. Вопросы кон-
струирования этих приспособлений непосредственно связаны с про-
ектированием автоматической линии и разработкой осуществляе-
мого на ней технологического процесса. Приспособления автомати-
ческих линий должны быть надежными и безотказными в работе.
Особое внимание уделяется очистке приспособлений от стружки
по наклонным стенкам в корпусах приспособлений, а также прину-
дительным удалением.
Наличие выдвижных установочных элементов и фиксаторов
вызывает увеличение погрешности установки заготовки. Для обес-
печения заданного качества продукции важно рассчитать обра-
ботку на точность и принять меры, обеспечивающие выдерживание
допуска на заданный размер. В частности, для приспособлений ука-
занного типа большее значение приобретает жесткость и расчет
сил зажима. Зажимное устройство должно быть достаточно надеж-
ным. Его часто выполняют самотормозящим -путем введения клинь-
ев и других запирающих элементов.

этом случае падение давле-
ния в магистрали сжатого воздуха, от которой питаются пневмо-
цилиндры зажимного механизма, не ослабляет крепления заго-
товки.
Зажимное устройство не должно вызывать деформаций заго-
товки, могущих снизить заданную точность обработки. При слож-
ных формах заготовки величину силы зажима и схему закрепле-
ния заготовки проверяют экспериментально на стадии, эскизной
проработки приспособления. При простых формах заготовки дефор-
мацию определяют расчетом.
На рис. 5.4 показана схема приспособления для обработки кор-
пусной детали на автоматической линии. Заготовка 1 перемещает-
ся по планке 2 шаговым транспортером с собачками 3 на строго
определенное расстояние. Штанга транспортера проходит снизу
под приспособлением, а его планки лежат на одном уровне стопор-
ными планками приспособления. Окончательно фиксируются заго-
товки по двум базовым отверстиям выдвижными пальцами 4,
а крепятся — посредством гидроцилиндра 5. Управление гидроци-
линдрами шагового транспортера, выдвижных пальцев и зажима
производится механизмом синхронизации автоматической линии.
Приспособления-спутники. Они представляют собой устройства,
которые сопровождают закрепленные в них заготовки по всей трассе
173
автоматической линии. При помощи приспособлений-спутников
достаточно просто решают задачу точного ввода заготовок в рабо-
чую зону различных агрегатов линии. Приспособления-спутники
применяют преимущественно для обработки заготовок сложной
конфигурации, осуществляя принцип постоянства установочных
баз. В качестве последних используют достаточно развитые поверх-
ности заготовки, обеспечивающие ее устойчивое положение в при-
способлении. Все стадии обработки выполняют при одном закреп-
лении заготовки.
Рис. 5.4
Приспособление-спутник в простейшем случае представляет
собой плиту прямоугольной формы, которая с закрепленной на
ней заготовкой последовательно перемещается по всей линии при
помощи шагового или реже цепного транспортера. В начале линии
на спутнике устанавливают и закрепляют заготовку; в конце линии
ее открепляют и снимают.
Плита или корпус спутника должны иметь достаточно разви-
тую опорную плоскость; для направления спутника используют
пазы или боковые площадки. Этими элементами он скользит по
планкам транспортирующего устройства в процессе своего переме-
щения. На рис. 5.5, а показано схематическое изображение спутни-
ка. К корпусу' 1 привернуты стальные закаленные планки 2, кото-
рыми он направляется по элементам транспортирующего устрой-
ства 3. На рис. 5.5,6 (поперечный разрез) показан другой вариант
направления спутника. Плита 1 скользит по опорным планкам 2,
а боковое направление обеспечивается пластиной 3. Спутник на
рабочей позиции фиксируют при помощи двух (или одного) паль-
цев 4 с конической частью (рис. 5.5,а). Пальцы выдвигаются гидро-
цилиндрами и входят в закаленные втулки 5, запрессованные
174
в плиту спутника. В результате этого обеспечивается длительное
сохранение высокой точности фиксации.
• На рабочей позиции станка плита спутника должна быть при-
жата к его жесткому основанию пневмо- или гидроцилиндром.
Часто для большей надежности закрепление производится через
клиновую самотормозящую систему. Спутники перемещаются при
помощи шагового устройства, действие которого аналогично дей-
ствию устройства, показанного на рис. 5.4. Закрепляют заготовку
на плите спутника после ее установки на те или иные базы при
помощи винтовых прихватов (рис. 5.5, а) вручную или вспомога-
тельными агрегатами^ В качестве последних чаще всего исполь-
зуют электро- или пневмовинтозавертывающие устройства (гайко-
верты), смонтированные на стационарных стойках в начале и в кон-
це (для открепления заготовок) линий. Применение пневматиче-
ских или гидравлических зажимных устройств затруднено, так как
подвод сжатого воздуха или жидкости к движущемуся спутнику
весьма сложен.
Рис. 5.5
На рис. 5.5, в показан другой способ крепления заготовки на
плите спутника при помощи пружинных Г-образных прихватов 2.
При установке и снятии заготовки 1 эти прихваты отжимаются
вверх при помощи пневмо- или гидроцилиндра 3. Этот способ креп-
ления обеспечивает постоянную, но недостаточно большую силу
зажима.
На рис. 5.5,г показана принципиальная схема устройства для
затяжки винтового зажима 1 спутника. На валу 4 по скользящей
шпонке перемещается муфта 2 с торцовым ключом. Вращение на
вал передается от электродвигателя 7 через пару конических и пару
175
цилиндрических зубчатых колес. На промежуточном валу 6 смон-
тирована фрикционная^муфта 5, передающая на вал 4 заранее уста-
новленный крутящий момент. При подаче масла в верхнюю полость
гидроцилиндра 8 через рычажную  систему 9 подводится ключ
и включается электродвигатель от пускового устройства 3. Через
определенный промежуток времени подается масло в нижнюю
полость цилиндра. Ключ отводится в исходное положение, и элек-
тродвигатель останавливается.
В более совершенных системах заготовку устанавливают и за-
крепляют, а также освобождают!' и снимают со спутника при помо-
щи специальных автоматических устройств. Кроме рассмотренных
простейших встречаются спутники поворотные для многопозицион-
ной обработки, а также спутники для многоместной обработки.
Применение приспособлений-спутников облегчает установку
заготовок и повышает надежность их ориентации на всех участках
линии, бместе с тем улучшается доступность подвода рабочих
инструментов к заготовке с разных сторон, а также облегчаются
условия очистки приспособлений от стружки.
ч К недостаткам автоматических линий' со спутниками следует
отнести некоторое, усложнение транспортирующих устройств из-за
необходимости возврата спутников в исходное положение, увели-
чение общей стоимости установки в результате применения этих
устройств и сравнительно большого количества спутников; большее
количество стыков и сопряжений в технологической системе при
использовании спутников снижает точность обработки; весьма
затруднительно создание промежуточных заделов на отдельных
участках линии. Работа последней обычно рыполняется с жесткими
транспортными связями.
Без учета сил инерции сила для перемещения спутника -
Р = (Gt + О2)/, где Gi — вес приспособлёния-спутника; G2— вес
заготовки, закрепленной в спутнике; f — коэффициент трения меж-
ду спутником и направляющими планками.
Если вес спутника с заготовкой распределяется на обе направ-
ляющие планки неравномерно, то согласно рис. 5.6, а может воз-
никнуть перекос, спутника, в результате чего возникают дополни-
тельные силы трения на боковых направляющих. В этом случае
сила перемещения спутника
 Р =	+ P2f + 27?/,	(5.19)
где 7?1 и Т?2—'реакции горизонтальных направляющих планок от
веса Gi и G2:
7?! + /?2 = Gt + G2;	(5.20)
7? — реакция вертикальных направляющих планок из-за перекоса
спутника:
7?=(7?1 + 7?2)/а/£;	(5.21)
L — длина спутника; а — расстояние от ЦТ спутника с заготовкой
до линии действия силы Р.
176
Подставляя (5.20) и (5.21) в, (5.19), получим
P=/(G1 + G2)(l + 2/a/£).
4
(5.22)
В некоторых случаях сила от шагового устройства передается
на спутник со смещением х от осевой линии. Найдем величину х,
при которой возможно заклинивание спутника в направляющих
из-за его перекоса. На рис. 5.6, б показаны направления действую-
щих на спутник сил, которые пересекаются в точке О. Из геомет-
рических соотношений следует (5/2 — х) tg ф 4- L = (5'2 4- х) tg ф.
if
Рис. 5.6

Значение х, при котором начинается заклинивание, будет
x=L/(2tgy),	. -	(5.23)
/
где L — длина направляющих спутника; <р — угол трения.
12 1273	1 77
Допуски на размеры приспособлений-спутников, влияющих на
точность обработки, следует определять на основе решения соот-
ветствующих размерных Цепей данной технологической системы.
На рис. 5.6, в показана схема растачивания отверстия в заготовке /,
установленной на спутнике 2. При растачивании требуется выдер-
жать размер х от оси отверстия до базовой плоскости заготовки.
Размер х является замыкающим звеном размерной цепи, состав-
ляющими звеньями которой будут размеры Л, В и Е. При решении
размерной цепи по максимуму и минимуму допуск на размер В
приспособления-спутника дв —бх—6а, где 6Х— допуск на заданный
размер; 6а*—допуск на размер А заготовки от оси ба-зового от-
верстия до базовой плоскости.
Допуск на размер Е принимают равным нулю, так как расстоя-
ние от оси расточного шпинделя до оси фиксирующего пальца для
данной позиции автоматической линии можно считать постоянным.
При решении размерной цепи на базе теории вероятностей
допуск на размер В приспособления-спутника
- МА),
где к, Xi — соответственно коэффициенты, зависящие от формы
кривых распределения размеров В и A; t — коэффициент, опреде-
ляющий процент риска получения брака по выдерживаемому раз-
меру при обработке.
Находят применение приспособления-спутники для групповых
и переменно-поточных (переналаживаемых) автоматических линий.
В конструкциях этих спутников предусматривается возможность
установки и закрепления различных заготовок. Они имеют соот-
ветствующие установочные элементы и зажимные устройства.
Последние выполняют постоянными или сменными. Постоянные
зажимные устройства позволяют закреплять различные, обраба-
тываемые с помощью данного приспособления заготовки. Их кон-
струкция зависит от размеров и конструктивных особенностей обра-
батываемых заготовок. В отдельных случаях они имеют быстро-
сменные детали в виде подкладных шайб, планок и других элемен-
тов. На рис. 5.6,г показана схема приспособления-спутника для
обработки двух однотипных деталей 1 и 2 различных размеров.
Устанавливают на два базовых 'отверстия, а закрепляют одним
зажимом.
Приспособления автоматических линий с промежуточными нако-
пителями— основная часть сложного комплекса устройств, вклю-
чающего в' себя-накопители, механизмы загрузки и съема загото-
" вок, транспортеры, отсекатели и механизмы для изменения поло-
жения заготовок. На рис. 5.7, а показана схема участка автомати-
ческой Линии для обработки зубчатых колес с двумя венцами.
Заготовки попарно закладываются в гнезда револьверного мага-
зина 1 и передаются на зубофрезерный станок 2 для обработки
венцов а. Механическая рука 3 после обработки передает их в раз-
делительное устройство 4, По лотку 5 заготовки в одинаковом поло-
178
женин поступают к зубодолбежному станку 7 для обработки вен-
ца Ь. Подъем заготовок в рабочую зону станка осуществляет меха-
ническая рука 6. Далее заготовки по лотку 8 поступают на станок 9
для снятия заусенцев и на устройство 10 для контроля зубчатых
венцов., Приспособления на всех станках линии действуют автома-
тически.
Рис. 5.7
На рис. 5.7,6 показана схема автоматической линии для обра-
ботки корпусных деталей. Установочной базой служат предвари*
тельно обработанные нижняя плоскость и два отверстия. Переме-
щаются заготовки шаговым устройством с последующей фиксацией
и закреплением на каждой позиции. Устройство 1 служит для изме-
нения положения заготовок на линии, устройство 2— для контроля
отверстий после сверления на предмет выявления возможных поло-
мок инструмента. Устанавливают и снимают заготовки вручную.
На нижних проекциях показаны положения заготовки 5 до и после
поворота устройством 1.
Инструментальная оснастка для автоматических линий отлича-
ется от обычной как по конструкции, так и по техническим условиям
на изготовление. Для режущих инструментов автоматических линий
применяют более качественные материалы. Эти инструменты
12*
179
должны обеспечивать быструю наладку и подналадку станков, быть
взаимозаменяемыми, обладать высокой стойкостью, формировать
и дробить стружку для стабилизации времени цикла обработки,
обеспечивать высокую степень концентрации технологических пере;
ходов. Для этих инструментов характерно применение приспособ-
лений для настройки на размер вне станка, применение устройств
для отвода режущей части в целях устранения рисок на обработан-
ной поверхности при обратном ходе суппорта или стола, а также
устройств для автоматической компенсации износа режущих эле-
ментов.
Инструмент для автоматических линий, качество которого на
класс выше стандартного инструмента, в большинстве случаев изго-
товляют. по отраслевым нормалям. Так, в технических условиях
Волжского автомобильного'
Рис. 5.8
завода оговаривается допус-
каемая карбидная неод-
нородность (2-г-З балла),
а в ГОСТах это не преду-
смотрено; там же нормиру-
ется твердость хвостови-
ков инструмента, чего нет
в ГОСТах. До 70% всего
инструмента изготавливают
из твердых сплавов, причем
около 80% твердосплавного
инструмента составляет ин-
струмент с механическим
креплением неперетачивае-
мых пластин (резцы, фрезы,
расточные головки, протяж-
ки, специальный инстру-
мент) . Для перестановки
или смены пластин часто
не требуется снятие инстру-
мента со станка; упрощается
задача наладки и подналад-
ки инструмента на выдержи-
ваемый размер. На базе не-
перетачиваемых пластин
легко создаются сборные
многолезвийные инструмен-
. ты. На рис. 5.8, а показан
пример подрезного резца, у которого пластина 1 подрезает торец,
а пластина 2 снимает фасйи. На рис. 5.8,6 показана расточная
головка с использованием неперетачиваемых пластин и призмати-
ческих регулируемых вставок с твердосплавными пластинами.
В автоматизированном производстве находят применение фрезы
с твердосплавными режущими и зачистными пластинками, что
позволяет совмещать предварительную и чистовую обработку.
180
На многих заводах применяют спиральные сверла с цилиндриче-
ским хвостовиком диаметром до 30 мм и специальной лапкой на
заднем торце для передачи крутящего момента. Применение лапки
исключает проворот сверл и их поломку. Для дробления стружки
используют сверла со специальной подточкой.
Перспективно применение твердосплавных метчиков. При высо-
кой однородности материала эти метчики нарезают до 400 тыс.
резьб в чугунных деталях. Для лучшего удаления стружки из зоны
резания применяют метчики со спиральными канавками. Высокая
степень концентрации переходов обработки достигается использо-
ванием как сборных многолезвийных инструментов (например, рас-
точных скалок для ступенчатых отверстий), так и многолезвийных
инструментов с выдвигающимися режущими элементами. На
рис. 5.8, в показана конструкция расточной скалки с выдвижным
резцом для подрезки торца детали радиальной подачей. Сначала
растачивают отверстие резцом 1 с неперетачиваемой твердосплав-
ной пластинкой на заданную длину. Затем осевая подача скалки
прекращается и включается осевое перемещение штока 4, передаю-
щего движение на стержень 3. Последний, имея рифления, располо-
женные под углом 45°, перемещает ползун 2 с подрезным резцом
(на схеме не показан) в радиальном направлении.
Для осевого инструмента применяют удлинители с цилиндриче-
ским хвостовиком и лыской для закрепления, их в патроне. Эти
удлинители позволяют регулировать положение инструмента по
длине после его переточки. Конструкции удлинителей обеспечивают
настройку инструмента вне станка и быструю установку на шпин-
дель. В автоматизированном производстве - используют большое
количество щругих приспособлений для точной установки и надеж-
ного закрепления режущего инструмента. Конструкции этих при-
способлений нормализованы в ряде отраслей машиностроения.
Глава 6. Проектирование
технологических процессов
автоматической сборки
§ 6.1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
АВТОМАТИЗАЦИИ СБОРОЧНЫХ РАБОТ
Сборка — это заключительный и определяющий этап
производственного процесса. От нее зависит качество изделий
и их выпуск в заданные плановые сроки. В настоящее время тру-
доемкость сборочных работ в машиностроении составляет 254-
4-30% от общей трудоемкости изготовления изделий. ’Сборочные
работы занимают по трудоемкости второе место после механиче-
ской обработки. В индивидуальном и мелкосерийном- производ-
стве трудоемкость сборки нередко возрастает до 40% из-за боль-
шого объема пригоночных работ. В приборостроении, электро-
и радиотехнической промышленности трудоемкость сборки
составляет 404-50%. Относительная трудоемкость сборочных
работ за последнее время непрерывно возрастает, а численность
рабочих в сборочных цехах растет быстрее, чем в обрабатываю-
щих. Это обусловлено тем, что механизация и автоматизация
сборочного производства проводится недостаточно полно и эф-
фективно.
В сборочных цехах преобладает ручной труд. Сейчас механи-
зировано в среднем около 25% и автоматизировано около 5%
сборочных работ. Уровень автоматизации в сборочных цехах ни-
же уровня автоматизации в заготовительных и обрабатывающих.
На сборке тяжелых объектов велика текучесть рабочей силы, на
сборке сложных изделий — много квалифицированных высокооп-
лачиваемых рабочих. Это приводит к тому, что себестоимость
выполнения сборки нередко достигает себестоимости механиче-
ской обработки деталей изделия.
Автоматизация сборки обеспечивает повышение качества изде-
лий, так как влияние субъективного фактора частично или пол-
ностью устраняется; увеличение производительности труда
(иногда в десятки раз); уменьшение себестоимости сборочных
работ; высвобождение рабочих (обычно в несколько раз); облег-
чение и оздоровление условий труда; уменьшение производствен-
ных площадей (особенно при сборке малогабаритных изделий).
Автоматизация расширяет технологические возможности сборки.
На автоматах можно собирать такие изделия, сборка которых
вручную невозможна (сборка, например, в вакууме изделий
182
электронной промышленности; в условиях токсичной, взрывоопас-
ной среды или высокой температуры; миниатюрных изделий;
в очень быстром темпе). Автоматическая сборка снижает произ-
водственный травматизм рабочих. Несмотря на эти преимущест-
ва, автоматическую сборку внедряют медленно.
Препятствием на пути автоматизации сборочных работ явля-
ются технологическая неотработанность конструкций собираемых
изделий, недостаточная унификация и малая серийность выпуска
изделий, недостаток или отсутствие типового автоматического сбо-
рочного специализированного или переналаживаемого оборудова-
ния, недостаточно высокое качество деталей собираемых изделий,
необеспеченность технологов и конструкторов сборочного обору-
дования необходимыми нормативными расчетными и справочными
материалами, а также ограниченное количество хорошо проверен-
ных на производстве примеров решений.
Технологичность конструкции собираемых изделий имеет
важное значение для условий автоматизации. Требования по тех-
нологичности конструкции предъявляются как к отдельным дета-
лям; так и к изделию в целом. Конструкция изделия и его элемен-
тов должна быть удобной для выполнения всех элементов авто-
матической сборки.
Недостаточная серийность выпуска и необоснованно широкая
номенклатура отдельных изделий также создает трудности при
автоматизации сборочных работ. Проводимая в промышленности
нормализация и унификация изделий существенно увеличивает
выпуск и создает предпосылки для организации централизован-
ных производств с достаточно полной автоматизацией всех этапов
технологического процесса их изготовления. Это мероприятие по-
зволяет широко осуществлять конструктивную преемственность
при переходе к производству новой конструкции и сократить сро-
ки подготовки производства.
Технологический процесс автоматической сборки существенно
отличается от технологического процесса ручной и механизиро-
ванной сборки. Если при ручной сборке небольших изделий часто
требуются только простейшие инструменты, то при автоматиче-
ской сборке тех же изделий необходим сложный комплекс авто-
матически действующих устройств, надежно выполняющих все
переходы сборки. Так, для выполнения сборки изделия на авто-
матической сборочной установке нужно иметь: 1) бункерно-ори-
ентирующие устройства для деталей изделия, кассеты или мага-
зины, загружаемые более сложными по своей конфигурации
деталями в предварительно ориентированном виде. Детали изде-
лия засыпают в чаши соответствующих бункерно-ориентирующих
устройств, из которых они выходят в строго ориентированном
виде. Ориентация деталей может быть пассивной, активной и сме-
шанной. При пассивной ориентации детали, занимающие непра-
вильное положение, отсеиваются, при активной им придается
нужное положение специальными устройствами; 2) накопители,
соединяемые с бункерно-загрузочными устройствами открытыми
183
или закрытыми лотками (трубками). (Накопители — создают
запас деталей в ориентированном виде и выравнивают произво-
дительность бункерно-ориентирующих устройств.); 3) отсекате^
ли —устройства для поштучной выдачи деталей из накопителя на
сборочную позицию автомата. (Работа отсекателя строго согла-
суется во времени с работой автомата.); 4) питатели — устройства
для передачи детали из накопителя после освобождения ее отсе-
кателем на сборочную позицию автомата. (Питатели направляют
передаваемую деталь для точного соединения ее с сопрягаемой
деталью собираемого изделия. Для этой цели в системе питателя
используют -направляющие устройства и досылатели, принуди-
тельно заталкивающие присоединяемую деталь в заданное поло-
жение.); 5) устройства для скрепления соединяемых деталей пу-
тем запрессовки, развальцовки, склеивания, свинчивания и дру-
гими методами; 6) устройства, выполняющие специальные функ-
ции (обдувка, смазка и др.); 7) устройства, контролирующие
правильность выполняемых соединений (проверка взаимного по-
ложения и наличия деталей, размеров выдерживаемых при сбор-
ке, герметичности соединений); 8) механизмы для удаления
собранного изделия из автомата в тару или на транспортер (ло-
ток и др.) для передачи на следующий автомат без потери ориен-
тации. В первом случае изделие удаляют после открепления вы-
талкивателем, во втором — нередко посредством механической
РУКИ.
(/ложные базовые детали собираемого изделия устанавливают
в сборочное приспособление на сборочной позиции вручную или
механической рукой из магазина (с транспортера) с последую-
щим ее закреплением (если необходимо) и откреплением в конце
сборки.
Большое препятствие для автоматизации сборочных работ —
сложившаяся практика индивидуального конструирования и изго-
товления сборочного оборудования. Каждая сборочная машина
в большинстве случаев — это специальная машина. Из экономиче-
ских соображений все расходы на конструирование, изготовление
и отладку машины должны быть погашены за срок меньший, чем
намечаемая продолжительность выпуска продукции. В обычных
условиях эта продолжительность составляет пять лет; в условиях
технического прогресса она имеет тенденцию к сокращению; При-
мем время на конструирование, изготовление и отладку машины
один год, а на. ее последующую экономическую окупаемость три
года/ Тогда в самых благоприятных условиях машина только
один год может давать прибыль. Сборочное оборудование обычно
изготовляют силами заводов-потребителей, а не специализирован-
ными предприятиями. Это приводит к удлинению сроков и увели-
чению стоимости изготовления оборудования. Во многих случаях
сроки его окупаемости превышают допустимые, что сужает в дан-
ных условиях экономическую целесообразность автоматизации
сборки. Радикальный путь устранения этого недостатка — орга-
низация централизованного производства нормализованных типо-
184
'вых исполнительных устройств, из которых по принципу агрега-
тирования можно быстро компоновать необходимые автоматиче-
ские сборочные установки. При данной системе можно вторично
использовать типовые устройства для новых компоновок. В этих
условиях резко снижается себестоимость изготовления автомати-
ческого сборочного оборудования, а сроки окупаемости его сокра-
щаются. Перспективна разработка и использование переналажи-
ваемого многоцелевого сборочного оборудования. К нему следует
отнести сборочные роботы с ПУ, которые можно использовать,
в качестве индивидуальных установок или составных частей бо-.
лее сложных технологических комплексов при поточной сборке..
Автоматическая сборка обусловливает необходимость точного,
и качественного изготовления сопрягаемых деталей, ее выполни;
ют по принципу полной и (реже) частичной взаимозаменяемости.
Она исключает пригонку и подбор деталей, что допускается пр»
ручной сборке. Неточно изготовленные и некачественно очищен-
ные детали вызывают остановку сборочной машины. Если коли-
чество деталей в изделии велико, то машина может останавли-
ваться настолько часто, что это существенно снижает производи-
 тельность автоматической сборки. Некачественно изготовленные
детали — одна из основных причин (около 80%) отказов сбороч-.
ного оборудования. Отказы самого оборудования по причинам
его разрегулирования, износа и конструктивного несовершенства
более редки.	.	,
Пусть на сборочном автомате, состоящем из т исполнитель-,
ных и k контрольно-блокировочных устройств, собирается изделие-
из п деталей. Вероятности безотказной работы (надежность),
исполнительных устройств равны р\, р2, ..., рт, контрольно-блоки-
ровочных устройств р\, р'2, ..., p'k и качественного изготовления
деталей изделия р”, р"2, ...,.р"п. Если указанные ^величины —
вероятности независимых событий, то вероятность безотказно^
работы сборочного автомата,
P = {Pxp2---Pm}{P^.X--P^W'2---P'^Py,	(6.1)
где Ру — вероятность безотказной работы управляющего устрой-^
ства сборочного автомата.
При заданном темпе t работы сборочного автомата штучное-
время (время цикла) на выполнение операции сборки должно,
быть меньше темпа на величину потерь, вызываемых отказами
автомата:
= <— (1 — p)iy.o,	(6.2>
где /у.о —среднее время на устранение отказов.
Из (6.2) видно, что с уменьшением р и увеличением /у.о регла-.
ментируемая величина im снижается. Если нельзя сократить вре-.
мя /ш путем изменения операции сборки и технологии ее выпол-
нения, то для обеспечения заданного выпуска изделий приходится
18$,
дублировать сборочную операцию, выполняя ее параллельно на
двух (или большем количестве) автоматах.
Из анализа (6.1) следует, что для повышения р исполнитель-
ные и контрольно-блокировочные устройства сборочных автоматов
по своей конструкции и качеству исполнения должны быть высо-
ко надежными; Количество исполнительных устройств следует
уменьшать до возможного минимума. При конструировании, на-
пример, многопозиционных сборочных автоматов и полуавтоматов
карусельного типа число позиций, как показывает практика, не
рекомендуется брать больше 12. Качество деталей собираемых
изделий должно быть высоким. Для предупреждения возмож-
ности попадания некачественных деталей на сборку их целесо-
образно подвергать стопроцентному контролю. Изделия, собирае-
мые на автоматических машинах, не должны состоять из боль-
шого количества деталей. Более просто и надежно решается во-
прос автоматической сборки сравнительно несложных изделий.
Другой путь повышения величины р в выражении (6.1)—это
использование таких исполнительных устройств в сборочных авто-
матах, которые позволили бы осуществлять сборку при наличии
второстепенных отклонений сопрягаемых деталей и без вынуж-
денного ужесточения допусков на их размеры.
Стремление сократить время на устранение отказов [составля-
ющая /у.о в (6.2)] выдвигает ряд требований к конструкции сбо-
рочных автоматов. Прежде всего она должна быть такой, чтобы
можно было быстро нажи место и причину отказа (обзорность
и доступность для контроля мест вероятных отказов, наличие
сигнализирующих устройств) и устранить его (доступность для
регулировки или смены элементов устройства, возможность сме-
ны взаимозаменяемых блоков, наличие быстро отсоединяемых
коммуникаций и др.). Если отказы происходят из-за некачествен-
но изготовленных сопрягаемых деталей, то следует использовать
такие сборочные машины, в которых в случае брака машина не
останавливается, и недособранное бракованное изделие сбрасы-
вается в отдельную тару для последующей ручной сборки (если
допускается по техническим условиям). Кроме контрольно-блоки-
ровочных такие машины имеют запоминающие устройства (ЗУ);
в случае возникновения брака на одной из сборочных позиций
машины собираемое изделие проходит вхолостую через все после-
дующие позиции до его сброса в тару для брака.
Чтобы получить ЛГ годных изделий, нужно пропустить через
машину N+N' изделий, где N'=(l—p")(N + N')—вероятное ко-
личество недособранных (бракованных) изделий, р"—р\ р"2... р"п.
После преобразований получим
-р")/р" и N + N'^N/p".	(6.3)
По аналогии с (6.2) штучное время выполнения операции сборки
<u = f - (1 -РР'РуУу.0,	(6.4)
186
где t' = tp" — темп работы сборочного автомата; p = ptf>2    Рт",
p' = p\p'2...p'1t.
Окончательно имеем
С = tp" - (I - PP"lPy)ty.o.	(6.5)
Сопоставляя (6.2) и (6.4) при условии, что	можно
видеть, что Это означает, что для обеспечения заданного
выпуска изделий в установленный период времени цикл работы
сборочного автомата bq втором случае может быть более дли-
тельным. При равных циклах работы производительность этого
автомата будет более высокой.
Допустимая стоимость сборочной машины
S = (cL + F — z)i,	(6.6)
где с — число заменяемых машиной рабочих сборщиков; L — го-
довая зарплата одного сборщика; F — годовая экономия от умень-
шения производственной площади при использовании машины;
z — дополнительные издержки на электроэнергию, сжатый воз-
дух, обслуживание и ремонт машины; i — число лет использова-
ния сборочной машины.
Проектированию автоматической сборки изделий предшеству-
ет выявление ее технико-экономической целесообразности, если
она не диктуется только необходимостью облегчения и оздоров-
ления труда сборщиков. Вначале собирают конструктивные и тех-
нологические сведения об изделии и данные об экономике его
производства; выясняют перспективный объем выпуска изделий
и предполагаемую продолжительность их производства до пере-
хода на новую продукцию. Отличные условия для автоматической
сборки представляются при большой программе выпуска трудо-
емких изделий и высокой технологичности их конструкции, весь-
ма плохие — при незначительной программе выпуска, малой тру-
доемкости и недостаточной технологичности конструкции изделий.
В основу проектируемой автоматической сборки должна быть
положена хорошо отработанная и проверенная технология. Недо-
пустимо простое копирование ручной сборйи. Вместе с тем при-
нятый вариант должен быть по своим технико-экономическим
показателям лучше существующего и возможного технологиче-
ского процесса ручной сборки.
Во многих случаях целесообразна частичная автоматизация
сборки. Полная автоматизация более целесообразна на узловой
сборке. На общей сборке изделий обычно применяют частичную
автоматизацию, осуществляя на остальных участках механизиро-
ванную сборку. Вопрос о степени автоматизации сборки решается
на основе анализа собранного исходного материала и технико-
экономических обоснований.
В условиях автоматизации выбор технологического варианта
должен базироваться на точных расчетах. Весьма нежелательны
187
последующие изменения принятых и осуществленных решений,
так как это увеличивает сроки подготовки и издержки производ-
ства. В этих условиях особую значимость приобретают научные
основы автоматизации сборочных процессов. Их разработка тес-
но связана с глубоким и всесторонним изучением физической
сущности сборочных процессов в целях выявления основных зако-
номерностей их протекания и эффективного управления ими. Они
должны содержать рекомендации для_ построения технологиче-
ских процессов автоматической сборки с подробным изложением
таких вопросов, как установление содержания и последователь-
ности выполнения сборочных и вспомогательных операций, выбор
методов и на'ивыгоднейшей степени автоматизации сборки, выяв-
ление целесообразной степени концентрации, технологических
переходов, обеспечение заданной точности и производительности,
ориентация и базирование деталей на сборочных позициях, выбор
типа и основных размеров оборудования и оснастки, установле-
ние режима работы сборочного оборудования, а также технологи-
ческое обеспечение надежной собираемости элементов изделия
и стабильного протекания технологического процесса сборки.
Научные основы должны содержать расчетные и справочные
данные в виде математических зависимостей, таблиц, графиков
и конкретных рекомендаций для решения перечисленных вопро-
сов. Имея математические и логические связи этапов решаемой
задачи, можно эффективно использовать электронно-вычислитель-
ные машины (ЭВМ) для проектирования технологических про-
цессов автоматической сборки. ЭВМ позволяет значительно уско-
рить и оптимизировать технологические разработки. Проектиро-
ванию технологии на.ЭВМ предшествует четкая и ясная поста-
новка задачи с представлением математической' модели процесса
в виде аналитических и экспериментальных зависимостей. Проек-
тирование технологии сборки на ЭВМ возможно лишь на базе
хорошо разработанных научных основ построения сборочных
процессов.
Внедрению типовых и групповых процессов автоматической
сборки должна предшествовать большая и трудоемкая работа по
нормализации и унификации объектов производства. Эту работу
проводят на базе , классификации технологических процессов
и сборочных элементов применительно к различным отраслям
промышленности.
На базе научных основ автоматизации сборочных процессов
решают важную задачу по разработке технологических основ
проектирования сборочного автоматического оборудовация. В ос-
нову проектирования средств автоматизации должна быть поло-
жена типизация технологических процессов сборки и создание
типовых исполнительных устройств определенного целевого на-
значения. Задача создания технологических основ проектирования
сборочного автоматического оборудования включает в себя раз-
работку общей методики и решения ряда частных специфических
вопросов: обеспечение заданной точности и производительности
188
оборудования; вопросы кинематики и динамики; выбор общей
компоновки, структуры системы управления и блокировки авто-
матов; вопросы нормализации, подготовка расчетных и справоч-
ных материалов.
' Научная работа по автоматизации сборки должна вестись не
только по исследованию существующих процессов, но и в направ-
лении поиска новых прогрессивных решений в области техноло-
гии и средств автоматизации.
§ 6.2. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЙ
ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СБОРКЕ
При анализе вопросов технологичности конструкций целесо-
образно выделять вопросы технологичности деталей и изделия
в целом, а также вопросы технологичности выполнения соедине-
ний элементов изделия [16, 17]. Рассмотрим вначале общие тре-
бования, предъявляемые к деталям изделия.
1.	При автоматической сборке деталям изделия целесообразно
придавать простые и симметричные формы. Это упрощает ориен-
тацию деталей при выдаче их из бункерно-ориентирующих уст-
ройств на рабочую позицию автомата.
Рис. 6.1
На рис. 6.1 показаны примеры нежелательного (изображены
сверху) и предпочтительного (показаны снизу) оформления дета-
лей с точки зрения упрощения задачи автоматической ориен-
тации.
Главные факторы, определяющие сложность процесса автома-
тического ориентирования деталей в наиболее часто применяемых
теперь вибрационных устройствах,— количество осей и плоско-
стей симметрии, которые имеет деталь и соотношейие ее габарит-
ных размеров.
Детали, подлежащие ориентации, можно разбить на три
основные группы: к первой относятся детали, имеющие ось вра-
щения; ко второй — детали, имеющие плоскости симметрии (эти
детали ограничиваются плоскими и криволинейными поверхно-
стями); к третьей — детали, не имеющие плоскости симметрии.
Детали первой группы могут иметь и не иметь плоскости симмет-
рии, перпендикулярной их оси вращения. В первом случае задача
автоматической ориентации значительно упрощается.
Детали второй группы можно разбить на три класса. Детали
первого класса имеют три плоскости симметрии (/, 2, 3 на
189
рис. 6.2,а), второго класса — две плоскости симметрии (1, 2 на
рис. 6.2,6), третьего класса — одну плоскость симметрии (/ на
рис. 6.2,в).
Детали третьей группы показаны на рис. 6.2, а. С возраста-
нием порядкового номера класса увеличивается количество воз-
можных (различимых) положений детали на лотке ориентирую-
щего устройства (обычно вибробункера), а следовательно, услож-
няется и процесс ее ориентации.
Рис. 6.2
Деталям целесообразно придавать простые и симметричные
формы, увеличивая, по возможности количество плоскостей сим-
метрии. При этом упрощают схемы пассивной и активной ориен-
тации деталей в вибрационных бункерных устройствах. Если
используют устройства пассивной ориентации, то при более про-
стых деталях уменьшается количество сбросов неправильно ори-
ентированных деталей в чашу бункера. Расчетную производи-
тельность бункера при этом можно несколько снизить. Е'сли
используются устройства активной ориентации, то при более про-
стых деталях уменьшается количество этапов ориентации и число
устройств; изменяющих положение' детали на лотке, и соответ-
ственно повышается надежность работы ориентирующего устрой-
ства.
Задача автоматической ориентации часто затрудняется или
становится практически невозможной в тех случаях, когда несим-
метричность детали выражается слабо различимыми внешними
признаками (отверстия малого диаметра; наличие участков или
галтелей с различными, но близкими по величине радиусами за-
кругления; валики симметричной конфигурации, но с различными
допусками на диаметральные размеры или с различной шерохо-
ватостью поверхности).
Для упрощения ориентации таких деталей их конструкцию
изменяют, предусматривая уступы, срезы, дополнительные отвер-
стия и другие элементы, идя при этом на некоторое увеличение
трудоемкости механической обработки. Примером такого решения
может служить стопорный винт (рис. 6.3, а), у которого шлиц
выполнен на обоих торцах. На рис. 6.3,6 показана квадратная
пдастина с двумя небольшими отверстиями. Для упрощения зада-
чи ориентации один угол пластины срезан; в этом случае при
движении детали по Лотку она, доходя до порожков 1, поворачи-
190
вается на 90° (активная ориентация), пока не будет достигнуто
нужное положение. Для данной детали должно быть не менее
трех порожков на лотке.
На рис. 6.3, в показан пример замены галтели конической
фаской у детали типа шайбы. В этом случае обеспечивается на-
дежная пассивная ориентация детали путем сброса ее в чашу
вибробункера через порог 1 при неправильном положении (фа-
ской вниз) на лотке. Предусматривая срез 1 в диске (рис. 6.3, г)
Рис. 6.3
и дополнительное отверстие 2 (для симметрии), можно значи-
тельно упростить задачу автоматической ориентации. Создавая
выточку 1 на торце пальца с разными посадками (рис. 6.3, д),
можно обеспечить надежную ориентацию его на лотке с вырезом.
2.	Конструкция деталей должна быть такой, чтобы при выда-
че их из бункерно-ориентирующих устройств они взаимно не
сцеплялись в виде двух или многозвенных цепочек, образование
которых приводит к прекращению выдачи деталей из бункеров
и остановке автоматических сборочных устройств. При наличии
приспособления, сбрасывающего сцепленные детали обратно
в чашу бункера, указанный недостаток не устраняется. Сцеплен-
ные детали не разъеди-
няются; напротив из
них могут образоваться
более сложные соедине-
ния, затрудняющие вы-
дачу деталей из бунке-
ра. На рис. 6.4 показаны
примеры деталей, из
которых могут ОбраЗО;
вываться двух- или мно-
гозвеньевые цепочки
Рис. 6.4
(соединения) или даже трудно разъединяемые клубки деталей.
Там же указаны размерные соотношения, при которых возможно
сцепление деталей.
Большие затруднения создаются при выдаче из бункеров спи-
ральных пружин, разрезных колец и пружинных шайб с боль-
шим зазором в замке. Если торцовые витки пружин не поджаты,
то при диаметре проволоки, меньшем промежутка между витка-
ми, возможно сцепление пружины в самых различных направле-
191
ниях (вдоль, поперек, вкрсь). Сцепленные пружины — трудно раз-
бираемые соединения. Это обстоятельство вынуждает при авто-
матической сборке пружины устанавливать вручную или встраи-<
вать в сборочную линию агрегаты, изготовляющие эти детали
(установки- для навивки пружин, прессы для штамповки разрез-
ных шайб) и передающие их в ориентированном положении на
сборочную позицию.
3.	Детали, сопрягающиеся с зазором или натягом, целесооб-
разно выполнять с фасками или направляющими элементами (за-
точками). Наличие фасок обеспечивает лучшее направление
сопрягаемых поверхностей на сборочной позиции автомата. В этом
случае точность взаимного положения соединяемых деталей в ис-
ходном положении перед началом сопряжения, а также требова-
’ния к точности изготовления сборочного автомата и установочно-
го приспособления в целом могут быть снижены. Фаски нужно’
предусматривать на охватываемой и охватывающей поверхностях.
Фаски уменьшают поверхность сопряжения деталей, поэтому их
длину следует брать небольшой. При номинальном диаметре со-
пряжения до 18 мм длину фаски можно брать не больше 2 мм;
при номинальном диаметре сопряжения до 30 мм длина фаски
может быть не более 3 мм, а при номинальном диаметре сопря-
жения до ВО мм — не более 4 мм. Угол фаски рекомендуется брать
равным 45°. Фаски на сопрягаемых поверхностях способствуют
самоустанавливанию (самоцентрированию) соединяемых деталей
в начале процесса сборки. Хорошее направление сопрягаемым де-
талям обеспечивают цилиндрические и конические заточки на'
стержнях и выточки в отверстиях. Овальные заточки стержней
хорошо центрируют, но сложны в изготовлении. Различные при-
меры центрирования сопрягаемых деталей показаны на рис. 6.5.
Рис. 6.5
Особенно полезны фаски при сборке сопряжений в углублениях.
Для лучшего сопряжения соединяемых деталей их острые углы
следует закруглять. При соединении деталей с гарантированным
натягом фаски или галтели способствуют более качественному
сопряжению. Без фасок более часты случаи задиров сопрягаемых
поверхностей в процессе запрессовки деталей.
4.	Базовые детали изделий при автоматической сборке долж-
ны просто и надежно устанавливаться и закрепляться на (рабо-
чих позициях автоматов и автоматических линий. Их базовые
поверхности следует выбирать так, чтобы по возможности соблю-
дались принципы совмещения и постоянства баз. Первый прин-
192
цип обеспечивает большую точность сборки. Второй позволяет
осуществлять сборку на всех позициях автоматической линии без
изменения положения базовой детали или при одном закреплении
в однотипных приспособлениях-спутниках. В качестве базовых
элементов желательно выбирать достаточно протяженные поверх-
ности, обеспечивающие собираемому узлу хорошую устойчивость
при воздействии сил, возникающих в процессе сборки. Эти по-
верхности должны быть достаточно точными и хорошо обрабо-
танными. Удобный базовый элемент у деталей корпусного типа —
плоскость в сочетании с двумя отверстиями, оси которых перпен-
дикулярны этой плоскости. Данная схема базирования хороша
при передаче средних и тяжелых собираемых объектов с одной
позиции автоматической линии на другую, когда объект переме-
щается простым движением шагового транспортирующего устрой-
ства по прямолинейным направляющим, расположенным на одном
уровне. Базовая деталь 1 точно фиксируется двумя выдвижными
вертикальными пальцами 2, входящими в точно обработанные (по
2-му классу) отверстия. Схема базирования и закрепления дета-
ли показана на рис. 6.6, а.
В отличие от базирования при обработке заготовок вхожде-
ние пальцев в базовые отверстия часто осуществляют с несколько
большим зазором. Это облегчает вхождение пальцев в отверстия
деталей и обеспечивает в процессе сборки некоторую возмож-
ность самоустанавливатыся. Детали не закрепляются в том слу-
чае, когда силы, возникающие при сборке, прижимают ее вниз.
Данная схема базирования удобна и при установке базовых
деталей малого веса в приспособления-опутники, а также в при-
способления поворотных столов. Пальцы в этих случаях непо-
движны, и детали надеваются на них. Если базовая деталь изде-
лия имеет форму тела вращения (чашка, крышка, фланец и др.),
то на сборочных автоматах она непосредственно закладывается
в гнезда поворотного стола с угловой фиксацией (если нужно)
или без нее (рис. 6.6,6). Опорной плоскостью детали 1 служит
донышко или фланец, а центрирующим элементом ее —наружная
поверхность или цилиндрический поясок. Эта схема базирования
удобна также для выбрасывания собранного изделия с послед-
ней позиции сборочного автомата посредством специального
экстрактора 2, воздействующего на донышко базовой детали.
Базовые детали собираемого изделия в виде полых цилиндров
удобно устанавливать наружной цилиндрической поверхностью
в призматические элементы при подаче в их внутренние полости
сопрягаемых деталей. Пример подобной схемы базирования пока-
зан на рис. 6.6, в. Базовая деталь 1 после установки в приспособ-
ление закрепляется силой Q.
Многие базовые детали изделий, собираемых из штампован-
ных шайб, чашек и других круглых деталей, часто устанавливают
на сборочной позиции автомата базовым центральным отверстием
на центрирующий палец 1 с гарантированным зазором
(рис. 6.6, г).
13 1273
193
Значительно реже встречаются схемы установки базовых де-
талей по трем взаимно перпендикулярным плоскостям по правилу
шести точек (рис. 6.6, д). Эта схема базирования менее удобна
при передаче собираемого изделия с одной позиции автоматиче-
ской линии на другую, так как здесь движения транспортировки
усложняются и необходима более сложная система закрепления
детали (зажимные устройства должны прижимать деталь ко всем
Рис. 6.6
шести опорам приспособления). Возможны и другие, более ред-
кие схемы базирования, с которыми мы встречаемся при установ-
ке заготовок в станочные приспособления. При выборе схемы
установки базовой детали собираемого изделия целесообразно
совмещать конструкторские, технологические и измерительные
базы. В этом случае- отсутствуют погрешности базирования, а со-
194
ответствующая размерная цепь получается более короткой, т. е.
она состоит из наименьшего количества звеньев. При соблюдении
принципа кратчайших путей можно обеспечить большую точность
выполнения замыкающего звена данной размерной цепи.
5.	При корректировке конструкции изделий следует стремить-
ся в максимальной степени к использованию унифицированных
стандартных и нормализованных деталей, а также к унификации
элементов оригинальных деталей. Это дает значительное сниже-
ние трудоемкости процессов производства и сокращает номенкла-
туру технологической оснастки, необходимой для изготовления
деталей. Применительно к условиям автоматической сборки это
мероприятие позволяет в большей мере использовать однотипные
исполнительные и вспомогательные устройства автоматов, что
весьма положительно влияет на их упрощение конструкции, со-
кращение сроков и себестоимости изготовления. Сокращение но-
менклатуры деталей изделий создает выгодные предпосылки для
разработки типовых исполнительных нормализованных узлов, из
которых по принципу агрегатирования можно компоновать раз-
личные типы'сборочных автоматов.
При изменении объекта производства из этих нормализован-
ных узлов могут быть после их ремонта (если нужно) собраны
новые компоновки.
6.	Для предупреждения заедания и торможения деталей в лот-
ках их поверхность должна быть достаточно гладкой, на ней не
должно быть заусенцев, которые могут препятствовать движению
деталей в лотках и направляющих устройствах, создавать затруд-
нения при выполнении сопряжений и искажать взаимное поло-
жение соединяемых деталей в изделии.
К деталям, поступающим на автоматическую сборку, часто
предъявляют более высокие требования по точности изготовле-
ния. Это обусловлено не только необходимостью получения задан-
ного качества сопряжений в условиях автоматизации, но и усло-
виями обеспечения стабильной работы всего комплекса устройств
автоматического сборочного оборудования. Так, выпуклость
и большое колебание шайб по толщине вызывает заедание их
в подающих устройствах. Широкий допуск на длину заклепок вы-
зывает снижение качества заклепочного соединения при автома-
тической сборке.
Перед загрузкой деталей в бункерные устройства или в мага-
зинные питатели их тщательно очищают от возможных загрязне-
ний. Детали тонкие и малых размеров должны быть сухими,
в противном случае они могут прилипать к направляющим по-
верхностям лотков, что приводит к остановке системы питания
автомата. Если детали выполнены из неметаллических материа-
лов (текстолита, целлулоида, фибры и др.), то при известных
обстоятельствах могут возникнуть электростатические силы, тор-
мозящие движение в лотках.
Рассмотрим теперь общие требования, предъявляемые к изде-
лиям с точки зрения автоматизации их сборки.
13*
195
1.	Конструкция изделий должна быть оформлена так, чтобы
при сборке детали подавались по простым прямолинейным траек-
ториям, так как при этом упрощается конструкция исполнитель-
ных механизмов автомата. Удобны такие конструкции, при сборке
которых монтируемые детали последовательно поступают в одном
и том же направлении на базовую деталь. На рис. 6.7 в качестве
примера показана схема подачи деталей при сборке рулевой тяги
для автомобиля «Москвич-408».
Изделие имеет оси сборки, вдоль
которых последовательно подают-
ся детали.
.Во многих случаях подача де-
талей по вертикали предпочти-
тельнее, чем подача по горизонта-
ли или по наклонной линии, так
как при этом процессу сборки спо-
собствуют силы тяжести.
Весьма неудобны для автома-
тической сборки такие конструк-
ции изделий, подачу деталей в ко-
торые приходится производить по
сложным криволинейным траек-
ториям или по траекториям, пред-
ставляющим собой ломаные линии.
Так, например, при автоматизации
сборки колес мотоцикла или вело-
сипеда возникают значительные трудности из-за сложной траек-
тории движения спиц с отогнутой головкой при их вставке в от-
верстия ступицы и обода колеса. В данном случае возможна
только последовательная вставка спиц, что малопроизводительно
и не дает особых преимуществ по сравнению с ручной сборкой.
Конструкция изделий при автоматической сборке должна
быть оформлена так, чтобы поставленные ранее элементы не ме-
шали постановке последующих. При наличии нескольких одина-
ковых деталей желательно предусмотреть одновременную (па-
раллельную) их установку на базовую деталь собираемого изде-
лия. Во всех случаях целесообразно сокращать номенклатуру
деталей изделий, шире использовать стандартные детали, а таю
же уменьшать, где возможно, количество крепежных деталей
в целях облегчения условий автоматической сборки.
2.	Конструкция изделия должна быть удобной для подвода
и отвода сборочных инструментов. Подводить и отводить сбороч-
ные инструменты (обжимок, развальцовок, винтозавертывающих
устройств и пр.) наиболее выгодно по прямолинейным траектори-
ям; конфигурация изделия и его общая компоновка поэтому долж-
ны быть такими, чтобы обеспечивался свободный доступ инстру-
ментов к местам выполнения соединений. Важно также
предусматривать возможность использования многоинструмент-
ных блоков и головок (многошпиндельных гайковертов и винто-
196
вертов, многошпиндельных развальцовочных и клепальных голо-
вок и других устройств). Местоположение сборочного соединения
должно быть доступным для размещения наиболее производи-
тельных сборочных инструментов, а размеры рабочего простран-
ства— достаточно большими для их свободной работы.
На рис. 6.8, а показан пример оформления конструкции,
неудобной для подвода сборочного инструмента и выполнения
соединения при автоматической сборке. Верхняя полка корпусной
детали собираемого изделия мешает подводу торцового ключа
механизированного гайковерта сверху. Данное соединение может
быть выполнено обычным, накидным, трещеточным или торцовым
ключом с шарнирным сочленением. На рис. 6.8, б конструкция
соединения оформлена также неудачно: затяжку гайки можно
произвести только ручным гаечным ключом. В конструкции, пока-
занной на рис. 6.8, в обеспечивается свободная постановка и за-
тяжка гайки при помощи автоматических-устройств с использо-
ванием торцового ключа. Для размещения последнего предусмот-
рен достаточный зазор с между шестигранной головкой винта
и стенкой корпусной детали.
При очень тесном труднодоступном расположении крепежных
деталей (рис. 69,а) затруднено использование многоинструмент-
ных головок. В этом случае соединение приходится выполнять за
два или несколько приемов, что требует увеличения количества
сборочных позиций автомата. На рис. 6.9, бив показан пример
расчленения сборки теснорасположенных креплений, данный на
рис. 6.9, а, на две операции с соответствующим расположением
собираемого объекта на двух смежных позициях.
По степени удобства выполнения автоматической сборки все
виды креплений соединяемых деталей можно разбить на пять
групп. К первой группе можно отнести непосредственное скрепле-
ние соединяемых деталей без отдельной крепежной детали
(рис. 6.10, а). Для выполнения соединений необходимо поступа-
тельное движение (запрессовка, клепка, точечная сварка) или
поступательное движение с последующим поворотом скручивае-
мого элемента. Ко второй группе относятся соединения, осуществ-
ляемые поступательным движением, но с постановкой одной кре-
пежной детали (рис. 6.10,6), К третьей группе относятся соеди-
нения винтами (рис. 6.10, в); для их осуществления необходимо
вращательное и поступательное движение крепежной детали.
Четвертая группа соединений имеет не менее двух крепежных
деталей, постановка которых осуществляется простыми поступа-
тельными движениями (рис. 6.10, а). К пятой, самой сложной
группе относятся соединения, осуществляемые несколькими кре-
пежными деталями (рис. 6.10, д); для постановки этих деталей
необходимо выполнить несколько простых и сложных движений
и использовать несколько исполнительных механизмов сборочного
автомата.
3.	Конструкцию изделия в целом желательно оформлять так,
чтобы рборку можно было производить без изменения положения
197
Рис. 6.9
Рис. 6.10
198
(поворота) базовой детали. Наиболее благоприятный вариант мы
имеем в том случае, когда элементы изделия и сборочный инстру-
мент подводятся с одной стороны (предпочтительно сверху).
Менее удобна подача собираемых элементов и подвод инструмен-
тов с разных сторон, так как это увеличивает габариты рабочего
пространства сборочных позиций автомата, усложняет его компо-
новочные схемы и вызывает необходимость увеличивать расстоя-
ние между сборочными позициями. Последнее обстоятельство
приводит к большим диаметрам столов автоматов карусельного
типа и длине автоматических сборочных линий. Еще менее удоб-
на та конструкция изделия, при которой сборку производят с из-
менением положения базовой детали. В условиях автоматизации
каждая переориентация' объекта сборки усложняет транспортные
и вспомогательные устройства и общую компоновку средств авто-
матизации, изменяет схему базирования. При сборке на автома-
тах карусельного типа, необходимость переориентации базовой
детали изделия приводит к использованию более сложных пово-
ротных или кантуемых приспособлений. При сборке на автома-
тических линиях необходимость каждого изменения положения
базовой детали -заставляет применять кантователи. Это услож-
няет автоматическую линию, увеличивает ее длину.
Если габариты изделия достаточно велики, и его конструктив-
ные особенности позволяют вести сборку с одновременной пода-
чей всех деталей, то выполнение настоящего требования, т. е. тре-
бования осуществлять сборку без изменения положения базовой
детали, позволяет применить однопозиционнйш сборочный авто-
мат вместо более сложного и дорогого в исполнении многопози-
ционного. Если все детали изделия нельзя подать одновременно,
а лишь частями, то выполнение указанного требования позволяет
применить автомат с меньшим количеством позиций.
4.	Изделия, предназначенные для автоматической сборки, при
большом количестве входящих в них деталей должны расчленять-
ся на предварительно собираемые элементы. Это позволяет выде-
лить и более легко автоматизировать узловую сборку, объекты
которой после контроля - и проверки подают на общую сборку.
Средства автоматизации в этом случае получаются сравнительно
простыми. Если изделие не расчленяется на предварительно со-
бранные и проверенные элементы, то при большом количестве
входящих в него деталей автоматическая линия получается слож-
ной, многопозиционной и, как следствие этого, малонадежной
в работе. Сборочные автоматы и линии с числом позиций более
20 обычно не находят применения на практике по указанным
соображениям. Следовательно, подетальная сборка сложных
изделий, в конструкцию которых не заложен принцип узловой
сборки, малопригодна для условий автоматизированного произ-
водства.
Общая автоматическая сборка изделий, однако, нередко
усложняется в. связи с затруднениями по выдаче, ориентирова-
нию, захвату и переносу объектов сборки на место их присое^и-
199
нения к базовой детали изделия. В большинстве случаев их
нельзя выдавать из бункерных ориентирующих устройств. Их
приходится ставить вручную в строго ориентированном положе-
нии на лотки, в магазины, гнезда и приспособления поворотных
устройств и круглых столов. В связи с этим может возникнуть
вопрос о некотором отходе от принципа узловой сборки в тех или
иных случаях, если это дает возможность высвободить ручной
труд и более полно осуществить автоматизацию сборочных
работ.
В настоящее время наиболее распространена полуавтомати-
ческая и автоматическая узловая сборка. Ее применяют в авто-
мобилестроении, электротехнической промышленности, приборо-
строении, радиотехнической промышленности и в других отрас-
лях, где изделия выпускают в больших количествах. Общую
автоматическую сборку сложных изделий применяют значительно
реже. Такие изделия чаще собирают на полуавтоматических ли-
ниях с использованием на отдельных позициях ручного труда.
Одно из существенных требований, предъявляемых к элемен
там, поступающим на общую автоматическую сборку, заключается
в том, чтобы не возникала необходимость даже частичной и не-
большой по объему разборки перед их постановкой на базовую
деталь изделия. Такая разборка весьма усложняет автоматиза-
цию общей сборки изделия и во многих случаях ставит ее целе-
сообразность под сомнение. ' Например, шатун автомобильного
двигателя подается на общую сборку в собранном виде, так как
сборка шатуна с крышкой обусловлена технологией предшеству-
ющей механической обработки. Перед соединением шатуна с ко-
ленчатым валом крышку приходится снимать и затем вторично
собирать с шатуном.
С другой стороны, эффективность автоматизации общей сбор-
ки возрастает в том случае, когда изделие комплектуют без
частичной разборки его частей и с минимальным количеством
крепежных и соединительных деталей.
Наиболее простые решения при автоматизации сборочных
работ мы имеем, если сборку выполняют по принципу полной
взаимозаменяемости. Этот принцип легче выдержать при корот-
ких, малозвенных размерных цепях. Принцип коротких размер-
ных цепей важен как при узловой, так и при общей сборке изде-
лий. Сначала анализируют размерные цепи изделия в целом. На
основе этого анализа выявляются требования к точности замы-
кающих звеньев частей. После этого анализируют размерные
цепи частей изделия; цель этого анализа — установить воз-
можность сборки изделия по методу полной взаимозаменяемости
без ужесточения допусков на размеры деталей. Другие методы
сборки в условиях автоматизации принципиально возможны,
но осуществление их связано с большими техническими труд-
ностями.
Рассмотрим особенности применения различных методов сбор-
ки в условиях ее автоматизации.
200
В большинстве случаев автоматическую сборку ведут по мето-
ду полной взаимозаменяемости. При установленных допусках
на размеры сопряженных деталей обеспечивается выполнение
технических условий сборки на все собираемые изделия. Этот
метод позволяет получить относительно простые конструкции
автоматических устройств. Для обеспечения их бесперебойной
работы часто идут на стопроцентный контроль деталей, который
осуществляют вручную или при помощи контрольных автоматов.
Применение выборочного контроля деталей не гарантирует беспе-
ребойную работу сборочного оборудования. Эта система контроля
может быть, однако, принята, если вероятное время простоев
автоматической линии будет небольшим.
Сборка по методу групповой взаимозаменяемости с предвари-
тельной сортировкой деталей на размерные группы (селективная
сборка) встречается в автоматизированном производстве значи-
тельно реже. Ее применяют при повышенных требованиях к точ-
ности замыкающих звеньев размерных цепей, а также при узких
допусках на зазоры или натяги выполняемых сопряжений. Сбо-
рочные машины в этом случае получаются более сложными, так
как для каждой размерной группы деталей необходимы отдель-
ные бункеры или магазины. Схема работы автоматических сбо-
рочных машин и система их управления также усложняются.
Обслуживающий персонал должен быть более квалифициро-
ванным.
Сборку по методу подбора применяют при автоматическом
производстве подшипников качения. Наружные и внутренние
кольца подшипника поступают из отдельных бункеров, куда их
загружают без предварительной сортировки. На одной из пози-
ций автоматической линии у них измеряются диаметры беговых
дорожек. По результатам измерения выдается необходимое коли-
чество тел качения соответствующей размерной группы. Комплек-
товочное устройство должно иметь несколько бункеров для тел
качения, которые загружают туда после сортировки на установ-
ленные размерные группы.
Принципиально возможна также сборка по методу регулиро-
вания с использованием жестких или подвижных (регулируемых)
компенсаторов. Ее применение целесообразно при наличии слож-
ных многозвенных размерных цепей. Сборочная машина несколь-
ко усложняется за счет устройства для проверки выдерживаемого
размера замыкающего звена размерной цепи и устройства для
соответствующей установки регулируемого (пли жесткого) ком-
пенсатора.
Сборка с выполнением пригонок на сборочной машине нецеле-
сообразна. Пригоночные работы на автоматизированной сборке
нарушают темп работы, усложняют исполнительные устройства
и должны исключаться. Если по характеру работы соединения
сопрягаемые детали должны быть притерты, то пригонку следует
делать отдельно, вне автоматической линии. На сборку детали
должны подаваться в спаренном виде.
201
В последнее время имеются попытки по-иному решить вопрос
об индивидуальной пригонке деталей при автоматической сборке
в целях обеспечения сопряжений желаемой точности. Так, напри-
мер, на линии обработки блока цилиндров автомобильного дви-
гателя фирмы «Понтиак» (США) производится измерение фак-
тических диаметров цилиндров; результаты измерений передают-
ся по телетайпу на линию обработки поршней. Таким образом,
для данного блока и данного цилиндра индивидуально подгоня-
ется поршень. Этим устраняется последующий подбор поршней,
чем существенно облегчается' автоматизация сборки двигателя.
Указанное, мероприятие позволяет в принципе расширить допуски
на размеры сопряженных поверхностей, не изменяя характера их
посадки.
5.	Улучшение условий автоматической сборки может быть
достигнуто переходом к моноблочным конструкциям, т. е. к та-
ким конструкциям, в которых отдельные детали объединены в од-
ну и при том не обязательно в более сложную деталь. Анализ
конструкции изделия и условий его эксплуатации часто выявляет
возможность такого объединения или исключения отдельных
деталей. Это уменьшает объем механической обработки, узловой
и общей сборки, например при объединении нескольких деталей
в одну устраняется необходимость обработки поверхностей сопря-
жения этих деталей. Объем сборочных работ сокращается от
уменьшения числа деталей изделия. -
С уменьшением количества деталей в изделии упрощается
конструкция сборочного автомата. Он будет иметь меньшее коли-
чество рабочих позиций и исполнительных устройств, схемы его
работы и управления будут более простыми. Сокращаются сроки
изготовления и стоимость средств автоматизации сборки,-
Современные методы технологии получения заготовок позво-
ляют приблизить конфигурацию заготовок к конфигурации гото-
вой детали, а это в свою очередь облегчает объединение несколь-
ких деталей в одну, более сложную. Такому объединению благо-
приятствуют современные тенденции в массовом производстве по
созданию конструкций, разборка которых в процессе эксплуата-
ции или для целей ремонта не предусматривается. Развитие этих
тенденций стало возможным в результате значительного сниже-
ния себестоимости изготовления изделий в массовом и автомати-
зированном производствах. Поэтому при ремонте машин эконо-
мичнее не ремонтировать подобные конструкции, а заменять их
новыми. С развитием автоматизированного производства номен-
клатура не подлежащих ремонту изделий будет все более возра-
стать (изделия электротехнической и радиотехнической промыш-
ленности, отдельные узлы автомобилей, сельхозмашин, подшип-
ники качения, изделия бытового назначения и др.).
Созданию моноблочных конструкций способствует использова-
ние современных материалов — легких сплавов, пластических
масс, металлокерамики, а также применение прогрессивных ме-
тодов получения заготовок (литье в постоянные формы, литье
202
под давлением, литье по выплавляемым моделям, литье в обо-
лочковые формы, штамповка жидкого металла, объемная и ли-
стовая штамповка, прессование пластмасс, высадка, периодиче-
ская вальцовка и др.).
Весьма перспективны комбинированные методы получения
заготовок. На их основе можно, в частности, получать: штампо-
сварные конструкции, отличающиеся сложностью форм и малым
весом; литые заготовки с залитыми штампованными или механи-
ческими обработанными деталями; заготовки из пластмасс с ме-
таллическими вставками (втулки, гнезда, резьбовые шпильки
и др.). Применение комбинированных методов получения загото-
вок облегчает объединение нескольких простых деталей в одну
более сложную, процесс
получения которых в из-
вестном смысле представ-
ляет собой процесс сборки,
осуществляемый при высо-
кой степени механизации
п автоматизации.
Рассмотрим несколько
примеров изменения кон-
струкции различных изде-
лий в направлении упро-
щения сборки и конструк-
тивного объединения их от-
дельных деталей.
На рис. 6.11, а сверху
показана сборная кон-
струкция клапана, состоя-
щая из двух деталей, изго-
товленных различными ме-
тодами: пластина — штам-
Рис. 6.11
повкой, штуцер — точением. Технологический процесс сборки
клапана включает в себя установку пластины 2 на штуцер 3,
пластическое деформирование конца штуцера для закрепле-
ния пластины и пропайку места 1 соединения. Автоматиза-
ция процесса сборки этого соединения требует 'применения
сложного устройства. Объединение указанных деталей в одну
(рис. 6.11,а снизу), получаемую жидкой штамповкой, позволило
уменьшить количество операций сборки изделия при высокой сте-
пени механизации процесса изготовления базовой детали.
В качестве второго примера рассмотрим конструкцию вклады-
ша электропатрона, выпускаемого рядом заводов. На рис. 6.11, б
сверху показана неудобная для автоматической сборки конструк-
ция: нетехнологичны винтовые соединения; некоторые детали
трудно подавать из бункерных устройств (пружину 3, угловые
контакты 1, в которые в свою очередь ввинчиваются, не показан-
ные на чертеже винты для крепления проводов). Пересмотрев
эту конструкцию, упростили конфигурацию деталей 4 и 1, заме-
203
Рис. 6.12
нили винтовые соединения 2 более простыми в исполнении — за-
клепочными, спиральную пружину 3 — плоской 5.
На рис. 6.11, б внизу показана измененная конструкция вкла-
дыша, в которой уголки заменены пластинками 1 с. отогнутыми
краями для предохранения петли провода от расползания при
прижиме винтом. Из рисунка видно, что соединение контактов
выполнено с помощью трубчатых заклепок. По сравнению с резь-
бовыми это соединение легче поддается автоматизации.
Переход на другие
материалы часто позво-
ляет упростить конструк-
ции отдельных соедине-
ний. На рис. 6.12, а свер-
ху показана конструк-
ция одной электриче-
ской клеммы, смонтиро-
ванной в металлическом
корпусе прибора. Для
изоляции клеммы от
корпуса необходимы две
шайбы 1 и втулка 2 из
текстолита. На нижней
проекцйи показана кон-
струкция клеммы для
того случая, когда
-корпус прибора выполнен из пластмассы— электроизоляционного
материала. Надобность в шайбах 1 и втулке 2 отпадает, а усло-
вия выполнения автоматической сборки улучшаются.
На рис. 6.12,6 сверху представлена конструкция соединения,
малоудобная для автоматизации сборки, так как для фиксации
втулки 1 на валике 2 в осевом направлении нужно ставить шай-
бу 3 и винт 4. На нижней проекции показана измененная кон-
Рис. 6.13
струкция, в которой для фиксации втулки 1 на валике 2 приме-
нена пружинная шайба 3, которую ставят на место простым пря-
молинейным движением. Второй вариант более удобен для авто-
матической сборки.
На рис. 6.13, а, б изображены два варианта конструктивного
оформления крышки подшипника. В первом варианте (а) для
204
неподвижной фиксации шарикоподшипника в расточке корпуса
необходимо ставить прокладки, которые подбирают по толщине.
Они компенсируют неточность обработки сопрягаемых деталей
в осевом направлении. Во втором варианте (б) применяют крыш-
ку с пружинным элементом, образованным в результате кольце-
вой проточки ее центрирующего буртика. Преимущества этой
конструкции: расширяются допуски на размеры сопряженных де-
талей, отпадает надобность в компенсационных прокладках
и облегчается возможность автоматизации сборки соединения.
Приведенные примеры показывают, что при отработке кон-
струкции изделий на технологичность всегда имеются большие
возможности создать более благоприятные условия для автома-
тизации сборочных работ.
6.	Автоматизация сборки в ряде случаев может быть облегче-
на путем перехода к более удобным видам соединения деталей
частей изделия. Сборка резьбовых соединений, например, менее
удобна для условий автоматизации, чем сборка склепыванием.
Задача автоматизации соединений при использовании некоторых
видов сварки и пайки решается часто более просто, чем .соеди-
нение склепыванием.
Крепежные детали в изделиях обычно выполняют вспомога-
тельную роль. Уменьшение их количества и в некоторых случаях
полный отказ от них имеет большое значение для сокращения
трудоемкости механической обработки и создания предпосылок
для автоматической сборки. Конструкции изделий в целом и ме-
тоды соединения их элементов должны быть переосмыслены под
углом зрения автоматизации.
Традиционные методы выполнения соединений, ориентирован-
ные на ручную и часто даже на не механизированную сборку,
должны критически анализироваться и заменяться новыми, более
эффективными в автоматизированном производстве. Применение,
например, болтовых соединений весьма усложняет конструкцию
сборочных автоматов: нужны бункерные устройства для болтов,
шайб и гаек, соответствующие, ориентирующие и подающие уст-
ройства. Помимо этого в процессе соединений требуется поддер-
живать болт от выпадания из отверстия и провертывания в мо-
мент наживления и затяжки гайки. Более удобны винты, вверты-
ваемые в резьбовые отверстия соединяемых деталей. Перспектив-
ны соединения, осуществляемые самонарезающими винтами. Для
их постановки необходимы только гладкие отверстия в соединяе-
мых деталях.
Обычные заклепочные соединения выполняют после подготов-
ки отверстий в деталях. Если соединению подлежат детали из
листового материала, то при автоматической сборке возможна
пробивка отверстия самой заклепкой. Известны также способы
клепки без вставных заклепок. В этом случае в нижнем листе
соединения делается просечка отверстия, а в верхнем выдав-
ливается углубление, образующее в отверстии головку за-
клепки.
205
При автоматической узловой сборке валов нежелательны шпо-
ночные соединения. Их заменяют шлицевыми или соединениями
с гарантированным натягом — запрессовкой.
Неразъемные соединения при автоматической сборке выпол-
няются проще, чем разъемные. Для изделий, не подвергаемых
ремонту и разборке в процессе эксплуатации, лучше применять
этот вид соединений. Поэтому во многих конструкциях полезно
на деталях предусматривать специальные элементы, позволяющие
осуществлять местное пластическое деформирование (гибку, раз-
вальцовку, клепку) для их соединения.
Задачу •автоматизации сборки нередко ’ успешно решают
использованием новых видов соединений, не применявшихся ра-
нее в ручных и механизированных процессах. На рис. 6.13, в по-
казан пример соединения втулки 1 с осью 3 электрического при-
бора путем заливки легким сплавом пространства 2. Сборку про-
изводят на автоматическом круглом столе. После точного цент-
рирования и закрепления деталей на одной из позиций сбороч-
ного автомата пространство 2 заливают сплавом (или пластмас-
сой). При автоматизации узловой сборки коллекторов авто-
мобильных динамо и стартеров возникают трудности с пода-
чей слюдяных Или. миканитовых ,пластинок между медными ламе-
лями. Подача этих пл'астинок' из бункеров не дает удовлетвори-
тельных результатов, так как слюда и -миканит крошатся. При-
ходится предварительно набирать эти пластинки в кассеты
вручную или на прессе при их вырубке из полос.
Сборка значительно упрощается при изменении конструкции
коллектора, когда межламельное пространство- заполняется
пластмассой, обладающей достаточно высокими изоляционными
качествами. В данном случае ламели автоматически набирают
в кондуктор, а пространство между ними на следующей позиции
автомата заливают под давлением пластмассой, не обладающей
способностью задерживать продукты износа ламелей и щеток.
Автоматическая оборка упрощается при использовании раз-
резных пружинных колец для фиксации подшипников качения
в осевом направлении на шейках валов и в расточках корпусных
деталей вместо 'установки щайб с винтами или фиксирующих
гаек.
Автоматическую сборку осуществляют на поточных линиях
с достаточно жестким темпом работы. Поэтому технология вы-
полнения соединений не должна быть связана с длительными
естественными процессами (сушкой, отверждением и полимериза-
цией клея и пластмасс). Несоблюдение этого условия нарушает
синхронизацию переходов сборки и приводит к необходимости
включать в поток более или менее длинные участки конвейеров
(сушильных устройств), на которых эти процессы протекают
положенное время. Возможна также интенсификация указанных
естественных процессов.
Рассмотренные вопросы технологичности конструкции изделий
в условиях автоматизации сборочных работ носят общий харак-
206
тер. Более подробно эти вопросы рассматриваются применительно
к технологии автоматической сборки типовых соединений в § 6.3.
Оценивают технологичность конструкции ’ данного изделия по
сравнению с другим сопоставлением их трудоемкости и себестои-
мости изготовления, а также материалоемкости. Дополнительную
оценку производят по степени унификации примененных материа-
лов, унификации и нормализации элементов изделия, рациональ-
ности расчленения его на конструктивные и сборочные единицы,
достигнутому уровню взаимозаменяемости элементов изделия,
уровню конструктивной преемственности оригинальных деталей,
коэффициентам среднего класса точности деталей изделия, а так-
же возможности сокращения сроков подготовки и освоения изде-
лия. Во всех случаях технологичность конструкции следует рас-
сматривать комплексно с учетом выполнения заготовок, механиче-
ской обработки, сборки и контроля, стремясь получить наимень-
шие трудоемкость и себестоимость изготовления изделия в целом.
Вместе, с тем технологичность конструкции изделия оценивают
с учетом конкретных производственных условий. Применительно
к условиям автоматической сборки технологичность конструкции
изделия оценивают с .учетом некоторых специфических условий.
К ним можно отнести возможную степень автоматизации сборки,
сложность потребного технологического оборудования (оценива-
ется по типу и количеству используемых исполнительных уст-
ройств), а также степень его универсальности и надежности. Эти
дополнительные показатели не имеют самостоятельного значения;
они оказывают в конечном итоге косвенное влияние на основные
показатели технологичности конструкции изделия — трудоемкость
и себестоимость его изготовления.
§ 6.3. ВЫПОЛНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ СБОРКИ
Основные исполнительные устройства сборочных автоматов
перечислялись в § 6.1 и отмечались выполняемые ими функции.
Рассмотрим теперь более подробно сущность и условия выпол-
нения основных этапов автоматической сборки.
Этап автоматической ориентации деталей и составных частей
изделия. Обычно детали подают к сборочному автомату в таре
и засыпают в его приемную емкость (бункер) навалом в количе-
стве, потребном на несколько часов работы. Из бункера детали
в строго ориентированном виде поступают на сборочную позицию
автомата. В настоящее время известно много типов бункерно-
загрузочных устройств, однако наибольшее распространение
в сборочных автоматах получили вибрационные бункерно-ориен-
тирующие устройства (ВБОУ). Они имеют электромагнитные или
пневматические двигатели, позволяющие регулировать скорость
перемещения деталей по лотку путем изменения амплитуды коле-
баний. Устройство и принципы работы ВБОУ описаны в специ-
207
альной литературе. ВБОУ выполняют с диаметром чаши от 75 до
900 мм (ее диаметр берут равным десятикратной длине детали).
Чаши ВБОУ' выполняют литыми или из листового материала.
Последние создают меньший шум, однако они часто имеют «мерт-
вые» точки, через которые не происходит движение деталей.
В этих местах детали склонны налезать одна на другую. Чаши
таких бункеров имеют привертные сменные спиральные лотки.
Для обеспечения трения, уменьшения износа и шума чаши бун-
Рис. 6.14
керов имеют покрытие (резиновые, хромовые, твердосплавные).
В § 6.1 указывалось, что ориентация деталей в ВБОУ может быть
пассивной, активной и смешанной. Пассивная ориентация осуще-
ствляется путем удаления с лотка ВБОУ деталей, занимающих
неправильное положение. Наиболее распространены способы уда-
ления деталей в профильные вырезы (рис. 6.14, а), с помощью
208
упоров (сбрасывателей) или отсекателей (рис. 6.14,6), а также
по принципу смещения ЦТ ориентируемых деталей (рис. 6.14, в).
Во всех случаях детали, занимающие на лотке неправильное по-
ложение, сбрасываются в чашу бункера. При нескольких ступе-
нях пассивной ориентации конечного положения на лотке дости-
гает незначительное число деталей (часто только 1/5). Несмотря
на простоту конструкции и высокую надежность в работе, ВБОУ
с пассивной ориентацией недостаточно производительны. Повы-
шения производительности достигают увеличением амплитуды
колебаний (до известного предела, при котором снижается на-
дежность ориентации), применением чаш е многозаходными лот-
ками, а также сдвоенных чаш (одна над другой). Активную
ориентацию осуществляют принудительным изменением положе-
ния деталей на лотке без сброса их в чашу бункера. Это обеспе-
чивается применением порожков (рис. 6.3, б), прорезей (рис.
6.14,г),, окон для деталей со смещенным ЦТ (рис. 6.14,д'), струи
сжатого воздуха для перевертывания неправильно стоящих на
лотке деталей (рис. 6.14, е), магнитного поля для несимметрич-
ных токопроводящих деталей (рис. 6.14,ж). В последнем случае
деталь разворачивается-под влиянием момента в результате дей-
ствия на деталь неодинаковых сил Л и F2. Активную ориентацию
нередко производят механическими устройствами, связанными
с фотоэлектрическими и другими датчиками положения де-
тали.
ВБОУ с активными средствами ориентации более производи-
тельны, так как нет сбросов деталей в чашу бункера. Однако при
использовании сложных систем ориентации возможны отказы, что
вызывает простои и снижение производительности ВБОУ.
Если используются устройства с пассивной ориентацией, то
при более простых деталях уменьшается количество сбросов
неправильно ориентированных деталей в чашу бункера. Расчет-
ную производительность ВБОУ при этом можно несколько сни-
зить. Если используются устройства с активной ориентацией, то
при более простых деталях уменьшается количество этапов ори-
ентации и число устройств, изменяющих положение детали на
лотке, и соответственно повышается надежность работы ВБОУ
в цёлом.
На рис. 6.15, а представлена зависимость производительности
Q ВБОУ от числа возможных положений детали z при ее пассив-
ной ориентации, а на рис. 6.15,6 — надежность р работы этого
бункера от той же величины при активной ориентации.
Производительность ВБОУ (шт/мин)
Q = kv!,l,	(6.7)
где v — средняя скорость движения деталей по лотку, мм/мин;
k — коэффициент заполнения, учитывающий разрывы в потоке
деталей, движущихся по лотку; I — длина детали в направлении
ее движения по лотку, мм. .
14 1273
209
Значение коэффициента заполнения зависит от конфигурации
деталей, от соотношения их габаритных размеров, а также от
количества этапов ориентации.
После всех этапов ориентации коэффициент заполнения лотка
деталями

(6-8)
где £1 = 0,7-4-0,95 — коэффициент заполнения лотка после выхода
на него деталей из чаши ВБОУ; £2 — относительный коэффициент
заполнения лотка после окончания всех; этапов ориентирования.
Рис. 6.15
При пассивном ориентировании деталей относительный коэф-
фициент заполнения лотка
£2 =	+ Z2®2 + ... + /г®г),	(6.9)
где /ь 12, ..., 1г—размеры детали, которыми она располагается
вдоль лотка во всех z возможных на нем положениях; wt, w2, ...,
wz — вероятности нахождения деталей в каждом из этих возмож-
ных положений (wi + w2+ ... +®z=l); lz — размер, которым де-
таль располагается вдоль лотка после окончания всех этапов ори-
ентирования; wz — вероятность нахождения детали в заданном
(конечном) положении.
210
При активной ориентации деталей, т. е. в том случае, когда
неправильно расположенные детали не сбрасываются обратно
в чашу бункера, а переориентируются на лотке, относительный
коэффициент заполнения лотка
^2 ~	+ ^2®2~Е • • • ~Ь ^z^z)-	(6.10)
Если Zi = Z2== ... =lz, то k2 = 1.
‘ График, изображенный на рис. 6.15, а, построен для того слу-
чая, когда вероятности различного положения детали на лотке
одинаковы и размеры детали для этих положений по длине лотка
равны. Этому случаю отвечает ориентация изображенной на’гра-
фике детали в виде куба. При наличии на детали одной сквозной
канавки количество возможзных положений на лотке равно 12.
При наличии двух симметричных канавок на противоположных
гранях куба число возможных положений сокращается до 6
и производительность вибробункера возрастает вдвое. При нали-
чии одной несквозной канавки число возможных положений воз-
растает до 24 и производительность снижается вдвое.
График, показанный на рис. 6.15,6, построен для того случая,
когда надежность работы ВБОУ p=\—w выражается через веро-
ятность w неисправной работы его устройств активной -ориента-
ции. Если бункер имеет z устройств активной ориентации, то
W = 1 — (1 —	(1 — ®м)... (1 — wz). (6.11). 
Здесь Ш], w2, ..., Wz — вероятности отказов отдельных устройств
ориентаций.
При деталях очень сложной конфигурации задача ориентации
может усложниться настолько, что вместо ВБОУ приходится при-
менять загрузочные устройства магазинного типа, т. е. использо-
вать для их заполнения деталями ручной труд.
Значения вероятностей w2, ..., wz определяют эксперимен-
тально для ’ различных деталей. На рис. 6..15-, в показан график
изменения вероятностей положения цилиндрических деталей на
лотке ВБОУ в зависимости от отношения длины детали к ее диа-
метру. Вероятности горизонтального (<^i) и вертикального (w2)
положений детали получены экспериментально. Эти данные могут
быть использованы не только для гладких валиков, но и для ва-
ликов, имеющих фаски, небольшие симметричные кольцевые
канавки, пазы, поперечные и осевые отверстия, а также для дета-
лей класса втулок.
На рис. 6.15, г показан график изменения вероятностей поло-
жения призматических деталей на лотке ВБОУ в зависимости от
отношения основных размеров этих деталей.
Эксперименты показали, что материал деталей и масштабный
фактор (т. е. фактические размеры деталей) не оказывают влия-
ния на значения вероятностей o»i и w2.
Полученные данные могут быть использованы для расчета
производительности ВБОУ по приведенным выше формулам. Зная
14*
211
заданную производительность ВБОУ из условий выполнения про-
цесса автоматической сборки, можно решить обратную задачу:
по величинам k и I найти требуемую скорость движения деталей
по лотку ВБОУ.
Кроме бункерно-ориентирующих устройств детали в сбороч-
ные автоматы подаются из кассет..Кассеты представляют собой
прямоугольные или круглые плиты с углублениями (ячейками)
для деталей, находящихся там в строго ориентированном поло-
жении. У кассет прямоугольной формы ячейки расположены
параллельными рядами, а у круглых по спирали или по концент-
рическим окружностям. Кассету устанавливают на сборочном
автомате в точно фиксированное положение. Механическая рука
передает детали из кассеты на сборочную позицию автомата,
а собранный объект — в другую кассету для выполнения после-
дующих операций сборки. Для того чтобы механическая рука
брала детали только из одного фиксированного положения, кас-
сета перемещается после каждого цикла на шаг в продольном
направлении при помощи специального координатного устройства.
На рис. 6.16, а, б показаны схемы перемещений механической ру-
ки и прямоугольной и круглой кассет соответственно. На этих
схемах: 1 — сборочная позиция автомата; 2 — позиция взятия де-
тали, в1 — перемещения на шаг. и — перемещение на строку.
Рис. 6.16
Заряжают кассеты вручную, что малопроизводительно, или
на вибростенде простой засыпкой деталей на ее верхнюю пло-
скость. Под действием вибраций детали западают в углубления;
их избыток сбрасывается с кассеты. За время t=5-4-7 с заполня-
ется около 95% всех углублений кассеты. Увеличение времени
дальнейшего нахождения кассеты на вибростенде не повышает
величину К ее заполнения до 100% (рис, 6.16, в), поэтому неболь-
шое количество ячеек кассеты (практически не более 10%) допол-
нительно заполняют вручную.
Применение кассет улучшает условия переналаживаемое™
сборочного оборудования. По сравнению с переналадкой бункер-
но-ориентирующих устройств кассеты _ для различных деталей
заменяются очень быстро и легко. Кассеты, кроме того, исполь-
212
зуют как тару при перемещении деталей и элементов изделия без
потери ориентации.
Для деталей сложных форм создание надежно действующих
ориентирующих устройств представляет весьма сложную задачу.
В этом случае для питания сборочных автоматов обычно исполь-
зуют магазины. Магазины применяют также в случае, когда раз-
меры деталей велики; бункерно-ориентирующие устройства для
этих деталей могли бы при этом получиться весьма крупногаба-
ритными и неудобными для компоновки сборочных автоматов.
Магазины незаменимы для хрупких и легкодефррмируемых дета-
лей, а также для деталей, имеющих точно и чисто обработанные
поверхности, которые могут быть повреждены в бункере. Очень
часто магазины используют при длительном цикле сборки, когда
запас деталей не очень большой. Магазины выполняют лоткового,
ящичного и поворотного типов. В лотковых магазинах .детали под
действием собственного веса или внешней силы перемещаются
к питателю. Эти магазины применяют как для сложных, так
и для простых деталей в виде тел вращения. Емкость магазина
увеличивают, выполняя лоток криволинейным или по винтовой
поверхности. В ящичных магазинах запас деталей располагается
в несколько рядов, поэтому, емкость этих магазинов больше, чем
лотковых. Их часто применяют для деталей типа круглых стерж-
ней с большим отношением длины к диаметру. Для устранения
возможных заторов при выдаче деталей из-за образования из них
своеобразных сводов в магазинах этого типа применяют различ-
ные типы сводоразрушителей. Магазины поворотного типа
используются для плоских деталей (шайб, колец, пластин). Они
имеют достаточно большую емкость (до нескольких сотен дета-
лей), надежны в работе и просты по конструкции.
Загружают магазины вручную ориентированными деталями
поштучно или небольшими порциями. В некоторых случаях
(ящичные магазины) загружают из кассет. Возможна загрузка
по лоткам от смежно расположенных станков-автоматов.
В сборочных автоматах нередко применяют смешанное пита-
ние деталями. Базовые детали собираемого изделия как наибо-
лее сложные и крупные подаются из магазина; остальные детали
как более простые и мелкие могут подаваться из вибрационных
бункерно-ориентирующих устройств. Плоские штампованные де-
тали (шайбы, пластины) в отдельных случаях могут подаваться
на сборочную позицию в виде ленты. При штамповании этих
деталей между ними остается узкая перемычка, разрушаемая
(перекусываемая) после постановки детали на собираемое изде-
лие. В этом случае наиболее просто решается задача ориентации
и подачи деталей на сборочную позицию.
Перед загрузкой деталей в бункерно-ориентирующие устрой-
ства, магазины и кассеты тщательно очищают от стружки, загряз-
нений, консервирующего состава, следов смазочно-охлаждающей
жидкости и абразивных частиц; промывают их на механизирован-
ных или автоматизированных установках. В качестве моющих
213
средств используют 24-3 %-ный водный раствор кальцинирован-
ной соды, подогретый до температуры 604-70°, керосин, органи-
ческие растворители и специальные составы в зависимости от
материала деталей. Высокое качество очистки обеспечивается
(особенно в глубоких отверстиях и полостях) на установках
с ультразвуковыми колебаниями. При некачественной очистке
деталей возможны отказы систем их подачи на позицию сборки
и снижение надежности собираемых изделий.
После промывки детали подвергаются 100 %-му контролю.
В особых случаях (устойчивый технологический процесс изготов-
ления деталей и широкие допуски на размеры) производят выбо-
рочный контроль деталей, который, однако, связан с возможными
отказами сборочного оборудования из-за прохождения некачест-
венных деталей. При контроле детали прежде всего осматривают
внешне, выявляя дефекты поверхности (забоины, заусенцы),
невыполненные переходы обработки (отсутствие шлицев у вин-
тов, резьб у гаек и др.), возможные искривления детали и дру-
гие недостатки. Затем контролируют размеры детали. В условиях
автоматизированного производства для этой цели используют
многомерные контрольно-сортировочные автоматы, обеспечиваю-
щие высокие надежность контроля и производительность и высво-
бождающие большое количество контролеров. Кроме контроля
размеров проверяют точность формы и взаимного расположения
поверхностей детали, а также другие требования технических
условий приемки деталей.
Вопросы организации и проведения технического контроля
деталей имеют важное значение для успешного протекания авто-
матической сборки. Большая часть отказов автоматического сбо-
рочного оборудования происходит из-за отклонений качества
деталей от заданных величин.
Рассмотрим теперь сущность и специфику автоматической
сборки основных видов соединений, а также используемые для
этой цели исполнительные устройства сборочных автоматов.
Сборка сопряжений по цилиндрическим поверхностям с гаран-
тированным зазором. К этим видам соединений относится наде-
вание втулок, колец и шайб на шейки деталей класса валов
и других деталей типа тел вращения, посадка втулок, колец,
шайб, гладких и ступенчатых стержней (валов, осей) в отверстия
корпусных и других деталей. Этот вид соединений весьма рас-
пространен в машино- и приборостроении. При выполнении дан-
ного соединения одна деталь (обычно базовая) занимает непод-
вижное положение в сборочном приспособлении, а другая, на-
правляемая специальным устройством, надевается на первую
'(вставляется в нее). При рассмотрении этого процесса, техноло-
гическая сущность которого, на первый взгляд, кажется очень
простой, можно выявить следующие его особенности. В реальных
производственных условиях, даже на точно изготовленной сбороч-
-ной машине невозможно совместить оси сопрягаемых поверхно-
стей деталей. При жестком закреплении этих деталей их полная
214
(100%-ная) собираемость может быть достигнута при том усло-
вии, если наибольшее смещение Е осей не превышает минималь-
ного радиального зазора Smin в сопряжении. На рис. 6.17, а пока-
зано расположение полей допусков бв/2 и 6а/2 на радиусы сопря-
гаемых поверхностей при смещении Е=0. В этом случае обеспе-
чивается полная собираемость деталей. На рис. 6.17,6 представ-
лена та же схема при смещении £=Smtn. В этом случае также
обеспечивается 100%-ная собираемость деталей. При большем
Рис. 6.17
смещении осей, когда E=Smia+a (где а — положительная величи-
на, характеризующая перекрытие полей допусков), полной соби-
раемости уже не происходит. Принимая распределение размеров
сопрягаемых деталей по закону Гаусса, определим вероятность
несобираемости деталей (заштрихованная площадь на рис. 6.17, в)
sa/2-°
1 С —(За 12-а)г11я1,/2) ,
Wz= 0,5 — F = 0,5--------т=- е А/ А dx, 6.12)
°аУ2л J	'
где Оа — среднее квадратическое отклонение, характеризующее
распределение диаметральных размеров отверстий при 6л<бв.
215
Если 6а>6в, то в приведенной формуле вместо в а следует брать
величину ств — среднее квадратическое отклонение диаметраль-
ных размеров вала.
Величина Е определяется как допуск на замыкающее звено
размерной цепи технологической системы: сборочный автомат,
сборочное приспособление, собираемое сопряжение деталей. На
рис. 6.17,г показана схема сборочного автомата для посадки де-
талей 1 в корпусную деталь 2. На схеме выделены основные
звенья размерной цепи. Применяя методы пригонок и регулиро-
вок при изготовлении автомата, наладки и подналадки данной
технологической системы в процессе эксплуатации, можно суще-
ственно уменьшить величину Е. Однако полностью устранить эту
величину не удается, так как в ее состав входят декомпенсируе-
мые погрешность установки е деталей ib сборочное приспособле-
ние и погрешность позиционирования поворотных частей сбороч-
ного автомата. Для данной схемы
Е = 8t + 82 + е,	(6.13)
где 61 и 62 — допуски на размеры 1\ и /2 соответственно.
При тщательной выверке и регулировке на соосность Е = е.
Лучшие результаты можно получить, если базировать детали
по сопрягаемым поверхностям. В этом случае можно принять по-
грешность установки е=0. Для компенсации возможных несоос-
ностей элементов технологической системы один из них выполни1
ют податливым с пониженной радиальной жесткостью. На
рис. 6.17, д представлена схема сборки с базированием нижней
детали 2 узла по сопрягаемой поверхности на плавающий палец 1
приспособления. Верхняя деталь 3 подается штоком 4 из пита-
теля 5.
Для лучшего направления (центрирования) сопрягаемых де-
талей на них делают заходные фаски. Обычно угол фаски (угол
между образующей фаски и осью детали) к=45°. С уменьшени-
ем а улучшается центрирование деталей, а осевое усилие (усилие
сборки) падает. При малых значениях а активная длина сопря-
жения деталей заметно сокращается, что не всегда допустимо.
С увеличением а центрирование ухудшается, а усилие сборки
резко возрастает. Рекомендуемые размеры фасок с углом а = 45°
в зависимости от диаметра сопряжения были указаны в § 6.1.
При этих размерах величина допустимого смещения осей Е
в процессе сборки сопрягаемых деталей может быть значительно
увеличена, в результате чего требования к точности изготовления
сборочного автомата снижаются. Если толщина одной из сопря-
гаемых деталей мала, то размер фаски на ней приходится умень-
шать, что может быть компенсировано (в случае необходимости)
увеличением размера фаски на другой' сопряженной детали.
Практически сборку узлов на автоматах без заходных фасок на
деталях осуществить весьма затруднительно, а при малых зазо-
рах совсем невозможно.
216
Процесс сборки по цилиндрическим поверхностям, имеющим
заходные фаски, состоит из трех последовательных стадий: под-
вода одной из сопрягаемых деталей к другой до контакта по
фаскам, скольжения подведенной детали по фаске второй детали
под действием силы тяжести (или приложенного сборочного уси-
лия РСб) до совмещения осей сопрягаемых поверхностей и осу-
ществления заданного сопряжения с обеспечением заданного осе-
вого положения подаваемой детали. Рассмотрим подробнее
вторую стадию процесса сборки (по рис. 6.18, а) и выявим основ-
Рис. 6.18
ные закономерности ее протекания. При анализе примем, что
нижняя деталь 1 жестко закреплена в сборочном приспособлении,
а верхняя деталь 2 удерживается захватным устройством штока
механической руки, обладающим достаточной радиальной подат-
ливостью w. Из схемы действия сил на деталь 2 величина гори-
зонтальной составляющей P\=Elw, а величина сборочного усилия
/5c6 = ^i/[tg(’'/2 —a —?)] = ^/[wtg(K/2-a —с?)].	(6.14)
В этих формулах a— угол фаски и <р—угол трения в местах
касания фасок сопряженных деталей. При л/2—a—ср->0 сбороч-
ное усилие стремительно растет, приближаясь к оо. На рис. 6.18,6'
показан график изменения силы Реб при ф=10°. Когда величина
л/2—а—ф становится меньше нуля, центрирующее действие фасок
полностью пропадает. Практически диапазон возможного измене-
ния угла а лежит в пределах 354-50°. При меньших и больших
значениях а возникают отмеченные ранее нежелательные послед-
ствия.
217
Ранее отмечалось, что сборку с гарантированным зазором про-
изводят под действием силы тяжести присоединяемой детали
и принудительным методом в результате приложения к присоеди-
няемой детали осевого усилия. Сборка под действием силы тяже-
сти возможна в ограниченных случаях: при вертикальном поло-
жении оси сопрягаемых деталей или положении, близком к верти-
кали (отклонение от вертикали не более 104-15°), при большой
массе деталей, (не менее 0,3 кг при диаметре порядка 104-20 мм),
а также при сравнительно больших зазорах в сопряжении, выра-
жаемых в десятых долях мм. Кроме того, этот вид автоматиче-
ской сборки возможен при расположении ЦТ присоединяемой
детали по оси сопряжения. Если ЦТ смещен (в результате, на-
пример, вырезов, канавок и других причин), в процессе сборки
возможно заклинивание подаваемой детали. На рис. 6.18, в пока-
зан пример заклинивания подобной детали при ее посадке на
гладкий стержень. Оно возможно при условии, когда расстояние
от оси отверстия до ЦТ детали	)
‘	(6.15)
где h — толщина детали; /=0,154-0,20 — коэффициент трения
между деталью и стержнем.
Из анализа приведенного условия видно, что заклиниваний
в большей мере подвержены тонкие детали (шайбы, кольца, пла-
стинки).’ Для повышения надежности работы сборочных автома-
тов применяют принудительную сборку ё использованием специ-
альных исполнительных устройств-досылателей, представляющих
собой пневмо- или гидроцилиндры с удлиненными штоками с рат
бочими наконечниками. Досылатели обеспечивают быструю и ка-
чественную посадку присоединяемой детали с точным доведением
ее до базы и исключением перекосов и заклинивания. Досылатели
незаменимы при горизонтальной и наклонной сборке, при сборке
с малыми зазорами, при посадке деталей малого веса, а также
при больших смещениях Е осей сопрягаемых деталей. Примене-
ние досылателей резко повышает надежность работы сборочных
автоматов и полуавтоматов.
Для большинства случаев сборки максимальное усилие на
штоке досылателя не превышает 104-20 кгс. На рис. 6.18, г пока-
зан график изменения усилия на штоке Р в функции его пути до
окончания сборки- сопряжения. На участке 1\, соответствующем
пути подвода детали до соприкосновения фасок, усилие равно
нулю. Участок /г характеризует скольжение сопрягаемых деталей
по направляющим фаскам, сопровождаемое ростом усилия до
значения Реб шах в результате непрерывного увеличения упругих
отжимов технологической системы на величину несоосности Е со-
прягаемых деталей и сил" трения в местах касания этих деталей,
а также перемещаемой детали с направляющей втулкой испол-
нительного устройства (если имеется). В точке а увеличение упру-
гих отжимов прекращается и на последующем участке /з усилие
218
на штоке падает; оно определяется только суммарной силой тре-
ния в указанных местах. При использовании исполнительного
устройства типа механической руки это усилие сохраняется по-
стоянным или может даже несколько увеличиваться (линия /);
при использовании направляющей втулки для перемещаемой де-
тали усилие на определенном участке падает до нуля (линия 2).
• Длина участка Ц в этом случае равна расстоянию I от нижнего
торца направляющей втулки до поверхности базовой детали (см.
рис. 6.17,а). Если Д = 0, то сборочное усилие также равно нулю
(линия Ь—b на рис. 6.18,а). Заштрихованная площадь характе-
ризует изменение Реб от Е=0 до Ртах. При использовании досы-
лателей с пневмоцилиндрами их диаметр лежит в Пределах 20-?
4-30 мм, что удобно с точки зрения размещения их в стесненном
рабочем пространстве сборочных автоматов, а также унификации
и нормализации его исполнительных устройств.
Определение необходимой радиальной податливости w рабо-
чих узлов сборочного автомата можно производить по (6.14),
устанавливая предварительно величины Е, а, <р и Реб для данно-
го конкретного случая сборки. Обычно необходима податливость
в пределах 0,05-4-0,2 мм/кге. Такая повышенная податливость мо-
жет быть обеспечена удлинением -консольной части подающего
механизма, уменьшением размеров поперечного сечения его в за-
деле и применением упругих прокладок в его стыках.
Для повышения собираемости деталей с гарантированным
зазором недавно были предложены различные методы, пока еще
не нашедшие широкого применения в промышленности. К ним
можно отнести сборку с использованием вибрационных искателей,
которые обеспечивают перемещение одной из деталей перед их
соединением по замкнутой траектории, дающей возможность осу-
ществить сборку под воздействием приложенной осевой силы.
Траектории могут быть: прямолинейными, эллиптическими, спи-
ральными, синусоидальными и др. Вибрационные искатели позво-
ляют осуществлять сборку без заходных фасок на деталях. Их
недостаток — усложнение схемы сборочного автомата .и загро-
мождение его рабочего пространства. К перспективным методам
повышения собираемости следует отнести ориентацию деталей во
вращающемся магнитном поле, а также ориентацию деталей во
вращающемся потоке газов. Сущность и характерные особенности
этих методов изложены в специальной литературе.
Для сборки соединений с гарантированным зазором использу-
ется четыре типа исполнительных устройств. К первому типу
относятся устройства гравитационного исполнения. Их применяют
при сборке сопряжений с большими зазорами (0,5 мм и больше)
и большом весе присоединяемой детали. На рис. 6.19, а показана
схема устройства со свободным падением по трубчатому направ-
ляющему элементу детали, подаваемой из питателя; возможное
смещение осей не должно превышать минимального зазора в со-
пряжении. У сопрягаемых деталей желательно иметь направляю-
щие фаски. Высота детали не должна быть меньше половины ее
219
диаметра. На рис. 6.19,6 представлена схема устройства для
непрерывной сборки. Детали 1, подаваемые по лотку 2, надева-
ются на детали 3, непрерывно перемещаемые по горизонтальному
направлению. Отсекатель 4 обеспечивает поштучную выдачу де-
талей с лотка. На рис. 6.19, в показана схема подачи базовых
деталей 1 собираемых узлов в гнезда поворотного стола 2. Де-
таль 1 попадает в гнездо под действием веса вышерасположенных
деталей.
Рис. 6.19
При сборке сопряжений с малыми зазорами и малом весе по-
даваемой детали используют устройства второго типа с трубча-
тыми направляющими элементами и досылателями. На рис. 6.19, г
показано устройство жесткого типа без упругих элементов. Оно
может устойчиво работать при зазорах 0,1 мм. Для повышения
надежности работы необходимо нижнюю деталь базировать по
отверстию, используя плавающий палец. На рис. 6.19,6 дана схе-
ма устройства третьего типа с упругими элементами, обеспечи-
вающими компенсацию смещения осей при сборке. Устройство
применяют при зазорах в сопряжениях больше 0,02 мм и при ма-
лцх толщинах присоединяемых деталей. Детали должны иметь
направляющие фаски. Для подачи деталей ступенчатой формы,
легко перекашиваемых в трубчатых направляющих элементах,
используют устройства четвертого типа, представляющие собой
механическую руку с автоматическими захватами. На рис. 6.19, е
показана схема работы устройства. Рука берет ориентированные
детали из лотка, кассеты и других устройств, переносит их в по-
зицию сборки и устанавливает на сопрягаемые детали. .Траекто-
рия движения детали состоит из прямолинейных Отрезков или из
сочетания отрезков прямых и дуг окружностей. В первом случае
рука имеет прямоугольный цикл движений, во втором — при на-
220
личии поворотной части возвратно-качательный цикл движений
и возвратно-поступательные движения захватного органа.
При сборке специальных соединений (установка кулачкового
вала в расточке блока цилиндров автомобильного двигателя)
используют специальные устройства, обеспечивающие захват,
перемещение и точное направление устанавливаемой детали.
Качество соединений данного вида при автоматической сборке
обычно не контролируют. При необходимости проверяется нали-
чие поставленных деталей п правильность их положения в со-
бранном изделии. Контроль осуществляют механическими щупа-
ми, конечными выключателями (по положению досылателя),
а также фотоэлементами. В случае обнаружения дефектности
соединения цикл сборки автоматически прерывается или дается
команда на холостое прохождение собираемого изделия по по-
следующим позициям сборки.
Рис. 6.20
Сборка сопряжений по цилиндрическим поверхностям с гаран-
тированным натягом. Она весьма распространена в машино-
и приборостроении. Ее применяют для деталей тех же классов,
что и при сборке с гарантированным зазором. Характерная осо-
бенность данного вида автоматической сборки — обязательность
наличия на сопрягаемых деталях заходных фасок (или направ-
ляющих поясков), точное направление деталей при сборке и не-
обходимость приложения значительных осевых усилий (усилий
запрессовки). Для автоматической сборки сопряжений с гаран-
тированным натягом наиболее применимо исполнительное устрой-
221
ство, схема которого показана на рис. 6.19, д. Оно обеспечивает
компенсацию возможного смещения осей и направление запрес-
совываемой детали. Хорошие результаты дает также устройство
с базированием деталей по сопрягаемым поверхностям. Весьма
важное условие проектирования операции автоматической сбор-
ки — расчет усилия запрессовки Реб. На рис. 6.20, а показан гра-
фик изменения усилия на штоке прессуемого устройства в пред-
положении, что инерционные силы при малых скоростях запрес-
совки невелики. На участке li подвода детали от исходного поло-
жения до касания направляющих фасок усилие на штоке прак-
тически равно нулю. На участке /2 при наличии смещения осей
деталей усилие начинает расти (выступ а). Длина- участка /2
равна ширине фаски с. При отсутствии смещения осей усилие на
этом участке равно нулю. В точках Ь\ и Ь2 в начале, участ-
ка /3 усилие начинает расти; Прямая 1 характеризует рост уси-
лия для сопряжения с наибольшим натягом, прямая 2 — с наи-
меньшим, т. е. для случая, когда диаметр вала наименьший,
а диаметр отверстия наибольший. В конце участка /3 усилие
скачкообразно растет (прямая 3) в результате упора запрессовы-
ваемой детали в жесткий торец уступа базовой детали. Для плот-
ного прижатия запрессовываемой детали к торцу уступа и преду-
преждения ее отхода и за упругого последействия усилие запрес-
совки Рсбтах следует увеличивать на 104-20%. Вместе с тем это
увеличение Реб max создает резерв усилия запрессовки. Из
рис. 6.20,а следует, что расчетное усилие запрессовки
Реб - i,2Pc6max = 1,2(РМ + Р;6тах).	(6.16)
Величину РЬ1 можно определить из рис. 6.20, б в переходный
момент окончания скольжения фасок и начала запрессовки. Из
рассмотрения схемы действующих на деталь сил можно заклю-
чить, что сила РЬ1 уравновешивается силами трения Pi, F2 и Р.
Сила P=E)w, гце-Е — смещение осей, w— податливость трубча-
того направляющего элемента. Учитывая, что Р\ + Р2 = Р, и при-
, нимая коэффициент трения f одинаковым во всех точках касания
детали в направляющем эдементе и по фйске, получим Ры =
— 2Eflw. Сила
^бтах=Г^Р-	(6-17)
где f' — коэффициент трения при запрессовке; d — номинальный
диаметр сопряжения, мм; L — длина поверхности сопряжения
(равна длине запрессовываемой детали минус две ширины- фас-
ки), мм;
р = 810-3/[С1/Р1 + C2/P2)rf]	(6.18)
— напряжение сжатия на контактной поверхности, кгс/мм2; б —
наибольший натяг, мкм;
=	+	C2 = (dl+d2)l(dl-d)+^2, (6.19)
222
Ei и £2 — модули упругости материалов охватываемой и охваты-
вающей деталей, кгс/мм2; pi и Ц2 — коэффициенты Пуассона со-
ответственно для тех же материалов; с?2 и <4 — диаметры наруж-
ной поверхности напрессовываемой втулки и центрального отвер-
стия пустотелого вала соответственно, мм. При сплошном вале
di = 0 и Cj = 1—ip,!.
Коэффициент трения при запрессовке зависит от материала
сопрягаемых деталей, шероховатости поверхностей контакта, ве-
личины р, наличия и характера смазки.
С ростом р величина f падает. С повышением класса шерохо-
ватости f при малых значениях р уменьшается. Среднее значе-
ние f можно принимать порядка 0,1 при запрессовке стальных
деталей в стальные и чугунные и 0,06 при запрессовке стальных
деталей в алюминиевые и латунные.
По усилию запрессовки выбирают тоннаж прессующего уст-
ройства с учетом коэффициента запаса, величину которого реко-
мендуется брать равной 1,5. Усилие запрессовки может быть
уменьшено на 204-30% при наложении осевых вибраций (им-
пульсов) от встраиваемого в прессующее устройство специаль-
ного вибратора.
Контролируют качество запрессовки в процессе автоматиче-
ской сборки несколькими способами. Наиболее распространен
контроль по силе запрессовки. В этом случае используют датчики
давления масла, установленные на напорной полости гидравли-
ческого прессующего цилиндра, или тензодатчики на штоке этого
цилиндра. Контролируют силы запрессовки в точках ci и с2
(рис. 6.20, а) до ее резкого возрастания при упоре запрессовы-
ваемой детали в торец уступа сопряженной детали. Это достига-
ется применением дополнительного датчика положения запрессо-
вываемой детали (обычно конечного выключателя). При подходе
этой детали к упору (за несколько десятых долей мм до упора)
срабатывает конечный выключдтель. В результате замыкания его
цепи включается датчик силы запрессовки для мгновенного съема
его показания. Если фактическая сила запрессовки оказывается
меньшей или большей установленных значений в точках с2 и Cj,
то цикл сборки прерывается и собираемое изделие удаляют из
рабочей зоны автомата.
При автоматической сборке возможен контроль качества за-
прессовки по ее продолжительности или по количеству ударных
импульсов. Этот метод удобен также, если используется не ста-
тическая, а пульсирующая сила запрессовки. Для заданной по-
садки предварительно устанавливается минимальное и макси-
мальное усилие запрессовки или наименьшее и наибольшее коли-
чество ударных импульсов. Прессующее устройство начинает за-
прессовку детали с минимальным усилием, действующим опреде-
ленное время (с минимальным количеством импульсов nmin).
После этого усилие автоматически повышается до максимального
значения, которое также действует определенное время (прикла-
дывается максимальное количество импульсов птах). Если при
223
минимальном усилии запрессовка заканчивается раньше поло-
женного времени, то операция прерывается с подачей соответ-
ствующего светового сигнала. Если при максимальном усилии по
истечении установленного времени деталь не напрессовывается до
конца, операция также прерывается с подачей другого светового
сигнала. На рис. 6.20, в показана схема работы автомата. По
оси абсцисс отложено перемещение I запрессовываемой детали,
а по оси ординат — время t запрессовки и количество импуль-
сов п. По линии 1—1 отложены наименьшее и наибольшее пере-
мещения запрессовываемой детали под действием минимального
усилия Pmii за промежуток времени Ц (минимального количества
импульсов). На линии 2—2 отложена точка, соответствующая
полной длине запрессовки под действием максимального усилия
•Ртах по прошествии времени t2’ (максимального количества им-
пульсов). Заштрихованная область характеризует качественное
выполнение запрессовки. Выход . в зону /, отмеченный подачей
первого светового сигнала и остановкой автомата, соответствует
недостаточной величине натяга. Выход в зону II, отмечаемый
вторым световым сигналом, характеризует преувеличенный натяг.
Для наладки автомата, работающего по рассмотренной схеме,
необходимо для двух предельных усилий запрессовки знать экс-
периментально установленные зависимости перемещения от вре-
мени (от количества импульсов). В автомате используются реле
времени, гидравлические золотники с соленоидным управлением,
а также конечный выключатель, срабатывающий при перемеще-
нии запрессовываемой детали до упора.
Контролируют качество выполненной запрессовки для ответ-
ственных сопряжений, используя ультразвуковые колебания. Про-
хождение ультразвука через контролируемый стык зависит от
величины удельного давления. При малых удельных давлениях
ультразвуковые колебания в большей степени рассеиваются и от-
ражаются в обратном направлении. Приемное устройство, распо-
ложенное на пути распространения этих колебаний, будет регист-
рировать меньшую энергию поступавших в него колебаний. Конт-
роль может быть осуществлен на специальной установке или на
позиции сборочного устройства. Прозвучивание производят по
спиральной линии для оценки качества сопряжения по всей по-
верхности; при этом сопряжение вращается вокруг своей оси,
а датчик ультразвуковых колебаний перемещается вдоль обра-
зующей. Поверхность детали должна быть гладкой, без выступов
и углублений.
Заданное качество соединений при автоматической сборке
чаще всего обеспечивается предварительным (обычно стопро-
центным) контролем размеров сопрягаемых деталей. Этот конт-
роль при массовом выпуске изделий производят на контрольно-
сортировочных автоматах.
Сборка соединений с гарантированным натягом при тепловом
воздействии на сопрягаемые детали. Такую сборку в условиях
автоматизации осуществляют, нагревая охватывающую или
224
охлаждая охватываемую детали [8]. Средства нагрева: ванны
с кипящей водой, масляные ванны (температура до 130° С), тун-
нельно-конвейерные нагревательные устройства (температура до
250°), индукционные установки, питаемые током высокой или
промышленной частоты (температура до 350°'С). Индукционные
устройства малогабаритны, легко встраиваются в автоматическое
сборочное оборудование и обеспечивают скорость нагрева
2-?5 град/с и выше. При использовании установок промышлен-
ной частоты достигается равномерное распределение тепла по
сечению детали, а температуру нагрева можно точно регулиро-
вать временем включения тока.
Средства охлаждения — установки для непрерывного переме-
щения и выдачи деталей с использованием различных хладоно-
сителей (твердая углекислота, пары жидкого азота и др.). Для
небольших деталей (втулки, оси, пальцы) возможно использова-
ние вибрационных бункерно-загрузочных устройств. В предбункер
этих устройств загружается твердая углекислота со спиртом.
Температура охлаждения в этих устройствах — 78° С. Для более
крупных деталей используют конвейерные установки непрерывно-
го охлаждения. В процессе перемещения детали омываются пара-
ми жидкого азота. Температура охлаждения—190° С; она может
регулироваться изменением подачи жидкого азота в испаритель-
ную камеру установки. Применяют также холодильные конвейер-
ные установки, в которых детали охлаждаются воздушным пото-
ком, проходящим через теплообменник специального рефрижера-
торного устройства. Температуру в них регулируют в достаточно
широком диапазоне. Во избежание конденсации влаги важна
тщательная осушка воздуха. В камере охлаждения должно быть
избыточное давление, чтобы в нее не попадал наружный влаж-
ный воздух. Установки описанных типов должны находиться
в непосредственной близости от автоматического сборочного обо-
рудования.
Сборка с охлаждением охватываемой детали не изменяет
исходную структуру и физико-механические свойства металла.
Время охлаждения охватываемых деталей меньше, чем время
нагревания охватываемых. Однако стальные детали при охлаж-
дении становятся хрупкими; при их посадке в охватывающие
нельзя применять удары и большие усилия, особенно при нали-
чии тонких стенок и резких переходов в сечениях. Например, 1 кг
твердой углекислоты может охладить следующие количества (кг)
материалов: сталь — 16,5; чугун—14,4; бронза—16,7; латунь —
17,2; алюминиевые сплавы —7,9. При использовании жидкого
азота для этих же материалов соответствующие величины будут
(кг): 2,4; 2,1; 2,5; 2,5 и 1,2. Стоимость охлаждения 1 кг стальных
деталей при использовании твердой углекислоты «3 коп., пара-
ми жидкого азота — 2 коп. и в рефрижераторных установках кас-
кадного типа — 0,5 коп.
При автоматической сборке с тепловым воздействием необхо-
димо обращать особое внимание на уменьшение времени переноса
15 1273	225
нагретой (охлажденной) детали на оборонную позицию. Из
графика, приведенного на рис. 6.20, г, виден характер изменения
температуры Т детали в функции времени t. Точка А соответ-
ствует моменту выемки детали из нагревательного (холодильно-
го) устройства, а точка В — моменту начала запрессовки.
С уменьшением времени t' уменьшается температура предвари-
тельного нагрева (охлаждения) детали. Транспортирующее уст-
ройство должно обеспечивать минимальное колебание продолжи-
тельности переноса детали. Температуру нагрева охватывающей
детали или температуру охлаждения охватываемой (температура
точки В) можно найти из условия:
(8 + 81)10-3< aTBd,	(6.20)
где б — наибольший натяг для данного сопряжения, мкм; 61 —
наибольший зазор при посадке X для данного номинального диа-
метра (предусматривая зазор, при выполнении сопряжения обес-
печивают сборку без приложения осевой силы); а — коэффициент
линейного расширения материала детали, подвергающейся нагре-
ванию или охлаждению; Тв— температура нагрева или охлаж-
дения, °C; d—номинальный диаметр сопряжения, мм.
Зная регламентированное время t (мин) перемещения детали
из нагревательного (охлаждающего) устройства на сборочную
позицию, можно определить температуру точки А
ТА = Т-(Т-Тв)/е-^,	(6.22)
где Т — температура окружающего воздуха, °C; Тв— температу-
ра начала запрессовки, °C; е — основание натуральных логариф-
мов (е = 2,7172].
Для деталей типа втулок показатель
k =	—I- -4-)-^-,	(6.22)
су \ h 1 I / 3 ’	v ’
где а — коэффициент теплопередачи между втулкой и окружаю-
щей средой, ккал/(м2°С-ч); с — теплоемкость материала втулки,
ккал/(кг°С); у — плотность материала втулки, кг/м3; h и I —
толщинадзтенки и длина втулки, мм. •
Значения а при 1//г+1//= (0,154-0,25)/мм после нагрева в ки-
пящей воде 100-4-140, в горячем масле — 504-70, в электрической
печи — 20-4-30; после охлаждения в спирте (ацетоне, бензине)
с твердой углекислотой — 25, в жидком азоте — 22, в твердой уг-
лекислоте, загруженной кусками, 104-15.
Если температуры Та и Тв заданы, то соответствующее время
1 т - TR
t =---- In—(6.23)
226
Эту формулу можно использовать для определения времени
нагрева (охлаждения) втулки в жидкой или газообразной среде
(см. левые начальные ветви кривых, показанных на рис. 6.20, а)
1	1
t =--------In
1	/г
^ср — ТА
Т’ср 7нач '
’ (6.24)
где Гер — температура нагревающей (охлаждающей) среды (ван-
ны, печи, шкафы, туннельно-конвейерные установки), °C; Тнач—
начальная температура детали, 0 С.
1 Для данного случая значения а следующие: нагрев в элект-
ропечи 50, в масле 90, в кипящей воде 800; охлаждение
в твердой углекислоте «40, в ацетоне с твердой углекислотой
«570, в спирте с твердой углекислотой «380, в жидком азоте
«700.
Контролировать качество сопряжений по ходу выполнения
тепловой сборки затруднительно. Заданное качество сопряжений
обеспечивают тщательным и стопроцентным контролем размеров
сопряженных деталей. Контролировать качество сборки ответ-
ственных сопряжений можно также ранее рассмотренным ультра-
звуковым методом.
Сборка резьбовых соединений. Резьбовые соединения весьма
распространены в машино- и приборостроении. Они обеспечива-
ют возможность разборки и вторичной сборки изделий без по-
вреждения сопрягаемых деталей. Трудоемкость сборки резьбовых
соединений относительно велика. В отдельных отраслях машино-
строения (автомобиле- и тракторостроения) она достигает 30%
от трудоемкости сборки всего изделия; это привело к разработке
и использованию средств механизации и частичной ^автоматиза-
ции для‘этого вида работ. Процесс сборки с использованием
резьбовых крепежных деталей состоит из нескольких последова-
тельно выполняемых этапов. На сборочную позицию устанавли-
вают и взаимно ориентируют сопрягаемые детали изделия. Затем
подают и завинчивают резьбовые крепежные детали, завинчива-
ние включает в себя три этапа: «наживление» резьбовых дета-
лей, завертывание на основную часть резьбы, и последующую за-
тяжку с заданным, моментом. «Наживление» крепежных деталей
(винтов, гаек, шпилек-) — наибольшая трудность при автоматиче-
ской сборке резьбовых соединений. Поэтому нере'дко «наживле-
ние» делают вручную, а последующие завертывание и затяжку —
средствами механизации или автоматизации.
Отдельные методы стопорения резьбовых соединений (поста-
новкой шплинтов, обвязкой проволокой, отгибанием язычков
шайб) в условиях автоматической сборки сложны и не применя-
ются. Задача автоматизации сборки резьбовых соединений на
сегодня еще полностью не решена. Имеющиеся удачные примеры
ее решения немногочисленны и в основном относятся к области
поточно-массового производства.
15*
227
При разработке средств автоматизации часто возникают труд-
ности, вызываемые нетехнологичной конструкцией резьбовых
деталей. Существующие ГОСТы и нормали на резьбовые крепеж-
ные детали составлены без учета условий выполнения автомати-
ческой сборки. Внесение в их конструкцию небольших изменений
существенно облегчает выполнение автоматической сборки.
Ранее отмечалось, что расположение крепежных деталей
должно быть доступным для выполнения автоматической сборки,
т. е. расстояния друг от друга не должны быть близки, так как
это затрудняет использование многошпиндельных винто- и гайко-
завертывающих устройств. Крепежные детали располагают в из-
делии так, чтобы их подача, завертывание и затяжка происходила
путем перемещения сборочных исполнительных устройств по
прямолинейным траекториям. Оси крепежных деталей с каждой
стороны изделия следует располагать параллельно. Размеры кре-
пежных .деталей должны быть по возможности унифицированы.
Вид резьбового соединения оказывает большое влияние на
возможности автоматической сборки. В настоящее время в ма-
шиностроении применяют три основных вида резьбовых соедине-
ний: болтовые, винтовые и резьбовыми шпильками.
Болтовые соединения наименее удобны для автоматической
сборки, так как технологический процесс состоит из большого
числа последовательно выполняемых переходов. Предварительно
ориентированный болт с надетой шайбой подают и вставляют
в отверстия соединяемых деталей. До окончания затяжки болт
нужно поддерживать от выпадения и провертывания. Болты,
вставляемые в отверстия с натягом, не требуют поддерживания
от выпадения, однако для их’постановки нужны прессующие уст-
ройства. Далее следуют постановка одной или двух шайб, «на-
живление» гайки, ее навертывание и затяжка, до требуемого мо-
мента. В отдельных конструкциях предусматривают шплинтовку
гайки, однако этот переход при автоматизации сборки труден
и нежелателен. Для выполнения рассмотренных переходов нужен
комплекс исполнительных устройств (общее количество которых
достигает 20), работающих в определенной последовательности
и с высокой степенью надежности.
Соединения при помощи резьбовых шпилек более технологич-
ны, так как процесс автоматической сборки состоит из меньшего
количества переходов. Сначала ввертывают шпильки в резьбо-
вые отверстия базовой детали с заданным крутящим моментом.
Затем на ввернутые шпильки надевают сопряженную деталь
и ставят шайбы. После ориентации и подачи гаек на сборочную
позицию автомата их «наживляют», завертывают и затягивают
гайки с заданным крутящим моментом. Общее количество испол-
нительных устройств при этом достигает 15.
Наиболее просто автоматизируется сборка винтовых соедине-
ний. После установки сопряженных деталей в нужное положение
происходит подача, «1наживление», завертывание и за/яжка вин-
тов. Использование винтов с потайной конической головкой обес-
228
печивает их хорошее стопорение без применения шайб. При нали-
чии цилиндрической, полукруглой или шестигранной головки
сборка несколько усложняется из-за необходимости предвари-
тельного надевания на ввертываемые винты обычных или разрез-
ных (пружинных) шайб. Общее число исполнительных устройств
в этом случае обычно не превышает 10.
Весьма перспективны самонарезающие (резьбообразующие)
винты. Их можно ставить без шайб, так как они обеспечивают
хорошее стопорящее действие. При наличии заборного конуса они
легко направляются гладким отверстием в начале процесса за-
вертывания.
Возможности осуществления автоматической сборки зависят
от конструктивного оформления элементов резьбовых деталей.
Обычная форма головок с наружным или внутренним шестигран-
ником достаточно удобна для захвата их торцовым ключом и пе-
редачи крутящего момента при наживлении и последующей
затяжке резьбового соединения; при наличии фаски ключ хорошо
попадает на шестигранник и центрируется по крепежной детали.
Менее удобны головки квадратной формы.
Рис. 6.21
Головки крепежных деталей со шлицами менее удобны для
условий автоматической сборки. Шлиц полностью не центрирует
отвертку. Центрируют винт обычно специальной направляющей
втулкой по внешнему контуру его головки (рис. 6.21,а). Враще-
ние винта за шлиц не обеспечивает передачу больших моментов
затяжки из-за возможности смятия участков шлица с большими
контактными напряжениями по краям прорези.
229
Величина момента затяжки винтов, при котором происходит-
скручивание или поломка лезвия отвертки с повреждением шлица
(кгс-см)
М = 2,65 • 103rtZ2,	‘ (6.25)
где п — ширина шлица винта, см; I — ширина лезвия отверт-
ки, см.
Головки винтов с крестообразным шлицем (рис. 6.21,6) обес-
печивают хорошее центрирование отвертки и передачу значитель-
но большего момента затяжки. Эти головки удобны для автома-
тической сборки. Захват крепежной детали при ее наживлении
и затяжке производится вращающимся инструментом (торцовый
ключ, отвертка). Частота вращения инструмента обычно не пре-
вышает 500 об/мин. Осевая сила прижатия инструмента к кре-
пежной детали в начале «наживления» должна быть небольшой
во избежание смятия первых ниток резьбы. Для резьб диаметром
от Мб до М12 эта сила не превышает 1 кгс, что обеспечивается
применением упругого элемента между инструментом и шпинде-
лем. Для повышения надежности захвата крёпежной детали сбо-
рочным инструментом необходимо обеспечивать минимальный
зазор между крепежной деталью и сборочным инструментом по
размеру «под ключ» или по ширине шлица головки винта. Вели-
чина этого зазора для указанного диапазона диаметра резьб
должна быть не менее 0,Г мм. С уменьшением зазора ухудшает-
ся попадание ключа на головку винта; с его увеличением растут
контактные деформации на углах шестигранника или. по краям
шлица. В силу этого допуски на размеры крепежных деталей,
связанных со сборочным инструментом, должны быть более узки-
ми, чем в обычном производстве. Равным образом и допуски на
размеры сборочных инструментов подвергаются соответствующе-
му ужесточению.
Винты с цилиндрической1 и полукруглой головками для их
лучшего стопорения ставят с одной и реже с двумя шайбами.
Постановка этих шайб усложняет средства автоматизации сбо-
рочных работ. В последнее время такие винты подают с предва-
рительно надетыми и неснимаемыми шайбами (рис. 6.21,в). Сна-
чала на стержень винта надевают шайбу. Затем на нем накаты-
вают резьбу. В результате увеличения диаметра накатанной части
стержня шайба не может быть снята с винта. Другой способ
стопорения винтов (без постановки шайб) заключается в следу-
ющем. В резьбовой части винта просверлено глухое отверстие,
куда запрессована нейлоновая вставка 1 (рис. 6.21,в). Эта встав-
ка при завертывании и затяжке винта создает момент трения,
препятствующий самоотвертыванию винта. На рис. 6.21, г пока-
зана конструкция гайки со свободно надетой на ее буртий и раз-
вальцованной шайбой. Гайки такого типа упрощают процесс
сборки резьбовых соединений.
230
Конструкции резьбовых шпилек для автоматической сборки
целесообразно выполнясь с резьбовыми участками равной длины
и с резьбами одного диаметра и одного шага. Это-упрощает уст-
ройство- ориентации шпилек в направляющем лотке бункерного
питателя. При одинаковых диаметрах, но разных шагах резьбы
задача ориентации шпилек усложняется. В настоящее время из
нескольких предложенных методов ориентации наилучшие резуль-
таты по надежности работы показал метод ориентации с двумя
резьбовыми гребенками одного (большего) шага. Эти гребенки
контактируют с резьбовыми участками шпильки и перемещаются
вдоль ее оси друг от друга. Захватывает шпильку та гребенка,
резьба которой совпадает по шагу с резьбой шпильки. Этот конец
шпильки направлен в питателе вверх.
Ранее отмечалось, что задача ориентации стопорных винтов
значительно облегчается, если шлицевую прорезь делать на обо-
их концах винта, а последние выполнять с совершенно одинаковыми
фасками.
Для обеспечения надежного свинчивания резьбовых деталей
их оси в момент «наживления» должны совпадать. Максимально
допустимый угол перекоса оси винта по отношению к оси резь-
бового отверстия (рис. 6.21,д'), при котором не происходит заеда-
ния и срыва резьбы,
₽ < arctg (0,5s/d),	(6.26)
где s — шаг резьбы; d — наружный диаметр резьбы.
Из приведенной формулы видно, что максимально допустимый
угол перекоса зависит от шага и от наружного диаметра резьбы.
С увеличением шага и уменьшением наружного диаметра резьбы
допустимый угол перекоса осей резьбовых деталей возрастает.
На рис. 6.21, е приведены значения допустимых углов переко-
са для стандартных метрических резьб (основной М и первой
мелкой Ш), из которого видно, что лучшие условия наживления
обеспечиваются у основных резьб, так как в этом случае допу-
стимый угол перекоса максимален.
Направление резьбовых деталей при их свинчивании может
быть .обеспечено использованием в исполнительных устройствах
сборочных автоматов цельных или разъемных направляющих вту-
лок или питателей. В конструкциях самих резьбовых деталей
нужно предусматривать при этом свои направляющие элемен-
ты — выточки и фаски.
На рис. 6.22, а показана прежняя и измененная конструкция
ниппеля велосипедного колеса. Введением выточки диаметром dt
облегчают «наживление» ниппеля на спицу. Диаметр выточки
d\ = d+Д;
Д = O,5sZ/tZ	(6.27)
— диаметральный зазор между выточкой и резьбовой частью спи-
цы; I — глубина выточки.
231
Приспособление, показанное на рис. 6.22, б, обеспечивает
свинчивание резьбовых деталей 1 и 2 при наличии у них центри-
рующих выточки и отверстия. Наибольший зазор при посадке
внутренней детали на центрирующий штифт .определяют цо при-
веденной выше формуле.
Рис. 6.22
У винтов для лучшего направления при свинчивании целесо-
образно делать центрирующие заточки (рис. 6.22, в), которыми
они входят в резьбовое отверстие сопряженной детали. Диаметр
цилиндрической заточки должен быть немного меньше внутрен-
него диаметра резьбы. Величину диаметрального зазора можно
найти по вышеприведенной формуле. Можно также использовать
конические заточки и фаски.
В настоящее время применяют следующие основные схемы
сборки резьбовых соединений в автоматическом и смешанном
циклах.
1.	Наживление, завертывание и затяжку резьбовых крепеж-
ных деталей с заданным моментом. Всю сборку осуществляют
на одно- и двухшпиндельных установках автоматического, или
полуавтоматического типа. Тарирование момента затяжки обеспе-
чивается посредством кулачковой или фрикционной муфты. Дан-
ную схему применяют при сборке резьбовых соединений диамет-
ром до Мб, когда в технических условиях не предусмотрена рав-
номерная затяжка всех крепежных деталей в определенной
последовательности за несколько этапов. При наличии несколь-
ких крепежных деталей базовая деталь собираемого изделия
перемещается под шпинделем завертывающего устройства в соот-
ветствующие положения (позиции).
2.	Наживление и завертывание крепежных деталей до некото-
рого промежуточного момента на одно- или двухшпиндельных
установках с последующей передачей собираемого изделия на
другую установку многошпиндельного типа для единовременной
затяжки всех крепежных деталей с заданным моментом. Эту схе-
му применяют для крепежных деталей диаметром от М8 до М16
232
и более. Она обеспечивает качественную сборку ответственных
соединений без деформаций соединяемых деталей изделия.
3.	Ручное наживление крепежных деталей с последующей пе-
редачей собираемого- узла изделия на многошпиндельную уста-
новку для единовременного завертывания и затяжки крепежных
деталей с заданным моментом. Схему применяют при диаметре
крепежных деталей более М14. Как и схема, указанная в п. 2, она
обеспечивает качественную сборку ответственных соединений.
В особых случаях схемы, разобранные, в п. 2 и 3, могут до-
полняться ручной (контрольной) дотяжкой крепежных деталей
при помощи тарированных или динамометрических ключей.
Сборку резьбовых соединений по рассмотренным схемам, мож-
но выполнять на отдельных установках, на установках, встраи-
ваемых в автоматические или полуавтоматические линии, а также
специальными устройствами, представляющими собой часть более
сложных технологических комплексов.
Рис. 6.23
Рассмотрим теперь изменение крутящего момента на шпин-
деле резьбозавертывающего устройства в процессе сборки от эта-
па наживления до окончания этапа затяжки резьбового соедине-
ния. На рис. 6.23, а показаны типичная зависимость крутящего
момента М от длины свинчивания I или угла поворота резьбовой
детали. Кривая 1 характеризует постепенное возрастание момен-
та на этапе наживления (этап /), дальнейшее небольшое увели-
чение момента на этапе завертывания II до некоторой постоянной
величины а и последующее резкое повышение момента на этапе
затяжки III до заданной величины Мзат. При наличии упругого
элемента (обычная или разрезная шайба) возрастание момента
233
на этапе III происходит более замедленно (кривая /а), а длина
этапа III увеличивается. Длина свинчивания"/ суммируется из
толщины резьбовой детали /] и свободной части винта /2 (рис.
6.23,а). Она равна длине свинчивания на этапах I и II. На уча-
стке длиной /2 кривая 1 имеет горизонтальную ступень.
На рис. 6.23,6 показана зависимость М от I при /2 = 0; в этом
случае на кривой 1 горизонтальная ступень отсутствует. Кривая 1
характеризует зависимость М от / для некоторого среднего еди-
ничного резьбового соединения. Для партии резьбовых соедине-
ний эта кривая преобразуется в полосу переменной ширины с гра-
ничными кривыми 1' и 1. Отклонения фактических значений М от
средних обусловлены неточностью изготовления резьбовых эле-
ментов сопрягаемых деталей, неперпендикулярностью их торцо-
вых поверхностей, а также переменной шероховатостью резьбо-
вых и торцовых поверхностей. Из рисунка видно, что при посто?
янном значении /И3ат длина этапа III изменяется от минимальной
до максимальной величины, а в соответствии с этим и осевая
сила затяжки резьбовых соединений.
На рис. 6.23, в представлена характерная зависимость М от /
для соединений, осуществляемых при помощи резьбообразующих
винтов (кривая 1) и соединений шурупами по дереву или другим
мягким материалам (кривая 2). На кривой 1 хорошо виден пер-
вичный горб, характеризующий процесс , резьбообразования
в нижней (листовой) детали а, последующий участок спада мо-'
мента и участок вторичного роста момента при затяжке соедине-
ния. Кривая 2 состоит из двух участков. Первый участок (до
точки Ь) характеризует процесс ввертывания шурупа; второй уча-
сток (точка /?), соответствует процессу затяжки соединения до
заданного момента. В точке b имеет место излом кривой или
пересечение кривых 2 и'2'.
Во всех рассмотренных случаях можно различать этапы на-
живления, ввертывания и затяжки резьбовых крепежных деталей.
Зависимости М от / видоизменяются для различных конструкций
резьбовых соединений и в каждом отдельном случае устанавли-
ваются экспериментально.
Важнейшее устройство каждой автоматической или полуавто-
матической машины для наживления и завертывания резьбовых
крепежных деталей — питатель, непосредственно удерживающий
и подающий крепежную деталь в зону сборки. Все разнообразие
конструкций существующих питателей можно Свести к двум
основным типам: к первому относятся раскрывающиеся и раз-
движные питатели, а ко второму — трубчатые.
Раскрывающиеся питатели (рис. 6.24, а) имеют упругие лепе-
стки 2, удерживающие винт 1, который подается по желобу <3
в прорезь между лепестками. При опускании питателя отвертка 4
входит в шлиц винта 1 и приводит его во вращение. На опреде-
ленной высоте от детали 6, в которую завертывается винт, лепест-
ки питателя раскрываются и винт завертывается до конца. Это
происходит в результате того, что скосы лепестков а западают
234
в соответствующую коническую выточку корпуса 5. При подъеме
питателя скосы входят в цилиндрическую часть корпуса и лепест-
ки сходятся.
Раздвижные питатели (рис. 6.24, б) удерживают завертывае-
мый винт 1 посредством трех поворотных, кулачков 2. Винт пода-
ется по желобу 3 через боковое окно в неподвижной трубке пита-
теля. При опускании отвертки 4 винт начинает ввертываться
в резьбовое отверстие детали 6, раздвигая своей головкой кулач-
ки 2 и преодолевая сопротивление упругого кольца 5.
Трубчатые питатели (рис. 6.24, в) имеют упругую заслонку
для удержания завертываемого винта 1, подаваемого через боко-
вое окно 4 в трубке 3 питателя. При опускании последнего за-
слонка выходит и винт 1 падает вниз, направляясь по фаске
резьбового отверстия в детали 6. Отвертка 5 завертывает винт до
конца. При подъеме питателя упругая заслонка 2 вводится в его
прорезь, подготавливая прием следующего винта. Трубчатые
питатели в основном применяют для завертывания винтов с ци-
линдрической головкой, так как они меньше перекашиваются
в питателе по сравнению с винтами других типов. Трубчатые
питатели, малогабаритны и удобны для завертывания винтов
в труднодоступных и стесненных местах.
235
В питателях рассмотренных типов винты не имеют точно фик-
сированного положения. Они центрируются с зазором по гладкой
или резьбовой поверхности стержня или по поверхностям головки
(наружной, нижней торцовой). Лишь потайные винты могут цент-
рироваться в питателе без зазора по конической поверхности сво-
ей головки. Зазор благоприятствует условиям наживления винта
при наличии смещения осей питателя и резьбового отверстия,
обеспечивая самоустановку винта в питатель.
, На рис. 2.24, г показана схема устройства для автоматическо-
го наживления и навертывания гаек 6, поступающих по лотку 5
из бункера. На рабочей позиции гайка поддерживается двумя
держателями 8, раздвигающимися при опускании шпинделя 2
с внутренним шестигранником. Гайка предохраняется-от выпада-
ния плоской пружиной 3, закрепленной на штифте 4. При подхо-
де шпинделя к шпильке 7, на которую навертывается гайка 6,
штифт 4 утапливается внутрь шпинделя, преодолевая действие
спиральной пружины 1.
Приведенные на рис. 6.24 устройства имеют различное кон-
структивное оформление. Они могут использоваться как само-
стоятельно действующие автоматические установки или встраи-
ваться в виде исполнительных механизмов в более сложные тех-
нологические. комплексы. Вращающаяся часть этих устройств
связана с приводом через муфту тарирования крутящего момен-
та. Величина момента устанавливается по заданной силе затяж-
ки для крепежных деталей малого диаметра или предварительно
с учетом последующей окончательной затяжки.
На рис. 6.25, а, б и в показаны схемы устройств для заверты-
вания и затяжки резьбовых деталей с заданным крутящим мо-
ментом и их характеристики.
В устройстве, изображенном на рис. 6.25, а, вращение от элек-
тродвигателя 1 через фрикционную муфту 2 и зубчатый редук-
тор 3 передается на торцовый ключ 4 или отвертку. С правой
стороны показана моментная характеристика, где по оси ординат
отложена величина момента М, .развиваемого устройством, а по
оси абсцисс — время работы устройства t при затяжке крепеж-
ной детали. В точке а происходит проскальзывание муфты и так
236
как коэффициент трения скольжения меньше коэффициента тре-
ния покоя передаваемый муфтой, то момент М уменьшается до
постоянной величины (горизонтальная линия b—Ь). Ввиду того
что коэффициент трения нестабилен, передаваемый муфтой мо-
мент непостоянен (на графике заштрихованная зона). Момент
затяжки резьбовых соединений в партии собираемых узлов будет
изменяться в пределах расстояния между линиями а—а'иах—а\.
В устройстве, данном на рис. 6.25, б, фрикционная муфта за-
менена на предельную муфту 3 со скошенными торцовыми кулач-
ками. Сначала передача момента происходит при сцепленных
половинках муфты. В промежутке между точками с и сх из-за
нестабильности трения в кулачках происходит срабатывание муф-
ты. При дальнейшей работе устройства половинки муфты соуда-
ряются, вызывая ступенчатое увеличение момента затяжки резь-
бового соединения. Если время работы муфты изменяется от t\
до 1г, то непостоянство момента затяжки при сборке партии изде-
лий будет выражаться отрезком т.
Устройство, представленное на рис. 6.25, в, не имеет муфты
тарирования момента. От пневмодвигателя 1 вращение через зуб-
чатый редуктор 2 передается на торцовый ключ 3. По мере за-
тяжки резьбового соединения двигатель, жестко соединенный
с торцовым ключом, затормаживается и останавливается (точ-
ка е). В процессе затяжки вся кинетическая энергия вращающих-
ся деталей устройства превращается в энергию- затяжки. Момент
затяжки зависит не только от момента на валу пневмодвигателя
МдВ и передаточного отношения зубчатого редуктора i, но и от
угловой скорости шпинделя устройства w и приведенного момен-
та инерции его вращающихся деталей /Пр. Величины i и /Пр для
данного устройства постоянны; величины Мдв и w можно при-
близить к постоянным, стабилизируя давление сжатого воздуха,
питающего пневмодвигатель устройства. В результате этого рас-
стояние между горизонтальными линиями е—е' и е\—е'х можно
сократить, уменьшая тем самым неравномерность затяжки резь-
бовых соединений.
Кроме рассмотренных известны резьбозавертывающие устрой-
ства с ударно-импульсными преобразователями момента. Однако
при автоматической сборке они почти не применяются по причи-
не нестабильной работы и недостаточной долговечности ударных
механизмов.
Оценивая приведенные конструкции резьбозавертывающих
устройств, можно отметить их преимущества и недостатки. Уст-
ройства с фрикционными муфтами бесшумны в работе и обеспе-
чивают достаточно высокую равномерность затяжки, однако
поперечные габариты их велики, что затрудняет использование
этих устройств в многошпиндельных установках. Устройства с ку-
лачковыми муфтами имеют меньшие габариты, но меньшую рав-
номерность затяжки. В работе эти устройства вызывают шум
и сотрясения, что малопригодно для условий автоматизации.
Наиболее удобны для автоматических и полуавтоматических
237
установок • безмуфтовые устройства с самоторможением двигателя
в конце затяжки. Они просты по конструкции, надежны и бесшум-
ны в работе, обеспечивают наиболее высокую равномерность за-
тяжки. При малых габаритах из них легко компоновать много-
шпиндельные установки.	♦
Ниже приведены, сравнительные данные по относительной
неравномерности развиваемого момента устройствами различно,-
го типа. Величина относительной неравномерности
1 — (7Июах	М mln)/-^cp>	(6.28)
где Afmax — наибольший момент; Afmin — наименьший момент;
Afcp—средний момент, развиваемый сравниваемыми устрой-
ствами.
Для безмуфтовых устройств с самоторможением двигателя
в конце затяжки у = 0,154-0,20; для устройств с фрикционной
муфтой у = 0,154-0,22; для устройств, с кулачковой муфтой у=
= 0,264-0,32; для устройств с ударно-импульсным преобразовате-
лем момента у = 0,304-0',36. Если неравномерность затяжки отнести
не к моменту, развиваемому на шпинделе резьбозавертывающего
устройства, а к осевой силе в партии крепежных деталей, то при-
веденные значения возрастают в 1,54-2 раза. Это обусловлено
неточностью изготовления крепежных деталей; повышение каче-
ства их изготовления позволяет уменьшить неравномерность за-
тяжки резьбовых соединений в условиях автоматизированного
производства.
Повышение производительности сборки на этапах завертыва-
ния и затяжки резьбовых соединений обеспечивается использо-
Рис. 6.26
ванием	многошпин-
дельных	устройств,
принципиальные схе-
мы которых показаны
ниже. Устройство, ра-
ботающее по схеме,
изображенной на рис.
6.26, а, с одним общим
двигателем 1 и одной
муфтой тарирования
момента 2 не дает рав-
номерной затяжки кре-
пежных деталей в
групповом соединении
различными шпинде-
лями 3. Применение
этого устройства после
этапа наживления приводит к тому, что отдельные крепежные
детали могут быть перетянуты, а другие недотянуты или даже не
завернуты полностью. Если это устройство применить для оконча-
тельной затяжки после предварительного завертывания крепеж-
ных деталей с небольшим моментом, то равномерность затяжки
238
несколько повышается. Данное устройство при этом условии ис-
пользуется при сборке неответственных соединений, имеющих
достаточно упругие элементы.
Устройство, работающее по схеме, данной на рис. 6.26, б, с од-
ним двигателем 1 и индивидуальными муфтами тарирования мо-
мента 2 на отдельных шпинделях 3 обеспечивает более равномер-
ную затяжку. К его недостаткам следует отнести большие габа-
риты муфт, в результате чего невозможно обеспечить малые
межосевые расстояния в проектируемых компоновках.
Наибольшее применение получили устройства, компонуемые
из отдельных безмуфтовых резьбозавертывающих механизмов
с индивидуальными пневмодвигателями (рис. 6.26,в). При ис-
пользовании планетарного редуктора эти механизмы по внешнему
"виду представляют собой цилиндрические насадки 2 небольшого
диаметра, из которых легко компоновать резьбозавертывающие
устройства с различным расположением осей. Насадку размеща-
ют в общем корпусе 3, перемещаемом по^ направляющим скал-
кам 4. Подводится и отводится многошпиндельное устройство от
гидроцилиндра 1. Устройства данного типа применяют для завер-
тывания и затяжки крепежных деталей. Они просты, компактны
и обеспечивают наибольшую равномерность затяжки. Благодаря
"единовременной затяжки всех крепежных деталей они могут при-
меняться для сборки ответственных соединений (крепление го-
ловки к блоку цилиндров автомобильного двигателя), исключая
деформацию и перекосы нежестких деталей собираемого изде-
лия. По сравнению с ручной сборкой, осуществляемой путем
постепенной затяжки крепежа в определенной последовательно-
сти, многошпиндельные устройства обеспечивают значительное
повышение производительности труда.
Соединения заклепками. Такие соединения более технологич-
ны в условиях автоматической сборки, чем соединения резьбовые.
Для выполнения клепаных соединений используют более простое
и надежно работающее оборудование. Время на выполнение этих
соединений сравнительно мало, а качество их более однородное.
Склепывание в автоматизированном производстве.применяют для
прочного и герметичного неразборного соединения деталей, полу-
ченных главным образом из листового материала в тех. случаях,
когда нагрев соединяемых деталей нежелателен (сепараторы
шарикоподшипников, узлы приборов, крепление плоских пружин,
сборка термообработанных деталей), а также при сборке деталей
из разнородных материалов (сталь-чугун, металл-пласт^асса),
сварка и пайка которых затруднена, а склеивание не обеспечива-
ет нужной прочности.
Обычно используют стандартные заклепки с головками раз-
личного вида и специальные (пустотелые, трубчатые). В трудно-
доступных местах производят одностороннюю клепку, применяя
специальные заклепки. В условиях автоматизации предпочти-
тельна холодная клепка при диаметре заклепок до 10 мм, когда
упрощаются исполнительные устройства и компоновка клепаль-
239
ного оборудования. Замыкающую головку заклепок образуют
ударами и давлением. Предпочтительна клепка давлением (прес-
совая клепка), как более качественная. Она бесшумна и не вы-
зывает вредных для автоматических устройств (АУ) сотрясений.
Замыкающие головки трубчатых заклепок получают развальцов-
кой. Недавно предложен орбитальный метод клепки, при кото-
ром замыкающую головку образуют давлением и раскатыванием.
В процессе работы пуансон покачивается, что снижает усилие
клепки, улучшает ее качество, но несколько снижает производи-
тельность.
Склёпыванию предшествует подготовка отверстий и прижа-
тие соединяемых деталей. Отверстия получают пробивкой и свер-
лением, которое рекомендуют для ответственных соединений.
Пробивка отверстий вызывает наклеп и трещины на их краях.
Повышение точности расположения отверстий обеспечивается
многошпиндельным сверлением или одновременной пробивкой
несколькими пуансонами. Прижатие склепываемых, деталей повы-
шает прочность соединения на 15—20%, но несколько усложняет
АУ. Для неответственных и негерметичных соединений допустима
клепка без прижатия деталей.
Замыкающую головку получают прямым и обратным спосо-
бами. При прямом способе закладная головка заклепки упирает-
ся в поддержку, а замыкающая головка образуется обжимкой
под действием приложенной силы. При обратном способе силу
прикладывают к закладной головке, а замыкающую получают
расплющенной формы от соприкосновения с плоской поддержкой.
Второй способ более предпочтителен, так как заклепки вводят
в отверстия сверху. Для повышения производительности целесо-
образно применять групповую клепку, прй которой одновременно
ставятся все заклепки собираемого изделия, а также применять
методы клепки с высокой степенью концентрации технологиче-
ских переходов. В этом смысле перспективны рассматриваемые
ниже новые методы клепки.
, В качестве технологического оборудования применяют клепаль-
ные прессы, полуавтоматы и автоматы. В прессах заклепки встав-
ляют вручную, в полуавтоматах — автоматически при помощи пода-
ющего устройства. В автоматах пробивка отверстий, вставка и об-
жатие замыкающих головок заклепок происходят автоматически.
Полуавтоматы и автоматы служат для холодной клёпки с наиболь-
шим диаметром заклепок до 8 мм; время на расклепывание одной
заклепки около 0,5 с.
Крупногабаритные изделия (кузов трайлера) собирают на
клепальных установках с ПУ. На этих установках в определенной
последовательности сверлятся отверстия, вставляются и осажива-
ются заклепки. Элементы изделия предварительно собирают
в сборочном приспособлении. Детали, подвергаемые склепыванию,
должны быть удобны для применения клепальных автоматов
и полуавтоматов. Расположение заклепок не должно быть тесным,
так как при этом приходится производить не групповую, а после-
240
довательную клепку, перемещая собираемый объект в рабочую
зону автомата за несколько приемов.
Процесс автоматической клепки обычно состоит из следующих
основных этапов: 1) установка соединяемых деталей в точно ори-
ентированное положение в сборочное приспособление автомата или
полуавтомата манипулятором или вручную; 2) вставка заклепок
в отверстия соединяемых деталей; 3) осадка замыкающих головок
заклепок с предварительным сжатием соединяемых деталей или
без него; 4) удаление собранного изделия в тару или на следую-
щую позицию автомата.
Этапы 2 и 3 можно выполнять в разных вариантах. Простейший
из них — это последовательная вставка и расклепывание заклепок
в установленной последовательности. Более производительна по-
следовательная вставка и одновременное расклепывание всех за-
клепок. При этом варианте применяют более мощные прессы и точ-
ные по длине заклепки. Еще более производительны, но более
сложны — одновременная вставка и расклепывание всех заклепок.
На рис. 6.27, а показана схема такого процесса клепки. После уста-
новки соединяемых деталей 1 и 2 на фиксирующие штыри 3 при-
способления через боковые отверстия 7 труб 6 подаются заклепки 5.
Из вибробункеров в ориентированном виде. Эти заклепки напра-
вляются и удерживаются упругими губками, 4. На второй стадии
процесса (рис. 6.27, б) штоки 8 проталкивают заклепки в отверстия
Рис. 6.27
соединяемых деталей; при дальнейшем опускании штоков 8 про-
исходит сжатие соединяемых деталей в результате осадки упругих
опор 9 и образование плоских замыкающих головок заклепок при
контакте их концов с плитой 10. Для повышения безотказности
работы базовые отверстия и отверстия под заклепки должны быть
точно скоординированы, а между отверстиями и заклепками
И 16 1273
241
должен быть достаточный зазор (в пределах десятых долей мил-
лиметра); на отверстиях желательно иметь небольшие фаски. Для
установки деталей и съема собранного изделия устройство со што-
ками’ 8 поднимается вверх.
В условиях автоматизации целесообразно применять специаль-
ные методы клепки, связанные с малым количеством вспомогатель-
ных движений, что упрощает конструкцию сборочного автомата
и повышает его производительность. На рис. 6.28 показаны стадии
Рис. 6.28
работы клепального автомата, осуществляющего соединение дета-
лей при помощи потайных заклепок. Автомат пробивает отверстия,
в деталях, вставляет заклепки и осаживает их замыкающие голов-
ки. Стадии работы автомата следующие: 1 — склепываемые детали
установлены на нижнее основание: 2 — верхний пуансон опускает-
ся и выдавливает в листах углубление, нижний пуансон пробивает
в деталях отверстие (вырезки удаляются через боковое отверстие
верхнего пуансона); 3 — верхний пуансон поднимается, нижний
остается в пробитом отверстии, препятствуя сдвигу листов; 4 — за-
клепку автоматически подают в гнездо пуансона, где она удержива-
ется раздвижными губками, выполненными на второй позиции; 5 —
заклепку вводят в отверстие листов толкателем, раздвигающим
губки, и нижний боек образует замыкающую головку.
Более просты клепальные машины с автоматической вставкой
заклепок в предварительно просверленные или пробитые отверстия
с последующей осадкой замыкающих головок. Машины этого типа
выполняют с одной, двумя или большим количеством одновременно
работающих рабочих головок. На машинах с одной клепальной
головкой применяют передвижные приспособления или авто-
матические поворотные устройства для последовательной клепки
всех заклепок. Машины с несколькими головками компонуют на
одном общем основании. Перестановкой головок достигается быст-
рая переналадка машины на другой объект сборки.
Если все заклепки невозможно поставить одновременно из-за
тесного их расположения, то приходится применять поворотные
устройства. Расположение склепываемых деталей на них должно
Рис. 6.29
быть таким, чтобы за минимальное количество поворотов можно
было закончить постановку всех заклепок. На рис. 6.29, а в каче-
стве примера показана схема работы такого поворотного устрой-
ства. Позиция 1 — загрузочная. На позициях 2 и <3 производится
клепка. На позиции 4 автоматически снимают собранное изделие,
на котором тесно расположены восемь заклепок. Кружками пока-
зано расположение клепальных головок, крестиками — поставлен-
ные заклепки. При
клепке описанное уст-
ройство периодически
поворачивается на 90°.
На рис. 6.29, б по-
казана пластина, при-
клепываемая к сопря-
женной детали заклеп-
ками 1, 2, 3, 4. Из-за
близкого расположе-
ния заклепок сначала
приходится ставить за-
клепки 1 и 3, а затем
2 и 4 после переста-
новки изделия на дру-
гую клепальную машину. При изменении конструкции (рис. 6.29, в)
клепку можно производить на одной машине за два последова-
тельных перехода при повороте стола вокруг оси 0 на 180°.
Большие возможности при автоматизации процесса склепыва-
ния дают заклепки для односторонней клепки, так как их можно
ставить без применения поддержек. Вставляют заклепки с одной
удобной для работы стороны. Количество рабочих и вспомогатель-
ных движений автомата сводится к минимуму. Возможна одиноч-
Рис. 6.30
ная и групповая клепка. Заклепки можно ставить в труднодоступ-
ных местах (под углом, в углублениях).
На рис. 6.30, а показана схема односторонней клепки полыми
заклепками 1, в отверстие которых вставляют стержень 2. Заклеп-
ку со стержнем вводят в отверстие сопрягаемых деталей сверху.
243
Стержень 2 захватывается пневматическим устройством, неподвиж-
ная часть 3 которого упирается в закладную головку заклепки.
После протягивания стержня через заклепку на ней образуется
замыкающая > головка, показанная на нижней проекции. На рис.
6.30, б показан другой тип заклепки 1, стержень 2 который при
осадке обрывается по утоненной шейке. Оставшаяся часть головки
стержня плотно закрывает отверстие в заклепке. На рис. 6.30, в
показана заклепка, вставляемая сверху пуансоном 1. Замыкающая
головка получается ударом или нажатием пуансона на коническую
фаску, в результате чего концы заклепки отгибаются. Применяется
при жестких деталях., На рис. 6.30, г показано соединение вильча-
той заклепкой. Эти заклепки, имеющие диаметр 14-8 мм, про-
калывают отверстия
в тонких листах (мяг-
кий металл, пластмас-
са, фибра, кожа).
После постановки за-
клепок вильчатые кон-
цы ее отгибаются
в разные стороны,
плотно стягивая соеди-
няемые детали. За-
клепки можно ставить
с подкладной шайбой
или без нее.
Перспективно скле-
пывание с пробивкой
отверстий в соединяе-
мых листах самой за-
Рис. 6.31
/
клепкой. Заклепку в
виде гладкого стержня 1 подают через окно трубы 2, которая вме-
сте с нижней матрицей 3 сближается и сжимает листы 4 и 5
(рис. 6.31,а). Верхний шток 6 опускается и заклепка 1 пробива-
ет отверстия. Высечки 7 удаляются сжатым воздухом через ок-
но а (рис. 6.31,б). Далее'труба 2 и матрица 3 отходят, а цижнйй
шток 8, поднимаясь вверх, образуют две плоские головки заклеп-
ки (рис. 6.31,в). Заклепка, являясь разовым пуансоном, может
быть сделана из такого же материала, что и соединяемые листы.
В этом случае ее диаметр может быть равен толщине листов. При
более твердом материале заклепок толщина листов может быть
увеличена.
На рис. 6.32, показаны последовательные стадии соединения
двух металлических листов без заклепок. Этот метод представляет
интерес для автоматизации производства. Листы 1 и 2 соединяют
в два приема двумя парами инструментов. Первой парой инстру-
ментов 3 и 4 делают углубление в верхнем листе и одновременно
пробивают отверстие в нижнем с образованйем на нем с нижней
стороны кольцевого углубления. Высечка 5 удаляется через от-
244
верстие а полой матрицы. Затем пара инструментов 3 и 6 вы-
полняет соединение, показанное на правой проекции.
Из рассмотренных примеров видно, что развитие автоматизации
сборочных работ выдвигает новые методы соединений и ставит
новые требования к конструктивному оформлению элементов
изделий.
При проектировании Операций автоматической клепки рассчи-
тывают силу для образования замыкающей головки. Эта сила,
зависящая от материала заклепки, ее размеров и формы замыкаю-
щей головки (кгс)
Р = kd^W75,	(6.29)
где k — коэффициент формы замыкающей головки (для сфериче-
ских головок £=28,6; для потайных — 26,2; для плоских—15,2;
для трубчатых и полутрубчатых заклепок — 4,33); d— диаметр
стержня заклепки, мм; ов— предел прочности при растяжении
материала заклепки, кгс/мм2.
Усилие сжатия листов для обеспечения герметичности клепки
обычно берут в пределах 104-15% от силы для образования
замыкающей головки. Тоннаж прессующего устройства клепального
автомата должен быть на 304-50% больше расчетной силы клепки.
В качестве прессующих устройств используют гидроцилиндры или
гидрорычажные (пневморычажные) механизмы. Весьма'важно, что-
бы кривая нарастания силы на штоке последних устройств в функ-
ции пути располагалась выше кривой силы клепки.
Качество клепки в условиях автоматизации контролируют по
силе образования рамыкающей головки, измеряемой на штоке прес-
сующего устройства. Высоту головки также контролируют в про-
цессе клепки по величине перемещения этого штока. Исключение
•брака и аварийных ситуаций при работе клепального оборудова-
ния обеспечивается системой датчиков и блокирующих устройств,
связанных с общей системой управления.
16 1273
245
Сборка методом пластического деформирования. Такая сборка
соединяемых деталей широко распространена в машино- и прибо-
ростроении, в электротехнической и радиопромышленности. Дефор-
мации подвергается одна (реже две) из соединяемых деталей,
выполняемая из листа, трубы, полосы или проволоки. Обычно она
имеет в месте сопряжения тонкие стенки. На рис. 6.33 показаны
примеры выполнения соединений: вальцевание роликовой вальцов-
кой, производимое в целях получения плотного и герметичног©
соединения трубы с сопряженной деталью (а); отбортовка роли-
ковой вальцовкой или на прессе обжимкой для прочного соединения
втулки с листовой деталью (б); завальцовывание роликовой валь-
цовкой (в);' дорнование втулки шариком или оправкой в целях
повышения плотности ее посадки в отверстии (а); отгибка для
плотного скрепления соединяемых деталей (д); соединение дета-
лей скручиванием выступающих элементов (е); соединение листо-
вых деталей в фальц (ж); кернение деталей (з). Приведенные при-
меры неразъемных соединений удобны для автоматической сборки:
в них нет специальных скрепляющих деталей (заклепок, винтов
и др.), соединения выполняют простыми по кинематике движения-
ми инструмента (поступательное движение, поступательное и вра-
щательное движения), соединение выполняют высокопроизводи-
тельным и надежно работающим оборудованием и инструментом,
Рис. 6.33
качество соединения обеспечивается в процессе сборки путем уста-
новления контроля за режимом работы оборудования (усилие,
момент на шпинделе). Эти режимы должны быть рассчитаны в це-
лях получения необходимых остаточных напряжений в зоне упруго-
пластической деформации соединяемых деталей. Решение данной
задачи достаточно сложно и зависит от конструкции выполняемого
соединения. Приведем примеры расчетных формул для выполнения
двух типов соединений, показанных на рис. 6.33, а и б.
Осевая сила для перемещения конической части вальцовки
(рис. 6.33, а)
246
P=A{sSTpF(l + Нтр)[Л+Л,(1 +-Я)] +-y=.aiOsin^ -
- -J-)F(1 - Ио)гв(1 + й)]/(Ягв).	(6.30)
Здесь k — конусность оправки вальцовки; oSTp — предел текучести
материала трубы;.Е=л£)/г— деформируемая поверхность; D — на-
ружный диаметр трубы; h — длина вальцуемой поверхности;
цТр — коэффициент Пуассона материала трубы; А — зазор между
сопрягаемыми деталями до начала вальцевания; гв — внутренний
диаметр трубы; Я —степень вальцевания (берется по техническим
условиям); (js о — предел текучести материала охватываемой
детали; 0 = (—5,5 + ]/ 30 — 4ш?)/(2а); а = 4,8 + rB(l + 2Н); с —
= 3,2—2гв(1+2Я); ц0 — коэффициент Пуассона материала охва-
тывающей детали. Осевая сила для отбортовки соединения
(рис. 6.33, б) пуансоном
Р = [2тсг(Я/э!п р/2 + Z)o2^B^z]/cos р/2.	(6.31)
Здесь г — радиус поверхности сопряжения деталей; Е — увеличение
радиуса внутреннего элемента в процессе сборки; р— угол конуса
пуансона; I — длина вылета внутреннего элемента до сборки; о2 —
остаточные радиальные напряжения в соединении (задаются в тех-
нических условиях); kB, kR, ki — коэффициенты толщины стенки,
диаметра и вылета внутреннего элемента (берут по таблицам в за-
висимости от размеров и конструкции соединения). Приведенные
примеры отражают лишь часть известных методов соединений,
основанных на пластическом деформировании сопрягаемых дета-
лей. В настоящее время эти методы совершенствуют и ищут новые,
пригодные для условий автоматизации.
Автоматическая пайка. Ее широко применяют для получения
прочного и герметичного соединения деталей различного класса.
Из большого количества известных методов пайки не все пригодны
для условий автоматизации.
' Наиболее пригодна для автоматизированного производства пай-
ка индукционная, в печах, погружением и в пламени горючих
газов. В зависимости от применяемого метода пайки изменяются
и требования к конструктивному оформлению соединяемых деталей.
В большинстве случаев последовательность пайки следующая:
очистка и обезжиривание соединяемых деталей, промывка и сушка
горячим воздухом, сборка изделия, внесение флюса и припоя в мес-
то соединения деталей, местный или общий нагрев изделия, охлаж-
дение изделия, промывка его для удаления остатка флюса. Пере-
численные этапы частично или полностью выполняются автомати-
чески на соответствующих автоматических линиях или многопози-
ционных установках. Поверхности контакта соединяемых деталей
должны быть доступны для автоматической очистки и обезжири-
вания, которое чаще всего осуществляют в ваннах методом погру-
16*
247
жения. Конструкции должны быть оформлены так, чтобы моющий
раствор свободно проникал к поверхностям сопряжения и стекал
с деталей после их очистки. Для фиксации соединяемых под пайку
деталей необходимо предусматривать их взаимное центрирование
(по отверстию и выступу, штифтами и другими элементами)- или
использовать для этой цели специальные приспособления, преду-.
сматривая соответствующее базирование деталей. Флюс к месту
пайки чаще всего подается в распыленном виде.
Припой в зону пайки подают в виде пасты, которая включает
в себя мягкий или средний припой, флюс и связующее вещество;
проволочных колец; шайб или пластинок из припоя, а пайку можно
осуществлять непосредственно в ванне с расплавленным припоем.
Часто собираемое изделие погружают непосредственно в ванну
с расплавленным припоем, погружая туда собираемое изделие.
Пасту к месту пайки подают экструдером в дозированном коли-
честве; при этом предусматривается достаточная по объему
полость, объем которой назначается с учетом усадки и выгорания
летучих компонентов пасты. Припой в виде колец или шайб удобен
для автоматической пайки круглых (кольцевых) швов. В конструк-
ции соединяемых деталей необходимо, однако, предусматривать
фаски и другие элементы, благоприятствующие получению хорошо
сформированных швов.
Рис. 6.34
На рис. 6.34, а показан пример оформления конструкции соеди-
нения при пайке пастой. В отверстие 4 детали / нагнетается паста,
заполняющая отштампованную канавку 3. При нагреве паста пла-
вится и припой растекается по всей поверхности контакта деталей 1
и 2. На рис. 6.34, бив приведены примеры установки колец и шайб
из припоя в зону пайки; на рис. 6.34, а — пример использования
полого кольца, заполненного флюсом. При нагреве этого кольца
флюс вытекает, а затем плавится кольцо, заполняя припоем зазор
между соединяемыми деталями.
При пайке различными методами необходимо обеспечивать
надежное проникновение припоя к месту соединения. Это дости-
гается правильно выбранными зазорами (при пайке мягкими при-
поями они должны быть 0,054-0,2 мм, а при пайке средними
и твердыми припоями — 0,034-0,05 мм), доступностью мест пай-
ки, устранением воздушных мешков в зоне пайки и правильным
расчетом тепловых деформаций деталей.
248
Индукционный нагрев токами высокой частоты весьма эффек-
тивен для автоматизированного производства. Однако конструк-
тивное оформление соединения должно быть удобным для поведе-
ния индуктора. Зазор между индуктором и изделием 2-ь20 мм. При
этом методе необходимо устранять, однако, местный перегрев изде-
лия. На рис. 6.35, а показан подводимый индуктор, а на рис. 6.35,6
неподвижный, более удобный, так как при этом упрощается уст-
ройство средств автоматизации пайки. Изделие, закрепленное на
карусельном столе сборочного автомата или в приспособлении-
спутнике автоматической линии,, после окончания пайки переме-
щается на следующую позицию. Горизонтальное направление дви-
жения изделий, подвергаемых нагреву неподвижным индуктором, -
весьма удобно при автоматической пайке.
Для местного нагрева изделий при автоматической пайке удоб-
но пламя горючих газов. Этот метод прост и эффективен, приме-
няется для изделий более сложной конфигурации, чем при индук- .
ционном нагреве токами высокой частоты, исключая преждевремен-
ное расплавление припоя, может быть осуществлен на карусельных
столах или автоматических линиях.
Для автоматической пайки сложных изделий, соединяемых
в нескольких местах, весьма удобен нагрев в методической печи.
Время и температуру нагрева легко регулировать. Объекты сборки
при этом методе подвергаются общему и достаточно равномерному
нагреву. В связи с этим обращается большое внимание на обеспе-
чение предписанных зазоров в местах пайки, учитывая тепловое
расширение соединяемых деталей. Поскольку объект сборки .нахо-
дится в печи большее время, чем в зоне нагрева при первых двух
методах пайки, то следует более тщательно соединять детали, пре-
дупреждая возможность вытекания флюса и припоя из зазоров.
Если пайку ведут с нагревом собираемого объекта, погружая
его в соляную ванну, то в конструкции деталей не должно быть
местных углублений, препятствующих стоку расплавленных солей.
При пайке погружением в ванну с расплавленным припоем весь
процесс, начиная от вспомогательных операций (очистка, обезжи-
ривание, нанесёние флюса), легко автоматизируется. Этот метод
высокопроизводителен и выполняется на непрерывно движущемся
подвесном конвейере; его применяют для небольших объектов,
249
которые равномерно и быстро нагреваются и не вызывают силь-.
кого понижения температуры расплавленного припоя при их погру-
жении в ванну.. При пайке погружением изделия находятся в под-
вешенном состоянии и не меняют своего положения.' Поэтому
важно такое оформление конструкции, чтобы припой мог легко
проникать во все места предусмотренных соединений. На деталях
нежелательны местные углубления и горизонтальные участки, пре-
пятствующие стоку припоя. При этом методе необходимо защи-
щать от воздействия припоя поверхности, не подвергаемые пайке.
В последнее время появились методы пайки в ваннах со струй-
ной подачей припоя или с образованием на поверхности припоя
стоячих волн. Струя припоя или стоячие волны соприкасаются
с объектом пайки снизу. Преимущество этих методов заключается
в том, что поверхность припоя все время очищается от непрерывно
образующихся окислов. При использовании этих м-етодов в кон-
струкции деталей нужно предусматривать возможность легкого
доступа припоя ко всем местам пайки. При расположении мест
пайки в глухих углублениях могут получаться некачественные
соединения деталей.	,
•Автоматизация склеивания деталей. Она состоит из следующих
этапов: очистки и тщательного обезжиривания склеиваемых поверх-
ностей, нанесения на одну из них (или на обе) слоя клея, соеди-
нения деталей с их точной фиксацией друг относительно друга,
полимеризации клея с прижатием деталей или без него (зависит
от марки к^ея). Последний этап выполняют с нагревом для ускоре-
ния процесса полимеризации и повышения прочности соединения.
Технологичность конструкции клеевых соединений зависит от
удобства и легкости выполнения перечисленных операций .в усло-
виях автоматической сборки. Для получения высокого качества
соединений детали должны быть тщательно очищены и • обезжи-
рены. Эти операции могут быть выполнены на сравнительно про-
стых АУ. Очистку производят стальными щетками, пескоструйным
аппаратом или травлением- в ваннах, обезжиривание — в ванных
с органическими растворителями (ацетон, уайт-спирит) или горя-
чими щелочными растворами. Затем ополаскивают в чистой воде
и сушат горячим воздухом. Для выполнения перечисленных опе-
раций используют непрерывно действующий механизированный или
автоматизированный конвейер или подвесной транспортер с емко-
стями для мелких деталей.
Операция нанесения клея — наиболее специфична. Ее выпол-
няют методами пульверизации для больших ровных и открытых
поверхностей, контактным роликом для поверхностей небольших
перерезаемых впадинами и отверстиями, которые должны быть
предохранены от попадания клея или окунанием для деталей малых
размеров. Последний метод, в частности, пригоден для сборки сое-
динения ось — втулка (ось окунается в клей перед посадкой на нее
втулки) и соединения шпилька — корпусная деталь. Малоудобны
для автоматического нанесения клея поверхности, расположенные
в труднодоступных местах, а также поверхности, расположенные
250
на разных уровнях. Нанесение клея перечисленными методами
не обеспечивает бесперебойной и надежной работы сборочного обо-
рудования. Попадание клея на позицию установки деталей загряз-
няет ее и вызывает необходимость частой остановки автомата для
очистки. Малая жизнеспособность клея (304-60 мин) вынуждает
часто чистить пульверизационную установку, намазывающие роли-
ки и емкости с клеем для окунания деталей.
В конструкциях изделий с большими стыкуемыми плоскостями
вместо жидкого клея целесообразно применять клеевую пленку.
Ее сматывают с рулона и над установочной позицией автомата из
нее вырезают специальным штампом прокладку, конфигурация
которой отвечает конфигурации соединяемых деталей. Эту про-
кладку зажимают между деталями соединения, после чего оно
передается-на позицию полимеризации.
Основной недостаток процессов сборки клеевых соединений —
трудность их контроля и продолжительная полимеризация клея,
длительность которой при горячем отверждении не менее 30 мин,
при холодном — несколько часов. При быстром темпе работы необ-
ходимо предусматривать на автоматических линиях емкие накопи-
тели в виде, например, шкафов со спиральными лотками или доста-
точно длинных туннельных нагревательных устройств. Не решен
вопрос контроля качества соединений. Их основные дефекты: пло-
хая очистка и непроклеивание по отдельным участкам поверхности.
Важен поэтому контроль качества выполнения предварительных
операций. Непроклеивание часто можно устранить нанесением клея
на обе стыкуемые поверхности и достаточно сильным прижатием
их друг к другу.
Окраска собранных изделий или их элементов. Окрашивают
собранные изделия или их элементы в зависимости от требований
ТУ методами пульверизации, погружения или электрофореза. Эти
методы легко автоматизируются на основе непрерывно движущих-
ся конвейерных установок. При использовании нитрокрасок окра-
шенные изделия сушатся на конвейере в течение нескольких минут.
При использовании других красителей необходимы сушильные
устройства конвейерного типа.
Упаковка изделий. Изделия упаковываются специальными
автоматами, встроенными в автоматические линии сборки. Перед
упаковкой изделия покрывают антикоррозионными составами.
Изделия малых размеров обертывают парафиновой (ингибитор-
ной) бумагой и упаковывают в картонные коробки. Применяют
также герметизированную упаковку в полиэтиленовые пакеты.
§ 6.4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ СБОРКИ
Исходные' данные для проектирования технологических про-
цессов автоматической сборки. Ими являются: а) сборочный чертеж
изделия; б) ТУ его приемки; в) размер программного задания;
251
г) срок выполнения задания (обычно в Тодах). Если выпуск изде-
лий во времени неравномерный, то программное задание дается
по годам. Эти исходные данные принимают за основу в тех слу-
чаях, когда технологический процесс автоматической сборки разра-
батывают для вновь проектируемых заводов. При разработке тех-
нологических процессов для действующих или реконструируемых
заводов нужны сведения о наличном оборудовании, которое может
быть использовано полностью или после частичной модернизации,
об имеющихся производственных площадях и других данных.
В частных случаях может быть оговорено задание ца автоматиза-
цию лишь отдельных операций сборки. Это обусловлено необходи-
мостью облегчения и оздоровления условий труда сборщиков и уст-
ранения влияния субъективных факторов на качество сборки изде-
лия. Так, например, при сборке электровакуумных изделий к их
деталям не допускаются из условий вакуумной гигиены прикосно-
вения рук человека. Исходные данные для проектирования должны
быть достаточно полными и ясными. Сборочный чертеж содержит
данные, необходимые для выполнения сборки: проекции и разрезы,
обеспечивающие полное освоение конструкции изделия; специфика-
цию деталей, составляющих собираемое изделие; размеры, которые
необходимо выдерживать при сборке, и, в частности, соблюдаемые
при сборке зазоры.
Технические условия на приемку изделия фиксируются на сбо-
рочном чертеже или представляются в виде отдельного документа.
Они должны содержать сведения о точности сборки, о требуемом
качестве сопряжений, их герметичности, плотности и жесткости
стыков, массе изделия, требуемой точности, балансировки вращаю-
щихся элементов и другие в зависимости от назначения изделия
и условий его работы. В ТУ на приемку изделий допускаются част-
ные указания технологического характера о методах выполнения
отдельных сопряжений, желательной последовательности сборки,
методах промежуточного и окончательного контроля изделий. Тех-
нические условия должны содержать подробные указания о том,
что и как следует проверять при промежуточном и окончательном
контроле изделия. Для приемки изделий ответственного назначения
разрабатывают программу испытаний, которую прилагают к исход-
ным данным для проектирования технологического процесса
автоматической сборки. В ТУ.часто оговаривают характер постав-
ки деталей на сборку: мелких и трудноориентируемых (например,
из проволоки) в кассетах, подшипников качения не в индивидуаль-
ной упаковке, а в картонных трубках, крупных на подвесном кон-
вейере. Эти условия учитывают особенности автоматизации сборки
и подготовительных к ней работ.
Для проектирования используют справочные и нормативные
материалы: рекомендации по улучшению технологичности конструк-
ций изделий для автоматической сборки, каталоги и паспорта имею-
щегося оборудования для автоматической сборки и его основных
исполнительных устройств, альбомы сборочных приспособлений
и инструментов, руководящие технические материалы по проекти-
252
рованию и расчету режимов работы сборочного оборудования и вы-
полнению операций сборки и другие вспомогательные материалы.
Учитывая малый опыт в области автоматизации сборочных
работ, целесообразно иметь примеры решений автоматической сбор-
ки аналогичных изделий, взятых с родственных заводов.
Общая методика и последовательность проектирования техноло-
гических процессов автоматической сборки. Они приближаются
к условиям поточно-массового производства, которое по своей орга-
низационной и технологической структуре и с учетом определенной
специфики автоматизации более полно отвечает автоматизирован-
ному производству.
В основу разработки технологических процессов автоматиче-
ской сборки положены два принципа: технический и экономиче-
ский. В соответствии с техническим принципом спроектированный
технологический процесс автоматической сборки должен полностью
обеспечивать выполнение всех требований рабочего чертежа и ТУ
приемки изделия. В соответствии с экономическим принципом сбор-
ку изделия нужно вести с минимальными затратами овеществлен-
ного и живого труда и с минимальными издержками производства.
Технологический процесс автоматической сборки должен выпол-
няться с правильным и наиболее полным использованием всех
технических возможностей оборудования, сборочных инструментов
и приспособлений при наименьших затратах времени и себестоимо-
сти выполнения сборки. Из нескольких возможных вариантов тех-
нологического процесса сборки одного и того же изделия, равно-
ценных с позиций технического принципа проектирования, выбира-
ют наиболее эффективный (производительный) и рентабельный
вариант. При равной производительности сопоставляемых вариан-
тов выбирают наиболее рентабельный, при равных рентабельно-
стях — наиболее производительный, при разных производительно-
стях и рентабельностях — наиболее рентабельный при условии,
что производительность всех сравниваемых вариантов не ниже
заданной. Средства автоматизации, примененные в спроектирован-
ном технологическом процессе сборки, должны экономически оку-
паться в срок не более 3—5 лет.
При проектировании технологических процессов автоматической
сборки должна достигаться цель повышения производительности
и снижения себестоимости продукции. Автоматизация должна обес-
печивать минимальную затрату живого и овеществленного труда,
обеспечивать повышение качества изделий и уменьшение брака.
Не менее важная задача автоматизации сборки — возможность зна-
чительного сокращения дисла сборщиков, оздоровление и облегче-
ние условий труда и высвобождение производственных площадей
за Счет более компактного размещения технологического оборудо-
вания. Автоматизация сборки облегчает не только физический
труд сборщиков, но и освобождает их от монотонной и одно-
образной работы,' часто сопровождаемой большой нервной на-
грузкой и необходимостью напрягать зрение при сборке мелких
изделий.
253
Задаче проектирования технологических процессов автомати-
ческой сборки присуща многовариантность возможных решений.
Даже для сравнительно простых изделий может быть разработано
несколько различных технологических процессов, полностью обес-
печивающих требования чертежа и ТУ приемки. Сопоставляя эти
варианты по эффективности и рентабельности, отбирают один или
несколько равноценных вариантов.
Проектирование технологических процессов автоматической
сборки отличается сложностью и трудоемкостью. Как и многие
другие виды технологического и конструкторского проектирования,
оно выполняется в несколько последовательных стадий: сначала
делают предварительные наметки технологического процесса,
затем их уточняют и конкретизируют на основе детальных техноло-
гических расчетов. После уточнения предварительных наметок полу-
чают законченные разработки технологического процесса автомати-
ческой сборки. К правильному и приемлемому решению приходят
после ряда попыток и сравнения отдельных вариантов. В целях
сокращения трудоемкости и длительности технологических разра-
боток сопоставлять и выбирать вариант целесообразно на предва-
рительных стадиях технологического проектирования.
Проектирование технологического процесса автоматической
сборки значительно труднее и сложнее, чем обычной. Ответствен-
ность технолога в этом случае возрастает, так как при значитель-
ных вложениях в средства автоматизации риск получения неудов-
летворительных результатов увеличивается.
Процесс проектирования состоит из комплекса взаимосвязан-
ных и выполняемых в определенной последовательности этапов:
1) сбор и анализ исходных данных; 2) внесение в конструкцию
изделия, если необходимо, технологических изменений (отработка
конструкции изделия на технологичность); 3) анализ размерных
цепей изделий и установление методов его сборки; 4) составление
технологических схем общей и узловой сборки изделий; 5) опреде-
ление темпа работы; 6) установление маршрутов сборки; уточнение
содержания операций общей и узловой сборки; 7) выбор типа
автоматического сборочного оборудования; 8) уточнение содержа-
ния и определение оптимальных условий выполнения сборочных
операций на основе технических расчетов и исследований (если
необходимо); 9) разработка технических заданий на конструиро-
вание специального автоматического сборочного оборудования;
10) расчет и конструирование специального автоматического сбо-
рочного оборудования и экономической эффективности автомати-
зации сборочных работ.
Рассмотрим подробнее содержание каждого из приведенных
этапов.
Сбор и анализ исходных данных. Необходимые исходные дан-
ные для проектирования технологического процесса автоматиче-
ской сборки были рассмотрены выше. Эти данные могут быть
пополнены для сравнения дополнительными сведениями о сущест-
254
вующем технологическом процессе неавтоматической сборки, полу-
чаемой производительности и себестоимости изделий.
До начала проектных работ нужно выявить технико-экономи-
ческую целесообразность автоматизации, если она не диктуется
только требованиями облегчения и оздоровления условий труда,
перспективный объем выпуска изделий и предполагаемую продол-
жительность их производства до перехода на новую . продукцию.
Полезно выявить степень конструктивной преемственности элемен-
тов изделия, намечаемую в будущем. Это позволяет определить
возможность использования проектируемых специальных средств
автоматизации при переходе к новым объектам производства.
Подготовительный этап работы по проектированию технологи-
ческого процесса автоматической сборки начинается со сбора кон-
структивных и технологических сведений об изделии и данных по
экономике его производства. На основе собранных сведений дол-
жен быть решен вопрос о степени углубленности (полноте) пред-
полагаемой автоматизации. Автоматизация отдельных сборочных
операций в ряде случаев решается сравнительно просто. Однако
она не всегда дает нужный эффект. Если работа протекает по полу-
автоматическому циклу с ручной подачей деталей и ручным съемом
изделий, то высвобождения рабочих на данном рабочем месте
достичь не удается. В этом случае можно улучшить условия и без-
опасность труда и повысить качество сборки. Повышение произ-
водительности труда позволяет, однако, сократить количество дуб-
леров на данной сборочной операции. Большего эффекта'достигают
при полной автоматизации отдельных операций сборки с подачей
деталей из бункеров и автоматическим удалением собранных изде-
лий. В этом .случае рабочий полностью освобождается от непосред-
ственного участия в работе сборочного автомата. Необходима
только периодическая загрузка бункеров, наблюдение за работой
автомата, его регулировка и поднастройка через определенные про-
межутки времени. Еще больший эффект может дать комплексная
автоматизация всего технологического процесса сборки изделия или
его элементов. Однако полная автоматизация сложных технологи-
ческих процессов сборки, состоящих из большого количества оПе-
’ раций, представляет, собой трудную задачу, заключающуюся в том,
что при сложных автоматических линиях сборки надежность их
’работы резко снижается, простои линии возрастают и производи-
тельность падает.
При длительном сроке выпуска изделий часто идут на разра-
ботку технологического процесса автоматической сборки всего
изделия. Реализуют проект автоматизации сборки по этапам, что
не связано с единовременным вложением крупных средств.
Автоматизация отдельных операций сборки часто оказывается
очень трудной и дорогой. В этом случае осуществляют частичную
автоматизацию сборки, что повышает надежность работы всей
линии и упрощает ее устройство.
При анализе исходных данных особое внимание должно быть
обращено на конструкцию изделия и на ТУ его приемки. Анали-
255
зируют конструкцию изделия с точки зрения пригодности его для
условий автоматической сборки. Этот анализ должен охватывать
конструкцию изделия в целом, конструкцию его частей и деталей,
а также методы соединения элементов изделия. Оценивают техно-
логичность конструкции в свете ранее изложенных положений. Все
замечания по конструкции изделия и предложения по ее изменению
подробно изучают для принятия соответствующего решения. Тако-
му же внимательному изучению подвергаются и ТУ приемки
изделия.
В результате анализа конструкции изделия могут быть выявле-
ны однотипные соединения, для сборки которых возможно приме-
нение одного и того же сборочного оборудования. При наличии
сходных по конструкции и технологии сборки элементов изделия
возможна в принципе организация их групповой автоматической
сборки. Большое внимание обращают на те элементы конструк-
ции изделия, автоматизация сборки которых наиболее затрудни-
тельна. Если корректировка таких элементов конструкции нежела-
тельна или невозможна, то в принятом решении по анализу может
быть предварительно установлена определенная степень полноты
автоматизации сборочного процесса. Уточняют общую программу
выпуска изделий, продолжительность производства изделий
и выпуск их по годам. Важно установить, через какое время, начи-
ная от момента получения задания на проектирование, должен
начаться выпуск изделий. Если это время мало, а предполагаемые
средства автоматизации сложны в изготовлении » не могут быть
поставлены в короткий срок, то задача автоматизации сборки ста-
новится нереальной. Время на конструирование, изготовление,
доводку и отладку специального оборудования для автоматической
сборки — 1,54-2 года, а иногда и больше. Учитывая это, важно
знать перспективу выпуска данного изделия на будущее время
и предполагаемую конструктивную преемственность его элементов
в случае изменения . объекта производства.- Знание программы
выпуска очень существенно для правильной оценки экономической
эффективности автоматизации. /
Наиболее выгодные условия возникаю? при автоматизации
сборки несложных (но трудоемких) изделий, выпускаемых в боль-
ших количествах. Этому благоприятствуют сравнительно простые
и недорогие в исполнении средства автоматизации [9]. При нали-
чии нескольких однотипных узлов в изделии программа выпуска
их сильно возрастает. Она увеличивается еще больше, если узлы
идут не только на комплектование изделий, но. и для снабжения
потребителей в качестве запасных элементов. Плохие перспективы
автоматизации сборки — при малой программе выпуска нетрудоем-
ких изделий.
Анализ исходных данных различен по своему содержанию для
случая проектирования автоматической сборки нового изделия
и для случая, когда изделие уже выпускается на действующем
заводе. В последнем на результаты анализа будут влиять технико-
экономические показатели существующего производства. На основе
256
анализа исходных данных возникает необходимость корректировки
конструкции собираемого объекта. Неправильно решать вопросы
автоматизации сборки, представляя изделие абсолютно неизмен-
ным. В условиях автоматизации изделие должно обладать не толь-
ко свойством хорошей собираемости, но и обеспечивать возмож-
ность построения высокоэффективных и надежнодействующих тех-
нологических процессов автоматической сборки. При решении этой
задачи не только облегчается возможность автоматической сбор-
ки, но и повышаются отдельные показатели работы сборочного
оборудования. Например, при улучшении технологичности кон-
струкции изделия можно достичь уменьшения количества сопря-
женных деталей, а это в свою очередь снижает количество рабочих
позиций сборочного автомата и упрощает процесс сборки. Более
технологичная конструкция способствует использованию эффектив-
ных методов сборки, повышает точность и стабильность ее выпол-
нения и обеспечивает полную взаимозаменяемость изделий. Улуч-
шением технологичности можно достичь быстрой и легкой соби-
раемости сопрягаемых деталей, упрощения траектории движения
рабочих и вспомогательных органов автомата, повышения степени
концентрации технологических переходов и производительности.
Отрабатывают конструкцию изделия на технологичность, бази-
руясь на ранее выполненные исследования и соответствующие
эксперименты опытной проверкой принятых решений на макетах
в лабораторных или производственных условиях. Предлагаемые
изменения конструкции изделия и ТУ условий приемки не должны
ухудшать его служебного качества. Все предложенные изменения
согласуют с конструкторским бюро.
Анализ размерных цепей изделия. Этот анализ позволяет уста-
новить методы его сборки. В большинстве случаев автоматическую
сборку ведут по методу полной взаимозаменяемости. Этот метод
позволяет получить относительно простые конструкции автомати-
ческих устройств, поэтому он наиболее рационален для условий
автоматизации..
Сборка по методу групповой взаимозаменяемости с предвари-
тельной сортировкой деталей на классы (селективная сборка)
встречается в автоматизированном производстве значительно реже.
Ее применяют при повышенных требованиях к точности сопряже-
ний (узкие допуски на зазор или натяТ). Сборочные машины в этом
случае получаются более сложными, так как для каждого размер-
ного класса деталей необходимы отдельные бункера или магазины.
Схема работы автоматических сборочных машин также усложня-
ется. Обслуживающий персонал должен быть более квалифициро-
ванным.
Сборку по методу, подбора используют при автоматическом про-
изводстве подшипников качения. Наружные и внутренние кольца
подшипника поступают из отдельных бункеров, куда их загружают
без предварительной сортировки. На одной из позиций сбороч-
ного автомата у них измеряются диаметры беговых дорожек. По
результатам-этих измерений выдается необходимое количество тел
257
качения соответствующей размерной группы. Комплектовочное
устройство должно иметь несколько бункеров для тел качения,
загружаемые туда после размерной сортировки на установленные
размерные группы.
Возможна также сборка-- по методу регулирования с использо-
ванием жестких или подвижных (регулируемых) компенсаторов.
Она целесообразна для сложных многозвенных размерных цепей.
Сборочная машина несколько усложняется за счет устройства для
проверки выдерживаемого размера замыкающего звена размерной
цепи и устройства для соответствующей установки регулируемого
(или жесткого) компенсатора. Сборка с выполнением пригонок на
сборочной машине нецелесообразна. Эти операции нарушают темп
работы, усложняют автоматические устройства (АУ) и должны
исключаться. Если сопрягаемые детали должны быть притерты, то
пригонку следует выполнять отдельно, вне автоматической линии,
а затем на сборку подаваться комплектно или в виде предвари-
тельно выполненного соединения.
Метод сборки выбирает на базе анализа размерных цепей
изделия конструктор, который принятые им решения отражает
в рабочих чертежах и ТУ. Лишь в отдельных случаях технолог про-
веряет решения конструктора. Для данной размерной цепи необ-
ходимо прежде всего установить заданную точность замыкающего
звена и допуски на размеры остальных ее звеньев. Решениефазмер-
ных цепей рекомендуется выполнять на базе теоретико-вероятност-
ного метода, используя ГОСТ 16320—70. Анализ размерных цепей
позволяет установить возможность сборки по методу полной взаи-
мозаменяемости и выдерживанйя допуска на замыкающее звено
данной размерной цепи. Если заданная точность замыкающего
звена не обеспечивается, то следует ужесточить допуски на раз-
меры составляющих звеньев до экономически целесообразных пре-
делов. Если это не дает нужного результата, то следует проверить
возможность сборки методом частичной взаимозаменяемости, при-
няв соответствующий процент риска получения брака.
Если расчетами установлена невозможность или нецелесообраз-
ность достижения заданной точности замыкающего звена метода-
ми полной или частичной взаимозаменяемости, то остается приме-
нить метод регулировки, вводя в размерную цепь'соответствующий
компенсатор. Применение метода групповой взаимозаменяемости
или метода пригонки для многозвенных размерных цепей в усло-
виях автоматической сборки исключено.
Таким образом, размерный анализ позволяет выявить принци-
пиальную возможность автоматической сборки изделий, установить
метод ее осуществления и произвести корректировку допусков на
размеры составляющих звеньев размерной цепи.
Составление технологических схем общей и узловой сборки
изделий. Сборку изделий в обычном и автоматизированном произ-
водстве расчленяют на обилую и узловую. Объект общей сборки —
изделие, объект узловой сборки — его предварительно собираемые
элементы. Построение процессов общей и узловой сборки может
. 258
быть наглядно представлено при помощи технологических схем [7].
Эти схемы отражают структуру и последовательность комплекто-
вания изделий и его элементов. Технологические схемы служат
основой проектирования автоматической сборки; они вносят опре-
деленную стройность в их выполнение и позволяют оценить кон-
струкцию с технологической точки зрения. Предпочтительна таг
конструкция изделия, при которой возможна его сборка из пред-
варительно собранных взаимозаменяемых элементов. В условиях
автоматизации такой принцип сборки важен потому, что эти эле-
менты могут быть до общей сборки изделия полностью проверены. .
Общую и узловую сборки можно вести параллельно, что значитель-
но сокращает длительность цикла сборки. Технологические схемы
сборки наглядно иллюстрируют степень соблюдения этих условий;
при построении технологических схем сборки можно обнаружить
конструктивные неувязки изделия.
Рис. 6.36
259
На рис. 6.36, а показан чертеж зубчатого насоса, а на
рис. 6.36, б и в в качестве примера технологические схемы его
общей и узловой сборки.
(? На технологических схемах сборки указаны методы выполнения '
- соединений, операции технического контроля и операции вспомога-
тельного характера (продувка, смазка и др.), которые весьма важ-
Л но предусмотреть в технологических схемах автоматической сборки.
Составление технологических схем общей и узловой сборки на
одно и то же изделие возможно в нескольких вариантах, отличаю-
щихся как по структуре, так и по последовательности комплектова-
ния сборочных элементов. Вариант выбирают с учетом максималь-
ного упрощения и повышения надежности средств автоматической
сборки.
Изложенное подтверждает целесообразность выделения узло-
вой сборки в условиях автоматизации производства. Общая сборка
изделия, однако, нередко усложняётся в связи с затруднениями
по выдаче, ориентированию, захвату, и передаче готовых элемен-
тов на место их присоединения к базовой детали изделия. В боль-
шинстве случаев элементы нельзя выдавать из -бункеров, куда их
приходится загружать навалом. Их нужно ставить вручную в строго
ориентировацном положении на лотки, в магазины, гнезда поворот-
ных устройств и круглых столов. В связи с этим может возникнуть
вопрос о некотором отходе от принципа узловой сборки в тех или
иных случаях, если это дает возможность высвободить ручной труд
и более полно осуществить автоматизацию сборочных рабоу.
В частности, если изделие не особенно сложно, его из изложенных
соображений бывает иногда выгодным собирать подетально без
выделения узловой сборки.
Определение темпа работы. Автоматическая сборка по своей
технологической сущности характеризуется непрерывностью про-
текания рабочих процессов. Работа на’ автоматической сборочной
линии выполняется непрерывным потоком с заранее установлен-
ным темпом. При поточно-автоматизированной сборке темп равен
расчетному промежутку времени, через который происходит выпуск
единицы продукции (см. § 5.4).
При установленном режиме работы темп (мин/шт) зависит
исключительно от заданного выпуска изделий и определяется как
частное от деления фонда времени в минутах на программное
задание:	z
t F/N,	(6.32)
где F — фонд рабочего времени (годовой, за смену или другой пери-
од времени), мин; N— выпуск за тот же период времени, шт.
Темп существенно влияет на построение технологического про-
цесса автоматической сборки, так как необходимость привести
штучное время каждой операции к величине, равной или кратной
темпу, обусловливает необходимость соответствующего расчлене-
ния технологического процесса на операции. Несоблюдение темпа
на какой-либо позиции сборочного автомата или автоматической
260
линии нарушает синхронизацию автоматической сборки. Произво-
дительность на любой позиции не может быть меньше заданной, так
как эта позиция будет лимитирующей для всей линии. Темп —
основная расчетная величина, по которой устанавливается содер-
жание и режим работы на каждой сборочной позиции.
Установление маршрута и содержания операций общей и узло-
вой сборки. Маршрут общей и узловой сборки устанавливают по
разработанным ранее технологическим схемам сборки. Эти схемы
в графической форме отражают последовательность выполнения
сборочных ’работ основного и вспомогательного характера.
Содержание работ, последовательно и единовременно выполня-
емых на отдельных позициях, должно быть таким, чтобы длитель-
ность их не превысила величины темпа. При этом условии'автома-
тическая линия или многопозиционный сборочный автомат будут
работать бесперебойно. При равных длительностях работа автома-
тического устройства протекает синхронно.
Выполняемую работу разбивают по позициям так, чтобы
Пе нарушалась технологическая законченность этапов работы. Так,
например, пайка какого-либо соединения (в смысле подачи припоя
к месту сопряжения) должна протекать на данной сборочной пози-
ции без перерыва и заканчиваться без переноса оставшейся части
работы на следующую позицию. Длительность выполнения этапов
сборки определяется предварительно приближенными расчетами.
Мелкие и кратковременные этапы работы могут быть объединены
в более крупные, если это позволяет сделать их однородная тех-
нологическая сущность.
При построении маршрута общей и узловой сборки не должны
быть упущены из вида элементы работы вспомогательного харак-
тера: контроль наличия и правильности положения деталей, конт-
роль правильности сопряжений элементов собираемого изделия,
очистка собираемых изделий и установочных приспособлений
обдувкой воздухом или другими средствами и др.
Установление содержания операций общей и узловой сборки.
Под- технологической операцией понимают законченную часть
технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте.
Она охватывает все действия оборудования и рабочих над одним
или несколькими совместно обрабатываемыми или собираемыми
предметами. Под рабочим местом понимают часть производствен-
ной площади, на которой размещены исполнители и обслуживаемая
ими единица технологического (сборочного) оборудования или
часть конвейера. В многопозиционном сборочном автомате (авто-
матической линии) имеет место последовательная концентрация
технологических переходов сборки, выполняемых на отдельных сбо-
рочных ПОЗИЦИЯХ;
Длительность работы, выполняемой на отдельных позициях,
должна быть равной темпу. В этом случае сборка на отдельных
позициях автомата (линии) протекает синхронно, а выпуск соби-
раемых изделий происходит через строго определенный промежу-
ток времени.
261
Установление содержания операции по переходам сборки свя-
зано с выбором числа позиций автомата и автоматической линии.
Обычно число позиций не превышает 6—12; при большем числе
позиций, что встречается на практике весьма редко, надежность
работы автомата резко снижается, и время его простоев из-за час-
тых неполадок заметно возрастает.
Таким образом, автоматическую сборку применяют для сравни-
тельно простых изделий, несложных частей изделия с числом дета-
лей не больше десяти. Автоматизированную сборку, при которой
в большей или меньшей мере используется ручной труд, применяют
для более сложных изделий и соединений. Для наиболее сложных
изделий (двигателей внутреннего сгорания, автомобилей и других
машин) применяют механизированную сборку с большим или мень-
шим количеством автоматизированных участков.
При построении операций сборки следует учитывать то, что на
их выполнение не должны оказывать влияния особенности ручной
сборки. Некоторые приемы, осуществляемые с трудом вручную
(постановка деталей в тесном месте), часто очень легко и просто
выполняются механизмами и, наоборот, отдельные приемы, легко
осуществляемые руками («наживление» крепежа), выполняются
механизмами гораздо сложнее. Поэтому попытки копировать руч-
ную сборку обычно не дают хороших результатов.
Содержание операции автоматической сборки характеризуется
определенной законченностью и возможностью обособленного
выполнения сборочных работ. Все детали объекта должны быть
закреплены и не быть подвержены случайному выпаданию при
транспортировке на следующую сборочную позицию.
Количество переходов в данной технологической операции зави-
сит от сложности объекта сборки. Применительно к сборке пере-
ход— это законченная часть технологической операции, характери-
зующаяся постоянством применяемого инструмента и соединяемых
поверхностей. В частном случае количество переходов сборки может
совпасть с числом присоединяемых к базовой детали изделия
отдельных деталей и предварительно собранных частей изделия.
Сборочная операция состоит из большого числа приемов. При-
ем— это законченная по своей целенаправленности совокупность
отдельных движений в процессе выполнения сборочной операции.
Выполнение отдельных переходов сборки сопровождается целым
рядом приемов. Так, например, переходу запрессовки на базовую
деталь (вал) втулки сопуствуют следующие приемы: ориентация
втулки в бункерном устройстве, подача ее на сборочную позицию,
контроль наличия и правильности положения втулки после запрес-
совки (может выполняться самостоятельно и на отдельной следую-
щей позиции), удаление собранного изделия со сборочной позиции
(если сборка на данной позиции заканчивается) или перемещения
изделия на следующую сборочную позицию для выполнения сле-
дующего перехода сборки.
Количество позиций сборочного автомата (линии) может неред-
ко превышать число технологических переходов сборки, поскольку
262
на отдельных позициях приходится выполнять чисто вспомогатель-
ные приемы (продувку объекта, смазку его, охлаждение после
пайки, контроль пустоты гнезда для базовой детали изделия после
удаления его в собранном виде, контроль изделия после отдельных
переходов сборки и др.). За счет этих приемов содержание опе-
рации автоматической сборки может сильно отличаться от анало-
гичных операций ручной сборки.
При построении операции автоматической сборки нужно выявить
все выполняемые технологические переходы и необходимые прие-
мы, установить последовательность выполнения переходов сборки
и связанных с ними приемов. Особое внимание уделяется тем прие-
мам, которые должны обеспечить надежную, бесперебойную и без-
аварийную работу автомата или линии.
Вначале решают вопрос о методе базирования и закрепления
базовой детали собираемого изделия. Это определяет схему при-
способления, куда должна устанавливаться базовая деталь, ее
положение при сборке, доступность для подвода сопрягаемых дета-
лей и сборочного инструмента. Желательно совмещать технологи-
ческую и измерительную базы.* Сборку на данной операции следует
выполнять при одном положении базовой детали, так как изменение
ее положения вызывает необходимость применять более сложные
поворотные приспособления. В ряде случаев закрепление базовой
детали на сборочной позиции по условиям выполняемой технологии
не обязательно; это в значительной мере упрощает конструкцию
установочного приспособления. Необходимо решить вопрос о спо-
собе установки базовой детали на первую позицию и снятия собран-
ного изделия (вручную или автоматически); это определяет тип
оборудования (полуавтомат или автомат).
Построение сборочной операции не выполняют изолированно,
а в тесной связи с разработкой технологического процесса сборки
всего изделия в целом.
Выбор типа автоматического сборочного оборудования. Наме-
ченное содержание сборочных операций позволяет выбрать тип
автоматического (полуавтоматического) сборочного оборудования
и его основные технологические характеристики.
Сложность собираемого объекта и количество содержащихся
в нем элементов (деталей, частей изделия) определяет тип обору-
дования по числу позиций. При простых объектах сборки, состоя-
щих из двух-трех, максимум четырех элементов, возможно исполь-
зование однопозиционного оборудования. При сложных объектах
сборки, состоящих из большего количества элементов (кроме кре-
пежных), приходится применять многопозиционное сборочное обо-
рудование.
Количество технологических переходов в данной операции сбор-
ки влияет на число позиций оборудования. В общем случае число
позиций не равно числу переходов. При наличии естественных
процессов (охлаждение после пайки и сварки, сушка и др.) число
позиций может увеличиться за счет «холостых» позиций. При высо-
кой степени концентрации переходов сборки число позиций может
263
уменьшиться. Количество необходимых позиций окончательно выяв-
ляется после уточнения содержания сборочной операции. Наличие
в данной операции отдельных переходов и приемов, выполняемых
вручную (установка спиральных пружин или сложных по конфи-
гурации деталей, и соединений, съем собранных изделий), опреде-
ляет тип оборудования по степени его автоматизации. При выпол-
нении отдельных элементов работы вручную мы имеем полуавтомат
и автоматизированную сборку. При полном исключении ручной
работы применяют автомат и автоматическую сборку данного
объекта.
Габаритные размеры собираемого изделия и применяемого для
установки сборочного приспособления определяют размеры рабо-
чего пространства сборочной позиции в плане и по высоте. Зная
число позиций и размеры позиции в плане, можно определить диа-
метр стола у автомата (полуавтомата) карусельного типа. При
большом диаметре стола (больше двух метров) сборку осуществ-
ляют на автоматических линиях прямолинейного или замкнутого
/типа. Линии замкнутого типа чаще используют для средних по
размерам изделий, с прямолинейным расположением позиций —
для крупных изделий, когда обеспечивается более удобнре обслу-
живание исполнительных устройств линии. Величина изделий опре-
деляет и внешние габариты сборочных автоматов. Для мелких изде-
лий обычно используют автоматы настольного типа, для более
крупных изделий — автоматы с достаточно массивными стани-
нами.
Характер и технологическая сущность выполняемых переходов
сборки определяют тип и размеры рабочих исполнительных
устройств автомата. В соответствии с этим автомат может иметь
устройство для запрессовки, устройство для развальцовки деталей,
резьбозавертывающие устройства (винто- или гайковерты), устрой-
ства для клепки и др. Размеры соединений и режимы сборки позво-
ляют далее установить основные размеры и характеристику этих
устройств (осевая сила, крутящие моменты, мощность и др.). Мощ-
ность электродвигателей перечисленных исполнительных, а также
транспортных и вспомогательных устройств или потребляемое ими
количество сжатого воздуха определяет общую установленную
мощность автомата или суммарный расход всеми его пневмати-
ческими установками сжатого воздуха.
Сложность конфигурации элементов изделия, непригодность
их к бункеризации (возможность взаимного сцепления), малая
толщина и другие специфические свойства могут привести к исполь-
зованию магазинных загрузочных устройств или к индивидуальной
ручной подаче их на сборочные позиции. Таким образом, характер
изделий и его элементов определяет и эту особенность сборочного
оборудования. Стремление высвободить ручной труд приводит
иногда к некоторому усложнению сборочных автоматов: в их состав
вводят специальные дополнительные устройства для изготовления
трудноориентируемых деталей (пружин, диафрагм из прорезинен-
264
ной ленты, прокладок и др.), которые после их изготовления пода-
ются в рабочую зону, без потери ими полученной ориентации.
С учетом изложенных соображений устанавливают особенности
сборочного оборудования, его структуру и основные исполнитель-
ные устройства. Применительно к рассмотренному ранее примеру
сборки (рис. 6.36) на рис. 6.37 показана структурная схема полу-
автомата для узловой
сборки вала зубчатого
насоса. Обозначения, при-
нятые, на схеме: МАГ — ма-
газин; БОУ — бункерно-
ориентирующее устрой-
ство; ОТС — накопитель и
отсекатель; ПИТ —' пита-
тель; ПОЗ — устройство
вторичной ориентации или
точного позиционирования
перед последующим сопря-
Рис. 6.37
жением; ВЫТ — выталки-
ватель; 1 — установка
в приспособление и закреп-
ление; 2 — напрессовка;
3 — запрессовка; 4 — конт-
роль оборки; 5 — удаление
собранного объекта после
открепления вала; 6 — контроль пустоты приспособления.
Сложность и недостаточная технологическая надежность
выпол-
нения проектируемой сборочной операции влияют на необходимость
предусмотреть в автомате или автоматической линии блокирующих
устройств обычного типа, срабатывание которых вызывает останов-
ку всего автомата, или блокирующих устройств с запоминающими
системами.
Перспектива возможного изменения конструкции объекта сбор-
ки через определенный промежуток времени делает желательным
создание переналаживаемого сборочного оборудования. При доста-
точно стабильном изделии допустимо использование специального
сборочного оборудования.
Если собирают конструктивно и технологически подобные изде-
лия с относительно малым количеством их выпуска, то вполне целе-
сообразно наметить к выбору сб.орочное оборудование, пригодное
для групповой автоматической сборки.
Уточнение содержания и установление условий выполнения сбо-
рочных операций на основе технологических расчетов и исследо-
ваний. Предварительные наметки содержания операций автомати-
ческой сборки подлежат дальнейшему уточнению. Прежде всего
решается вопрос о возможности совмещания переходов сборки или
приемов во времени. Это позволяет упростить схему автомата,
уменьшить количество его позиций, сократить длительность цикла
сборки изделия или его составных частей.
17 1273
265
Имеющиеся технические средства позволяют, осуществлять
параллельную сборку резьбовых, заклепочных, прессовых, разваль-
цовочных и других соединений при помощи многошпиндельных
и многоинструментных головок. В ряде случаев можно совмещать
во времени выполнение отдельных переходов сборки и контроль-
ных приемов. Так, например-, наличие и правильность положения
запрессовываемой детали контролируют при помощи микропере-
ключателей, работающих от ползуна прессующего устройства. Если
запрессовываемая деталь не доведена до заданного конечного поло-
жения, то этот микропереключатель не срабатывает и не возникает
сигнал на продолжение рабочего цикла.
Возможность совмещения (концентрации) переходов сборки
заметно отличается от той, которую мы имеем при построении опе-
раций механической обработки. Совмещение переходов сборки
зависит от конструкции изделия, от возможности одновременно ,
подавать на сборку несколько деталей, от стесненности рабочего
пространства автомата. При подаче деталей по одному направле-
нию возможность совмещения переходов возрастает. Нередко по-
становку нескольких соосно расположенных деталей можно осу-
ществить за один ход ползуна или другого рабочего органа.
При уточнении-содержания операции необходимо произвести все
технологические расчеты, связанные с ее выполнением: сил запрес-
совки; сил, необходимых для образования замыкающих головок
заклепок, моментов, и сил для развальцовки; сил прижатия склеи-
ваемых деталей; скоростей и подач рабочих инструментов (винто-
завертывающих устройств, развальцовок, прессующих устройств).
При сборке по методу теплового воздействия (посадка с нагревом
или охлаждением) необходимо определить исходные температуры
нагрева или охлаждения сопрягаемых деталей. В ряде случаев
необходимо рассчитать исполнительные размеры сборочных инстру-
ментов и уточнить их конструкцию. Затем уточняют схему при-
способления для установки базовой детали собираемого изделия,
определяют его основные размеры и допуски, влияющие на точ- .
ность сборки. Эти расчеты выполняют, решая размерную цепь при-
способление— собираемое изделие по общепринятой методике.
В результате этого расчета можно установить обоснованные допус-
ки на те размеры приспособления, которые влияют на точность
выполняемой сборки. Далее определяют настроечные размеры сбо-
рочного автомата, а по ним устанавливают рабочий инструмент
при их смене и подналадке.
На базе установленных расчетом режимов работы автомата
уточняют время на выполнение переходов сборки и отдельных ее
приемов. В результате этого еще раз проверяют то условие, по
которому длительность протекания работы на различных позициях
автомата -плюс время на перемещение объекта сборки с позиции
на позицию не должно превышать ранее рассчитанной величины
темпа. В результате уточнения содержания операции могут быть
выявлены дополнительные исходные данные для разработки ТЗ
на конструирование автоматического сборочного оборудования.
266
Разработка технических заданий на конструирование специаль-
ного сборочного оборудования. Разработанный технологический
процесс автоматической сборки и установленные расчетом условия
выполнения сборочных операций позволяют сформулировать ТЗ
на.конструирование специального сборочного оборудования. Тех-
ническое задание должно также разрабатываться на конструиро-
вание сборочных приспособлений и инструментов, поскольку в боль-
шинстве случаев они являются устройствами специального типа
и назначения.	х
Расчет и конструирование специального автоматического сбо-
рочного оборудования. Этот этап работы выполняют на базе разра-
ботанного ТЗ. Конструируют сборочное оборудование, как и обору-
дование другого технологического назначения, обычно в две ста-
дии: первая стадия — разработка технического проекта оборудо-
вания, вторая стадия — составление рабочего проекта, по которому
уже изготовляют оборудование. Разработку второй стадии начи-
нают после уточнения и тщательной проверки технического про-
екта.
В более сложных случаях осуществляется трехстадийное про-
ектирование. Первая стадия — эскизный проект, на основе которого
прорабатывают структуру, конструктивную схему и компоновку
оборудования. Далее выполняют технический проект с более
детальной проработкой вопросов и с учетом всех замечаний по
эскизному проекту. Третья стадия проектирования завершает
составление рабочих чертежей оборудования.
Рассчитывают экономическую эффективность автоматизации
сборки по специальным методикам, сопоставляя и сравнивая раз-
личные технологические варианты. Подробнее об этом см. гл. 7.
§ 6.5.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СБОРКИ
Развитие автоматической сборки привело к созданию определен-
ного типажа сборочного оборудования. В сборочном производстве
в настоящее время применяют следующие типы автоматического
и полуавтоматического оборудования.
1.	Специальные сборочные установки и устройства для выпол-
нения промежуточной узловой сборки в процессе механической
обработки. Сборочные установки используют как самостоятельно
действующее оборудование между смежными операциями обработ-
ки базовой детали данного изделия, а специальные сборочные уст-
ройства встраивают в автоматы или полуавтоматы для механиче-
ской обработки. Такое сочетание механической обработки и сборки
является концентрацией технологических процессов изготовления
элементов машин и экономически вполне оправдывается. Многие
станкостроительные фирмы поставляют к своей. продукции допол-
нительные приспособления для выполнения промежуточной сборки
с подачей присоединяемых деталей к базовой из загрузочных уст-
ройств. В практике машино- и приборостроения имеются удачные
17*
267
примеры таких комбинированных наладок металлообрабатываю-
щего оборудования.
2.	Однопозиционные сборочные полуавтоматы, применяемые
для сборки относительно несложных изделий и их элементов,
состоящих из небольшого количества деталей (обычно 34-5). Базо-
вую деталь изделия устанавливают на сборочную позицию вруч-
ную. Остальные детали изделия устанавливаются автоматически
(или при необходимости вручную) в определенном порядке или
одновременно. Снимается собранное изделие автоматически вытал-
кивающим устройством в тару, а также вручную. Для выполнения
каждой операции полуавтомат включается пусковым устройством —
нажатием кнопки или рычага; останавливается автоматически
после завершения всего рабочего цикла. Машины подобного типа
могут применяться для последовательной и параллельной поста-
новки присоединяемых деталей (групповая клепка, многошпиндель-
ное завертывание и затяжка резьбовых крепежных деталей). Воз-
можна также одновременная сборка нескольких изделий неболь-
ших размеров в специальных многоместных приспособлениях.
Таким образом, данное оборудование не только облегчает усло-
вия сборки, но и повышает ее производительность часто в несколь-
ко раз. Однако освобождения сборщиков от обслуживания полу-
автомата обычно не происходит. Сборочные однопозиционные полу-
автоматы нередко выполняются на базе универсального обо-
рудования (эксцентриковые прессы для операций клепки,
одношпиндельные вертикально-сверлильные станки для операций
развальцовки и др.) с незначительным изменением его конструкции
или без нее.
3.	Однопозиционные сборочные автоматы применяют для сбор-
ки сравнительно простых изделий с автоматической подачей точно
ориентированных деталей из бункеров, магазинов или кассет на
сборочную позицию. После завершения одного рабочего цикла
собранное изделие автоматически удаляется выталкивателем в тару
или снимается механической рукой без потери ориентации для
передачи на транспортирующее устройство к следующей операции
сборки. Новый рабочий цикл начинается без участия человека. Ана-
логично агрегатным станкам однопозиционные сборочные автоматы
(и полуавтоматы) в зависимости от конструкции изделия могут
выполняться одно- и многостороннего типов с последователь-
ным или параллельным выполнением переходов сборки. На
рис. 6.38, а показана схема (в плане) двустороннего однопозицион-
ного сборочного автомата. На базовую деталь 1 собираемого изде-
лия исполнительными устройствами 2 подаются присоединяемые
детали, поступающие в ориентированном виде из вибробункеров 3.
Базовые детали поступают из магазина 4, а собранные изделия уда-
ляются по лотку 5. Автоматизация цикла позволяет высвободить
обслуживающий персонал. Однако устройства автомата несколько
усложняется в результате дополнительного введения в его струк-
туру механизмов контроля и блокировки в целях предупреждения
брака и аварийных ситуаций в работе. Вместе'с тем отсутствие
268
обслуживающего человека может привести к некоторой корректи-
ровке содержания выполняемой операции в смысле повышения
надежности ее качественного выполнения, путем, например, введе-
ния промежуточного контроля. Однопозиционные сборочные
автоматы работают от постоянной или сменяемой управляющей
программы. В первом случае используются командоаппараты с рас-
пределительными валами, системы релейно-контактной автоматики
Рис. 6.38
и другие системы. Во втором случае применяются различные систе-
мы ПУ (штекерные, ЧПУ), которые в сочетании с быстроперена-
лаживаемой или быстросменяемой оснасткой позволяют использо-
вать данное оборудование для условий серийного производства при
сборке конструктивно и технологически подобных изделий. Автома-
ты данного типа в большинстве случаев представляют собой спе-
циальное оборудование. Их можно использовать обособленно
в качестве самостоятельно действующих машин или встраивать
в автоматические или полуавтоматические сборочные линии, сохра-
няя автономную систему управления. Во втором случае собранный
элемент изделия должен передаваться на следующую позицию
линии без потери ориентации. При относительной простоте устрой-
ства эти автоматы достаточно надежны в работе; коэффициент их
использования во времени достигает 0,84-0,9. Несколько автоматов
могут обслуживаться одним наладчиком. Производительность дан-
ных машин устанавливается по разработанному технологическому
процессу сборки с учетом затрат времени на устранение отказов
в работе. При увеличении программы выпускададелий на действую-
щем предприятии возникает необходимость повышения производи-
тельности сборочного оборудования. Несмотря на то что данное
оборудование конструируется для определенных условий работы,
его производительность может быть повышена увеличением числа
оборотов распределительного вала командоаппарата (в системах
269
циклической автоматики) или регулировкой скорости срабатывания
исполнительных и управляющих устройств (в системах рефлектор-
ной автоматики). На рис. 6.38,5 показан характер зависимости
производительности автомата от частоты вращения его распреде-
лительного вала п. Сначала (кривая 1) производительность Q на
коротком участке кривой растет пропорционально частоте враще-
ния распределительного вала, затем рост производительности
непрерывно замедляется и начинает падать. Это обусловлено сни-
жением надежности работы различных исполнительных устройств,
увеличением числа отказов и времени на их устранение. Если в ав-
томате используются гравитационные устройства (питатели, лотки,
магазины и др.), то повышение производительности происходит до
определенной критической точки а (кривая 2). Переход к устрой-
ствам с жесткими связами, осуществляющих принудительное пере-
мещение всех элементов изделия в процессе сборки, способствует
повышению производительности автомата (кривая 3).
4.	Многопозиционные сборочные полуавтоматы применяют для
более сложных изделий с относительно большим количеством пере-
ходов сборки. Обычно их выполняют карусельного типа. Круглый
стол, на котором закреплены установочные приспособления для
изделий, периодически поворачивается при помощи делительного
устройства на определенный угол в зависимости от количества
позиций.
Базовую деталь, а также некоторые другие детали, выдача
которых из бункеров затруднена (спиральные пружины, детали
сложной формы, детали из проволоки), устанавливают вручную.
Снимают готовые изделия обычно вручную, лишь в некоторых слу-
чаях автоматически. Полуавтоматы подобного типа выполняют со
столом, имеющим диаметр до 1,54-2,0 м. Столы большего диаметра
встречаются редко. На рис. 6.38, в показана схема двенадцатипо-
зиционного полуавтомата. Рабочие места ручной сборки располо-
жены по периферии стола; устройства для питания и другие испол-
нительные устройства — по периферии и в центральной зоне стола
на неподвижных опорах. В некоторых установках большого диа-
метра центральную часть стола выполняют неподвижной, а его вра-
щающаяся часть представляет собой кольцо. На данной схеме: 1 —
позиция ручной установки базовой детали; 2, 3, 4, 5, 8 и 9 — пози-
ции автоматической сборки с бункерной подачей деталей; 6 и 10 —
позиции ручной сборки; 7 — позиция автоматического контроля
качеств сборки; И — позиция автоматической продувки и смазки
собранного изделия; 12 — позиция автоматического съема собран-
ного изделия.
При большой длительности сборки на отдельных позициях руч-
ные установку и съем изделия выполняют на одной позиции. Такое
же объединение однородных по характеру работ может быть осу-
ществлено и на смежных позициях ручной сборки. Это позволяет
уменьшить число позиций полуавтомата.
Собирают изделия на полуавтоматах карусельного типа обычно
за один оборот стола. При использовании полуавтомата для сборки
270
малотрудоемких изделий возможна нала*дка, обеспечивающая
съем изделия за половину оборота стола. В данном случае может
быть также дублированная наладка, при которой за один оборот
стола снимают два различных изделия.
Минимально возможное расстояние между сборочными пози-
циями по периферии стола зависит от метода сборки. При автома-
тической сборке мелких изделий это расстояние меньше, чем при
ручной сборке, так как из условий обеспечения удобств работы
в последнем случае необходимо предусматривать большие расстоя-
ния между позициями. Две смежно расположенные ручные пози-
ции могут привести к необходимости иметь большее расстояние
между всеми, в том числе и между автоматическими, позициями
стола. Если число позиций велико, то стол получается большого диа-
метра. В этом случае может оказаться выгодным выполнение сбор-
ки за два оборота стола. На рис. 6.38, а показана схема работы
девятипозиционного полуавтомата подобного типа. Позиции 1 (за-
грузка и съем), 4 и 6 обслуживаются рабочими, остальные автома-
тические. Расстояние между сборщиками на позициях ручной сбор-
ки 6 и 4 получается при этом достаточно большим без увеличения
размера стола.
5.	Многопозиционные сборочные автоматы выполняют такого же
типа и для таких же изделий, как и предыдущие карусельные
полуавтоматы. Все детали Собираемого изделия подаются из бун-
керов или магазинов автоматически. Снимаются готовые изделия
также автоматически. На рис. 6.38, д дана схема автомата, где
1— позиция автоматической подачи базовой детали в приспособле-
ние; 2, 3, 4, 6,7, 8 и 9— позиции автоматической сборки с подачей
деталей из бункеров; 5 и 11 — позиции автоматического контроля;
10 — позиция продувки собранного изделия; 12 — автоматический
съем собранного изделия.
Число позиций сборки, включая позиции установки базовой
детали и съема собранного изделия, обычно лежит в пределах от
6 до 12. При наличии в цикле сборки естественных быстропроте-
кающих процессов (нагрев, охлаждение, сушка, выдержка и др.)
общее количество позиций может быть соответственно увеличено.
При большом количестве позиций, во-первых, увеличивается диа-
метр стола, а вместе' с этим и занимаемая им площадь (рост пло-
щади пропорционален квадрату диаметра стола; при большом диа-
метре стола его центральная часть не используется, так как рабо-
чие позиции располагаются по периферии); во-вторых, снижается
надежность работы автомата, а вместе с тем и его производитель-
ность. Это снижение тем больше, чем сложнее выполняемые пере-
ходы сборки, чем больше исполнительных и контрольно-блокиро-
вочных устройств в автомате, а также чем больше деталей в соби-
раемом изделии. Общая методика расчета надежности и произво-
дительности сборочных машин была рассмотрена ранее (см. § 6.1);
она полностью применима и для рассматриваемого случая. На
рис. 6.38, е показан характер уменьшения надежности р от числа
позиций п автомата (кривая 1). Кривая 2 характеризует измене-
271
ние надежности карусельного полуавтомата; чем больше доля пози-
ций ручной сборки, тем выше располагается эта кривая. Таким
образом, общее число позиций у полуавтомата при данной надеж-
ности работы может быть большим, чем у автомата. В то же время
при сокращении общего количества позиций в цикле работы
автомата приходится предусматривать дополнительные позиции
(контроль правильности положения Поставленных деталей, кон-
троль пустоты гнезда после удаления собранного изделия и др.),
чего обычно нет при использовании полуавтомата.
У карусельных сборочных автоматов исполнительные рабочие
устройства располагают по осевому и радиальному направлениям,
т. е. поверхности сборки расположены в двух взаимно перпенди-
кулярных плоскостях.
При быстром темпе работы, когда время на поворот стола очень
невелико, уменьшается точность деления. Погрешность деления
возрастает с увеличением диаметра стола; это в свою очередь влия-
ет на уменьшение числа позиций. Круглые столы в настоящее время
нормализованы; многие фирмы производят их серийный выпуск.
Практика промышленного использования карусельных многопози-
ционных автоматов и полуавтоматов себя полностью оправдала.
В большинстве случаев их применяют в качестве отдельных само-
стоятельных установок. Реже встречаются линии, скомпонованные
из 2-?3 карусельных установок с малым числом позиций. Эти
установки, соединенные вместе посредством автоматических пере-
гружателей, образуют автоматическую линию с жесткой транспорт-
ной связью. Общее число позиций такой линии обычно не превы-
шает 104-12 из . соображений обеспечения достаточно высокой
надежности работы. Автоматы и полуавтоматы на базе круглых
столов используют и для групповой сборки. В данном случае их
применяют обычного типа или с ПУ.
К разновидностям подобных автоматов относятся многопози-
ционные автоматы барабанного типа. Они имеют горизонтальную
ось поворота и предназначены для сборки длинных изделий с одного
или двух торцов одновременно. Общее число позиций 64-9, причем
рабочие позиции расположены с боков и сверху. В нижней зоне
барабана сборку не производят по причине труднодоступности.
Позиции ручной сборки (кроме загрузки) не используются из-за
стесненности рабочего пространства при сравнительно небольшом
диаметре барабана. Допустимая осевая сила сборки меньше, чем
у автоматов карусельного типа.
Рассмотренное в п. 1—5 сборочное оборудование является обо-
рудованием дискретного типа. Все переходы автоматической сборки'
и вспомогательные ходы выполняются при неподвижном изделии.
На оборудовании с круглым столом некоторые переходы можно
выполнять и в процессе вращения стола (продувку собираемого
изделия, смазку распылением его отдельных элементов, контроль
наличия и правильности положения присоединяемых деталей при
помощи щуповых устройств или фотоэлементов, охлаждение спрей-
272
ером после пайки и др.), что уплотняет построение операций сборки
и уменьшает количество потребных позиций стола.
К оборудованию многопозиционного типа можно отнести также
карусельные установки с, непрерывным вращением стола. На этих
установках собирают несложные изделия из деталей небольшой
толщины с достаточно большими зазорами. Принцип такой сборки
был рассмотрен ранее (см. рис. 6.19,в). Автоматы, работающие по
данной схеме, отличаются простотой устройства и высокой произ-
водительностью, однако область их использования ограничена.
Рис. 6.39
6.	Полуавтоматические (автоматизированные) линии применя-
ют для сборки более сложных изделий. Общее количество позиций
ручной и автоматической сборки составляет несколько десятков.
На ручных позициях выполняют такие переходы сборки, автомати-
зация которых вызывает затруднения (постановка спиральных пру-
жин, установка сложноориентируемых деталей, постановка особо
тонких и хрупких деталей). Общую компоновку линий и установле-
ние их структур производят на основе тщательной проработки тех-
нологического процесса сборки данного изделия. При проектиро-
вании этих линий можно достаточно гибко сочетать ручную сборку
с автоматической. По мере совершенствования технологии сборки
возможна замена позиций ручной сборки на автоматическую без
коренной перестройки линии. Расположение рабочих позиций в пла-
не может быть линейным, в виде замкнутого прямоугольника или
овала (рис. 6.39,а, б, в). Реже встречаются линии Г- и П-образного
расположения. Конфигурацию линии в плане устанавливают в за-
висимости от количества сборочных позиций, длины линии (зависит
от габаритов изделия) и выбирают с учетом общей планировки
данного цеха с таким расчетом, чтобы грузопотоки в нем были
наиболее рациональны по своему направлению и пути перемещения
выпускаемой продукции.
273
В большинстве случаев базовую деталь собираемого изделия
закрепляют в приспособлениях-спутниках и перемещают из одной
позиции в другую, где к ней присоединяются сопрягаемые детали.
Приспособления-спутники монтируют на жестких плитах, переме-
щаемых по направляющим; вся система спутников представляет
собой замкнутую цепь. При линейном размещении рабочих позиций
эта цепь расположена в вертикальной плоскости; при замкнутом
она расположена горизонтально.
Для небольших и средних по размеру линий замкнутого прямо-
угольного типа применяют точно изготовленные квадратные в плане
плиты, перемещаемые по трассе сборки посредством четырех тол-
кающих гидравлических цилиндров (рис. 6.39,а). Плиты 1 плотно
прилегают одна к другой. В местах 2 плит нет. Гидроцилиндры 3,
4, 5 и 6 работают в последовательности для перемещения плит,
указанной стрелками. Сначала включаются гидроцилиндры 5 и 3,
затем цилиндры 4 и 6. После выполнения предусмотренных перехо-
дов сборки цикл повторяется.
Приспособления-спутники для более крупных изделий переме-
щаются по трассе линии толкающей штангой. На позициях автома-
тической сборки эти приспособления точно фиксируют и закрепляют
в заданном положении.
Полуавтоматические сборочные линии примыкают к сборочным
конвейерам и механизированным линиям с распределительными
конвейерами, поскольку в последних наряду с ручной сборкой на
отдельных операциях используют средства частичной и полной
автоматизации сборки.
7.	Автоматические сборочные линии применяют на практике
реже, чем полуавтоматические линии. Количество рабочих и вспо-
могательных позиций у них меньше из тех же соображений, что
и у многопозиционных сборочных автоматов. Устройство их более
сложно. Наиболее совершенна форма у комплексно автоматиче-
ских линий. На них помимо сборки выполняют и другие работы
(механическую обработку, контроль, испытание, консервацию, упа-
ковку). Проектирование автоматических линий сборки — зада'ча
наиболее трудная, требующая тщательной разработки техноло-
гических процессов и строгого обоснования всех принятых ре-
шений.
Автоматические и полуавтоматические линии сборки отличаются
большим разнообразием своих конструкций, но имеют много общих
черт с соответствующими линиями механической обработки. Многие
исполнительные устройства линий для сборки и обработки выпол-
няют одно и то же функциональное назначение (транспортирую-
щие, управляющие, блокирующие устройства, бункерно-ориенти-
рующие механизмы, устройства для выдачи деталей и заготовок на
рабочие позиции, механизмы для установки и закрепления деталей
и заготовок). Поэтому задачи конструирования и последующей
унификации и нормализации основных элементов и устройств этих
линий должны решаться не изолированно друг от друга, а в общем
плане.
274
Сборочные линии в большинстве случаев выполняют с приспо-
соблениями-спутниками для закрепления базовой детали собирае-
мого изделия. Задача возврата приспособлений-спутников на исход-
ную позицию наиболее просто решается в линиях замкнутого типа.
В линиях с прямолинейным расположением сборочных позиций
необходимо для возврата спутников еще транспортное устройство
(транспортер). Это усложняет линию и увеличивает ее размеры по
ширине (при боковом расположении транспортера). Для сборки
изделий, базовые детали которых достаточно массивны и имеют
постоянную установочную базу (например, плоскость и два отвер-
стия для фиксирующих пальцев), обеспечивающую устойчивое
положение собираемого объекта, приспособления-спутники не при-
меняют. В этом случае замкнутые линии особых преимуществ
не имеют. По виду транспортных устройств линии выполняют
с жесткими и гибкими связями. Как и при механической обработке,
на сборочных линиях желательно иметь промежуточные накопите-
ли, при наличии которых вынужденные неполадки на одной из
сборочных позиций не вызывают остановку всей линии. Линии с на-
копителями работают с гибкими связями. В отличие от линий для
механической обработки сборочные линии имеют накопители
не в виде бункеров, а в виде магазинов. Это обусловлено тем, что
ориентация узлов из-за их в большинстве случаев сложной конфи-
гурации представляет собой сложную задачу. Промежуточное хра-
нение собираемых изделий должно производиться без потери их
ориентации. Линии с гибкими транспортными устройствами более
маневренны. Практика их эксплуатации показала, что они имеют
менее продолжительные простои.
В последнее время для уменьшения возможных простоев авто-
матических сборочных линий из-за отказов исполнительных уст-
ройств многие фирмы предусматривают резервные запасные участ-
ки линий, на которых можно в случае необходимости выполнять
ручную сборку. Отдельные участки линий с гибкими транспортны-
ми устройствами используются как накопители для определенного
количества собираемых объектов. Транспортное устройство, выпол-
ненное в виде стальной ленты, троса или иного гибкого элемента,
работает непрерывно, перемещая собираемые объекты. На пути
движения последних находятся упоры (отсекатели). После подачи
команды от управляющего устройства линии упор убирается и со-
бираемый объект, увлекаемый силой трения от гибкого элемента
транспортирующего устройства, перемещается к следующей сбо-
рочной позиции.
На рис. 6.39,5 показана схема автоматической сборочной линии
с резервированием ее производительности путем использования
промежуточного задела. Если на позиции 3 вероятность получения
брака сборки велика, то на позиции 4 собираемого изделия качество
•контролируется. При обнаружении брака неконденционное изделие
снимается с линии и передается в тару А для брака. На позиции 5
из задела, хранящегося в магазине Б, поступает запасное изделие.
Далее сборка идет по установленному маршруту. При данном
275
варианте линия работает бесперебойно, обеспечивая заданный
выпуск собираемых изделий.
Большинство автоматических и полуавтоматических сборочных
линий выполняют как непереналаживаемые. Они рассчитаны на
выпуск определенных изделий. В последнее время выдвигается
задача более широкого внедрения переналаживаемых линий,
а также линий для групповой сборки. Использование переналажи-
ваемых линий позволит применять автоматическую сборку в произ-
водствах с малой программой выпуска изделий. Эти линии могут
быть использованы также при изменении объекта производства.
Линии для групповой сборки можно применять в серийном произ-
водстве; Их проектирование и компоновка связана с более углуб-
ленной проработкой технологического процесса сборки. Для кон-
структивно и технологически подобных изделий перспективны линии
и устройства, на которых сборку производят с периодическим чере-
дованием объектов без всякой переналадки. Линию подобного типа
можно использовать для сборки нескольких подобных изделий
и иметь при относительно малой программе выпуска достаточно
высокую загрузку.
' Особую группу автоматических сборочных линий составляют
роторные автоматические линии. Их применяют в основном для
сборки небольших и несложных изделий. Сборка происходит непре-
рывно без периодических остановок одного или нескольких связан-
ных в одну цепочку многопозиционных роторов, на которых закреп-
лены установочные приспособления. Изделия с одного рабочего
ротора ра другой передаются при помощи транспортных (питаю-
щих и снимающих) роторов, которые в то же время могут выпол-
нять некоторые дополнительные функции (переориентацию соби-
раемых изделий, отбраковку их и др.). Практика эксплуатации
многочисленных роторных линий показала, что их можно с успехом
применять для выполнения запрессовки, клепки, развальцовки,
посадки с зазором, пайки, обжимки, отбортовки, а также для кон-
троля изделий, по размерам и на комплектование деталями. В ро-
торных линиях могут быть встроены автоматические устройства,
предотвращающие брак по некомплектности, собираемых изделий
и по- другим отклонениям сборочного процесса. При малой веро-
ятности получения брака импульс от контрольно-измерительного
устройства используется для остановки линии. При большой веро-
ятности брака по указанному импульсу дефектное изделие удаляет-
ся из потока или пропускается через все остальные позиции линии
вхолостую и сбрасывается в тару недособранных изделий для после-
дующего их доукомплектования. В последнем случае в линии
используются запоминающие устройства, обеспечивающие холостой
пропуск изделия через последующие позиции сборки. Роторные
автоматические линии высокопроизводительны в результате значи-
тельной дифференциации технологического процесса и совместного
выполнения рабочих и транспортных, движений. Однако эти линии
имеют ограниченные технологические возможности. Они не приме-
нимы для изделий средних и крупных габаритов и для изделий
276
сложной конструкции. У роторных линий трудно обеспечить высо-
кую жесткость, точность и виброустойчивость, так как собираемые
изделия и инструментальные блоки в процессе сборки находятся
в движении.
Технологические возможности роторных линий определяются
характером движения рабочих инструментов. Обычно это возврат-
но-поступательное движение вдоль оси роторов и вращательное
движение. Поэтому запрессовку, клепку, развальцовку и другие,
перечисленные ранее виды работ, выполняют на роторных линиях
без особых затруднений. Еще проще выполняются работы, для
которых инструменту не нужно сообщать никаких движений (на-
грев, окраска, сушка, пайка, покрытия). Более сложные движения
приводят к значительному усложнению роторных линий, что неце-
лесообразно.
У деталей собираемых изделий должны быть явно выраженные
базовые поверхности. Они нужны для захвата деталей транспорт-
ными роторами и для надежной фиксации деталей на рабочих рото-
рах. Поверхности сопря-
жений должны быть
легко доступными и
иметь фаски или на-
правляющие элементы.
Технологические про-
цессы сборки на ротор-
ных линиях строят
с наименьшим числом
перемен положения из-
делия. Желательно из-
бегать сборки отдельных
частей, соединяемых впо-
следствии друг с другом
в одно единое целое, так
как ориентация их слож-
нее ориентации дета-
лей.
Для расширения техноло-
гических возможностей ро-
торных линий в > последнее
время предложены их новые
разновидности. При малой
длительности переходов сбор-
ки применяют обычную ком-
поновку роторной линии, при
большой длительности от-
дельных операций (нагрев,
Рис. 6.40
охлаждение, склеивание, сушка и пр.) —
роторно-цепную компоновку. На рис. 6.40, а показана схема последнего звена
роторной линии, в которой последний рабочий ротор 1 имеет удлиненное цепное
замкнутое устройство. В результате этого обеспечивается необходимая длитель-
ность завершающего перехода сборки. Если собираемое изделие состоит из малого
количества деталей, которые могут быть сопряжены между собой или с базовой
деталью изделия одним и тем же инструментом, то весь процесс сборки выпол-
няется в одном рабочем роторе 1, снабженном несколькими питающими рото-
277
рами 2 и 3 (рис. 6.40,5). Удаляются собранные изделия несколькими снимаю-
щими роторами.'Если сопряжение нескольких различных деталей изделия может
быть произведено одновременно одним движением инструмента, то рабочий ротор
1 имеет сектор питания А, в котором размещаются все питающие роторы 2, 3,
4 и 5 и в котором инструмент совершает ход, необходимый для приема очеред-
ной детали, и один рабочий сектор Б общей сборки, в котором совершается рабо-
чее движение инструмента (рис. 6.40,в). Снимается собранное изделие рото-
ром 6. Если постановка каждой детали выполняется отдельным рабочим движе-
нием, то рабочий ротор 1 имеет несколько секторов питания. В каждом секторе
расположен лишь один питающий ротор 2, 3 и 4. На рабочем роторе предусмот-
рено также несколько рабочих секторов. В каждом из этих секторов предусмат-
ривается свой рабочий инструмент (рис. 6.40,г). Ротор 5 снимает собранное
изделие.
Кроме рассмотренных схем роторных линий применяют комбинированные
схемы. В последнее время появились многоярусные схемы роторных установок,
отличающиеся, высокой производительностью, которые применяют при малом
количестве операций в технологическом процессе сборки.
При сборке изделий, состоящих из малого количества деталей, роторные
линии наиболее просты. Их рабочие роторы расположены по прямой. При
сборке более сложных изделий применяют разветвляющиеся роторные линии
(рис. 6.40,5). На ветвях А и Б собирают части изделия, которые затем переда-
ются на основную линию его общей сборки.
Все перечисленные типы роторных линий имеют жесткие транспортные связи,
которые работают с заданным темпом без колебания производительности. Если
по условиям сборки требуется изменение производительности, то в этом случае
используют линии с гибкой связью или линии комбинированного типа, в которых
имеются участки с жесткой и гибкой связями.
8.	Сравнительно новое направление в автоматизации сборочных
работ заключается в использовании сборочных манипуляторов
(промышленных роботов, механических рук), снабженных постоян-
ной или сменяемой управляющей программой. Это дает возмож-
ность их легкого «обучения» и «переобучения», в результате чего
получается достаточно универсальная гибкая система сборочного
оборудования,.
В промышленности США, Японии и других стран нашли приме-
нение переналаживаемые роботы с ПУ различного типа. Сборочные
переналаживаемые роботы целесообразно применять на сборке
несложных изделий в условиях серийного производства. Они могут
работать как индивидуальные установки или быть встроены 6 по-
точную линию. Роботы непереналаживаемые типа механической
руки могут применяться в автоматических линиях с управлением
от одного общего командоаппарата. В настоящее время известно
несколько конструкций таких устройств под общим названием авто-
операторов. Сборочные роботы могут устанавливать базовую деталь
изделия на автоматическую линию и снимать с нее собранное изде-
лие, изменять положение собираемого объекта, выполнять основ-
ные и вспомогательные переходы сборки, осуществлять соединение
с зазором сопрягаемых деталей, производить точечную и контакт-
ную сварку и окраску методом пульверизации или окунания и дру-
гие работы. Возможно индивидуальное и групповое использование
сборочных роботов на одной операции. Сборочные роботы по харак-
теру выполняемых работ конструктивно и кинематически просты.
В. большинстве случаев это роботы первого поколения. Они могут
заменить большое количество сборщиков, занятых выполнением
278
несложных операций. Работают они по жесткой программе. Роботы
второго поколения (интеллектуальные) используют на сборке
редко.
Применение роботов целесообразно и часто необходимо при
выполнении специальных методов сборки (сборка тяжелых объек-
тов и при высокой температуре, во взрывоопасной, радиоактивной
или токсической среде) и однообразных монотонных движений.
В рабочем пространстве робота располагают сборочное при-
способление, кассеты, магазины, бункера, из которых захватное
устройство робота берет ориентированные детали, и место для раз-
мещения собранного изделия до удаления его из рабочей зоны.
Захваты бывают механического, вакуумного, магнитного и струй-
ного типов. Сборочные роботы характеризуются высокой точностью
позиционирования захватного устройства (до 0,05 мм), которая
необходима для надежного соединения деталей изделия. В боль-
шинстве случаев сборочный робот работает по схеме: взять и по-
ставить деталь, удалить собранные соединения. На очереди задача
создания робота для сборки резьбовых, прессовых, заклепочных
и других соединений. Весьма важна задача повышения жесткости,
надежности и быстродействия сборочных роботов. В настоящее
время производительность роботов нередко бывает ниже произво-
дительности ручной сборки.
Применение роботов как переналаживаемого, так и неперена-
лаживаемого типа способствует автоматизации сборочных работ
в серийном и массовом производствах и высвобождению значитель-
ного количества сборщиков.
9.	Представляют интерес попытки автоматизировать процессы
сборки мелких несложных изделий при помощи специальных уст-
ройств. К ним относятся установки с вращающимся барабаном,
встряхивающего и вакуумно-пневматического типа, магнитные
и другие устройства (на многие из них имеются описания в патент-
ной литературе). В этих установках производится одновременная
сборка большого количества изделий, детали которых, находясь
в беспорядочном движении, соединяются друг с другом. Этим мето-
дом собирают изделия с гарантированным зазором. Для ускорения
сборки подают сжатый воздух или создают вакуум в рабочем про-
странстве. Сборка применима для изделий определенной конструк-
ции. Через сравнительно короткое время партия собранных и час-
тично собранных изделий выгружается из устройства. Дособирают
частично собранные изделия вручную (их количество составляет
обычно не более 10—20%).
Разработку и применение этих методов сборки также следует
считать перспективным делом, так как при этом может быть высво-
бождено значительное количество ручного труда.
Накопленный опыт по автоматизации сборки показывает, что
почти все ее средства специальны. В дальнейшем необходимо более
широкое использование стандартных и нормализованных узлов
и устройств, при разработке которых нужно обращать большее вни-
мание на легкость ремонта и регулировки, на быструю замену
279
отдельных узлов, на доступность для осмотра, очистки и смазки.
Большое значение имеет повышение износостойкости отдельных эле-
ментов автоматических устройств и повышение их надежности
работы в целом.
Обобщая изложенное, можно отметить, что при автоматизации
себестоимость сборки мелких и средних изделий снижается на
604-70%.
При устойчивой продукции сроки окупаемости проектируемых
автоматических сборочцых устройств и линий можно принимать
три года, в отдельных случаях — пять лет. При возможности при-
обретения готовых узлов сборочного оборудования со стороны тру-
доемкость изготовления линии сборки на 104-20 позиций составляет
40004-8000 чел-ч, включая проектные работы, стоимость одной
позиции автоматической линии —2,54-3 тыс. руб. Экономическую
эффективность автоматической сборки в первую очередь повышают
за счет снижения стоимости автоматического оборудования.
При оценке экономической эффективности автоматизации сбо-
рочных работ нужно учитывать не только снижение себестоимости
изделий, но и улучшение их качества. Сложные автоматические
машины и -линии с большим количеством сборочных позиций мало-
надежны в работе и часто простаивают, что повышает расходы на
их содержание и обслуживание. Себестоимость автоматизации
сборки при этом соответственно возрастает.
, Практика показала, что не следует стремиться во. всех случаях
к сплошной автоматизации сборки. В первую очередь нужно авто-
матизировать наиболее тяжелые и трудоемкие сборочные опера-
ции, а также те операции, на которых возможно повысить качество
изделий. Необходимость автоматизации во всех других случаях
должна быть подтверждена технико-экономическими расчетами.
. Конструирование специального сборочного оборудования ведут
на базе тщательно проработанного технического задания с исполь-
зованием опыта передовых предприятий. Большое значение имеют
точные технологические и конструкторские расчеты, дающие извест-
ную гарантию того, что при последующей доводке и отладке изго-
товленного сборочного оборудования не производят переделок и из-
менений в его конструкции. В настоящее время технологи и кон-
структоры данными для проведения таких расчетов в полной мере
не располагают. Поэтому часто в процессе конструирования выпол-
няют необходимые эксперименты или делают специальные макеты
установок для исследования соответствующих методов или процес-
сов сборки. Несмотря на некоторое удлинение сроков выполнения
и увеличения себестоимости проектно-конструкторских работ, эти
мероприятия себя оправдывают.
На рис. 6.41, а показан график затрат во времени для изготов-
ления сборочного оборудования. По оси ординат отложены расходы
С на конструирование (ОА), изготовление (ДВ) и отладку (ВС)
оборудования; по оси абсцисс отложено время Т на выполнение
этих этапов. Ломаная, линия 1 характеризует отмеченный процесс
при недостаточной конструкторско-технологической проработке
280
варианта, линия 2-^ при обстоятельной проработке этого этапа.
Хотя изготовление машины по варианту 2 начинается позже, она
дает прибыль раньше. Расходы на изготовление и отладку, а также
общие расходы при этом также-получаются меньшими. Линии 3
характеризует процесс изготовления оборудования из нормализо-
ванных узлов по.методу агрегатирования. Все этапы этого процесса
получаются более короткими и дешевыми в исполнении; при этом.
Рис. 6.41
обеспечивается значительный эффект сокращения сроков внедре-
ния средств автоматизации и затрат на их изготовление.
Большое значение для экономики производства имеет срок окон-
чания работ по отладке изготовленного сборочного оборудования.
Промежуток времени от сдачи в эксплуатацию оборудования до
.окончания выпуска данной пррдукции должен быть большим, чем
срок окупаемости оборудования. При этом условии оборудование
дает прибыль при его использовании. Следовательно, конструктор-
ские работы должны быть начаты как можно раньше. На рис. 6.41, б
показан график расходов во времени. По оси ординат отложена
себестоимость С сборки одного изделия, а также все расходы по
автоматизации сборки, приходящиеся на одно изделие за весь срок
18 1273	281
ее проведения. По оси абсцисс отложен срок Т выполнения про-
граммы выпуска изделий в годах.
Площадь 5' прямоугольника OA'J'K представляет затраты на
выполнение процесса обычной (ручной) сборки всех выпускаемых
изделий, площадь Si прямоугольника ОАВМ — затраты на кон-
струирование средств автоматизации сборки, площадь S2 прямо-
угольника MCDL — затраты на их изготовление и отладку и пло-
щадь S3 прямоугольника LEJK — затраты на выполнение процесса ,
автоматической сборки, которая начинается в точке Е. До этого
времени производилась ручная сборка, затраты на которую харак-
теризуются площадью s4 прямоугольника OA'D'L. Экономическая
целесообразность автоматической сборки определяется условием
+ 52 + 53 + 54^5'. Если отрезок EJ равен или больше допустимого
срока окупаемости, то данный z вариант автоматической сборки
может быть принят. Больший экономический эффект автоматиче-
ской сборки будет обеспечен, если точку Е приблизить к оси орди-
нат или совместить ее с этой осью (рис. 6.41,в), выполняя все
работы по подготовке средств автоматизации до начала выпуска
данной продукции, а также сокращая расходы 51 и s2, используя
типовые и нормализованные средства автоматизации.
Глава 7. Экономическая эффективность
автоматизации производственных процессов
Автоматизация производства — эффективное средство
повышения производительности труда и снижения себестоимости
изготовления продукции в машиностроении. При проведении всех
работ по автоматизации производства следует руководствоваться
основным положением Программы КПСС: «Партия придает перво-
степенное значение повышению эффективности капитальных вло-
жений, выбору наиболее выгодных и экономичных направлений
капитальных работ, обеспечению наибольшего прироста продук-
ции на каждый затраченный рубль капитальных вложений, сокра-
щению сроков окупаемости этих вложений».
Каждое мероприятие по автоматизации производства должно
быть экономически обосновано. Целесообразность его осуществле-
ния необходимо подтверждать в каждом конкретном случае эконо-
мией общественного труда, затрачиваемого при изготовлении и экс-
плуатации средств автоматизации производства.
Определяют экономическую целесообразность применения
средств автоматизации путем сравнения проектируемого варианта
с существующим или сопоставления между собой нескольких про-
ектируемых вариантов. Оценивать экономическую целесообразность
разрабатываемого варианта автоматизации следует в несколько
этапов. Первый этап приближенного расчета экономической целе- ,
сообразности выполняют на стадии составления ТЗ. В результате^
этого расчета решают вопрос о необходимости дальнейших проекту
ных разработок. Второй этап расчета выполняют на стадии техни-
ческого проекта по* полученным уточненным данным. На основе'
этого расчета в осуществляемый вариант вносят соответствующие
коррективы, повышающие его экономическую эффективность.
В целях выявления фактически получаемой экономической эффек-’
тивности принятого и внедренного на заводе варианта делают про-
верочный расчет rio результатам работы эксплуатируемых средств
автоматизации. Данные проверочных расчетов используют для
накопления опыта по экономике применения средств автоматиза-
ций и корректировки существующих нормативно-справочных мате-
риалов для технологов и конструкторов автоматического оборудо-
вания.
Экономическую эффективность разрабатываемых средств авто-
матизации определяют, сопоставляя их важнейшие производствен-
ные и эксплуатационные показатели с показателями существую-
щего производства: величина капитальных вложений, производи-
шь
283
тельность, себестоимость единицы, производимой продукции, произ-
водительность труда (выпуск продукции на одного работающего
в данном производственном подразделении) и срок окупаемости
капитальных затрат. В качестве дополнительных показателей
используют количество высвобождаемых рабочих, высвобождаемые
производственные площади, трудоемкость продукции, издержки
производства Для обеспечения выпуску заданной продукции.
До настоящего времени вопросы определения эффективности
автоматизации производства й новой техники в целом вызывают
споры как между техниками и экономистами, так и среди самих
экономистов. Основой для решения данного вопроса должны быть
положения официальной типовой методики определения экономи-
ческой эффективности капитальных вложений. Эта методика утвер-
ждена 9 сентября 1969 г. постановлением Госплана СССР, Гос-
строя СССР и президиума АН СССР [13]. Ее основные положения
обязательны для всех отраслей народного хозяйства. В различ-
ных ведомствах и министерствах могут быть разработаны по согла-
сованию е Госпланом СССР отраслевые инструкции, учитывающие
особенности расчета экономической эффективности по отраслям
промышленности. Обязательное условие расчета и обоснования
экономической эффективности — соблюдение народнохозяйственно-
го подхода. Принятый вариант должен быть не только наиболее
эффективным в данной отрасли, но и должен способствовать повы-
шению эффективности всего народного хозяйства. Экономическую
эффективность необходимо определять как в том звене хозяйства,
по которому осуществляется данное мероприятие, так и в смеж-
ных отраслях производства или у потребителя. Так, например, при
внедрении упрочняющей технологии должна быть выявлена эффек-
тивность этого мероприятия не только в автомобильной промыш-
ленности, но и у потребителей автомашин в результате увеличения
срока службы и сокращения расхода запасных частей.
По типовой методике эффективность капитальных вложений
определяют сопоставлением экономического эффекта и затрат.
В планировании и проектировании определяют общую, или абсо-
лютную, или сравнительную экономическую эффективность, пока-
зывающую, насколько один вариант эффективнее другого. Общую
экономическую эффективность по народному хозяйству в целом
и отраслям народного хозяйства определяют как отношение при-
роста годового объема национального дохода АО к вызываемым
этот прирост капитальным вложениям k:
3H.dp = ±Dlk.	(7.1)
Расчет по (7.1) сложен и трудоемок, поэтому его применяют
только при установлении экономической эффективности мероприя-
тий большого народнохозяйственного масштаба. Для менее круп-
ных мероприятий типовая методика-предусматривает расчет эко-
номической эффективности как отношение прироста прибыли к ка-
питальным вложениям:
Эп = ДЛ7/Л.	(7.2)
284
Расчет экономической эффективности отдельных, предприятий,
объектов и мероприятий определяют отношением прибыли к капи-
тальным вложениям:
Эпр = (ч — s)/k,	(7.3)
ъ
где ц — стоимость годового выпуска продукции в оптовых ценах
предприятия; s — себестоимость годового выпуска продукции.
Экономическую эффективность по отраслям и предприятиям, где
применяют расчетные цены, а также по планово-убыточным пред-
приятиям, определяют как отношение экономии от снижения себе-
стоимости продукции к вызвавшим эту экономию капитальным
вложениям.
Капитальные вложения могут считаться экономически эффек-
тивными при условии, что полученные расчетом коэффициенты
общей эффективности не ниже нормативных. Нормативный коэф-
фициент эффективности капитальных вложений Еи по народному
хозяйству в целом устанавливается не ниже 0,12. В отраслевых
инструкциях допускаются отклонения от установленного норматив-
ного коэффициента эффективности по согласованию с Госпланом
СССР.
Для выбора сопоставляемых вариантов определяют их сравни-
тельную экономическую эффективность, показывающую, насколько*
один вариант эффективнее другого. Показателем сравнительной
- экономической эффективности капитальных вложений служит
минимум приведенных затрат. Эти затраты по каждому варианту
представляют собой сумму текущих затрат (себестоимости) и капи-
тальных вложений, приведенных к одинаковой размерности в соот-
ветствии с нормативом эффективности. По выбранному варианту
эта сумма должна представлять минимум:
+ Enkt = min.	(7.4>
Величины Si и могут применяться как в полной сумме капи-
тальных вложений и себестоимости годовой продукции, так и в виде'
удельных величин: удельных капитальных вложений на единицу
продукции и себестоимости единицы продукции.
Вместо нормативного коэффициента эффективности капиталь-
ных вложений Еп, значение которого должно быть не ниже 0,12,
в (7.4) может быть подставлена величина 1/Гн> где Гн— норматив-
ный срок окупаемости капитальных вложений. Величина Гн по
принятой типовой методйке допускается до восьми лет. По типовой'
методике 1961 г. допускалось установление нормативных сроков,
окупаемости капитальных вложений до трех лет (£н=0,33) по
работам, связанным с частичной механизацией и автоматизацией?
производства и до шести лет (£н=0,166) по работам с существен-
ной заменой оборудования и перестройкой технологических схем
предприятий. Понижается величина нормативного коэффициента^
эффективности Еп с установлением нового уровня цен на оборудо-
вание.
285.
Если по сравниваемым вариантам капитальные вложения осу-
ществляются в разные сроки, а текущие затраты изменяются во
времени, то сравнение вариантов производят приведением затрат
более поздних лет к текущему моменту, используя коэффициент
приведения	*
1/(1 +^n)S	-	(7.5)
где Ел=0,08— норматив приведения разновременных затрат; t —
период времени приведения, год.
Изложенные основные положения типовой методики должны
применяться в конкретных расчетах экономической эффективности'
автоматизации производственных процессов в механосборочном
производстве. Рассмотрим некоторые примеры этих расчетов.
Задача. На действующем предприятии намечается применить средства авто-
матизации при выполнении одной из операций механической обработки. Капи-
тальные вложения на эти средства составляют #2=20 тыс. руб. Капитальные вло-
жения в применяемые средства производства #1=5 тыс. руб. Себестоимость выпол-
нения обработки на применяемом оборудовании $1=2,5 тыс. руб., а на проекти-
руемом s2=l тыс. руб. в год. Определить срок окупаемости нового автоматиче-
ского оборудований и установить, целесообразно ли применять его в данных про-
изводственных условиях.
На рис. 7.1, а показан метод решения данной задачи. По оси абсцисс отло-
жено время t эксплуатации оборудования в годах, а по оси ординат расходы
(капитальные вложения и себестоимость обработки) с. Линия 1 характеризует
применяемый метод обработки, а линии 2 проектируемый. Линия н—н характери-
зует наибольший нормативный срок окупаемости Гн. Фактическая окупаемость Т
нового оборудования определяется абсциссой точки пересечения прямых 1 и 2,
Из графика следует, что ki+siT = k-2+s2T. Отсюда
Т — (k2 — #i)/(.Si — s2).	k (7.6)
Применительно к условиям задачи 7= (20000—5000)/(2500^1000) = 10 лет,
что превышает наибольший нормативный срок окупаемости (Тн = 8 лет). Следова-
тельно, применение нового оборудования нецелесообразно.
Задача. Рассмотрим вторую типовую задачу. При проектировании технологи-
ческого процесса возникло три варианта выполнения обработки с разным уровнем
автоматизации. Эти варианты характеризуются различными значениями величин k
и s. На рис. 7.1,6 они представлены прямыми /, 2 и 3. Вертикаль н—«, как
и в предыдущей задаче, характеризует наибольший нормативный срок окупае-
мости Тн. Вопрос о выборе варианта, обработки в данном случае следует связы-
вать со сроком выпуска производимых изделий. Если конструкция изделий ста-
бильна и сроки их выпуска по сравнению с Та велики, то, как видно из графика,
надлежит принять вариант 2. Это следует из того, что величина Тн больше
абсциссы точки А, но меньше абсцисс точек В и С. Если срок выпуска изделий
меньше величины Гн и составляет время Г, то следует принять вариант /, так как
в этом случае расходы с минимальны. Этот же вывод можно сделать, приняв во
внимание условие (7.4) типовой методики.
В некоторых случаях при сопоставлении двух вариантов может
оказаться, что вариант автоматизированного технологического про-
цесса, требующий больших капитальных вложений, дает большую
себестоимость обработки, но обеспечивает вместе с тем и более
высокое качество продукции, чем вариант неавтоматизированного
технологического процесса. На рис. 7.1, в прямая 1 характеризует
286
вариант неавтоматизированного процесса, а прямая 2 — автомати-
зированного. Применяя (7.6) при условии k2>k\ и s2>Si, получим
срок окупаемости варианта 2 в виде отрицательной величины. Это
означает, что вариант 2 применять не следует. Данный вывод,
однако, может измениться, если принять во внимание повышение
качества продукции при варианте 2. С повышением качества про-
Рис. 7,1
дукции удлиняется межремонтный цикл, снижаются расходы на
ремонт машин, сокращаются потери, вызываемые их простоем,
а также уменьшаются издержки на запасные части. Все это вызы-
вает изменение угла наклона прямой 2, как показано на рисунке
пунктиром. В данном случае срок окупаемости Т может оказаться
меньшим нормативной величины Гн. Уменьшение затрат в сфере
потребления продукции может дать народному хозяйству значи-
тельную экономию, несмотря на некоторое увеличение себестои-
мости ее изготовления в автоматизированном производстве. Так,
например, при автоматизации производства подшипников качения
себестоимость их может возрасти в 1,14-1,2 раза, а долговечность
в 1,54-2 раза. За счет увеличения срока службы подшипников
потребитель получает экономию на ремонте машин и на"сокращении
их простоев, что может быть подсчитано по соответствующим нор-
мам в каждом отдельном случае. Эта экономия нередко в несколько
раз превышает разницу в себестоимости изготовления подшипни-
ков, предопределяя преимущества автоматизированного варианта.
Сопоставляя два или большее количество вариантов, можно наи-
более эффективный вариант определить по наименьшей сумме
затрат:
287
+ Enki + зп = min,	(7.7)
где зп — годовые затраты в сфере, потребления производимой про-
дукции. Остальные величины те же, что в (7.4).
Рассмотрим теперь динамику изменения расходов и экономиче-
ского эффекта во времени при внедрении средств автоматизации
в действующее производство. На рис. 7.1, г прямая 1—I характери-
зует нарастающий выпуск продукции по себестоимости изготовле-
ния существующим методом. В некоторый момент времени 1 про-
исходит начало работ по внедрению средств автоматизации произ-
водства. Линия 1—а представляет собой расходы на проектно-кон-
структорские работы, линия а—2 — на изготовление и отладку
средств автоматизации. Сумма всех этих расходов равна Аг- После
окончания отладки и достижения заданной производительности
начинается выпуск продукции с использованием средств автома-
тизации (линия 2—2), а использование старого оборудования пре-
кращается. Перенесем линию 2—2 параллельно самой себе в новое
положение 2f—2'. Пересечение прямых 1—1 и 2'—2' дает точку е,
а разность абсцисс точек е и 2' — срок окупаемости Т средств авто-
матизации.
При заданном сроке выпуска продукции (ограниченном отрез-
ком 1—2) имеем прибыль П, выражаемую отрезком 1—2'. С увели-
чением срока выпуска продукции прибыль растет,, с уменьшением
падает. Зная время от начала использования средств автоматиза-
ции до окончания выпуска продукции Т', годовую себестоимость
выпуска продукции на старом и новом оборудовании Si и $2 можно
определить величину прибыли
П = Т'($, •— $2) — ^2*	(7.8)
Для выявления влияния фактора времени рассмотрим задачу
по установлению срока замены оборудования.
t
Задача. Применяемый автомат стоимостью #1 = 12 000 руб. обеспечивает годо-
вую программу выпуска продукции с себестоимостью $1=4000 руб. Имеется воз-
можность заменить этот автомат более дешевым (#2 — 8000 руб.), но с несколько
‘большей себестоимостью обработки (s2=5000 руб.) и при одинаковой произво-
дительности. Используя (7.6), можно определить срок, через который следует
заменить действующий автомат новым, Т = (#2 — #i)/($i—$2) = (8000 —
—12 000)/(4000—5000) =4 года.
В отличие от обычных условий, когда #2>#i и $i>$2, эксплуатировать дей-
ствующий автомат на пятом и последующих годах невыгодно (рис. 7.2, а). Одна-
ко при зайене этого автомата новым возникают неясности. Во-первых, если
заменять автомат через четыре года, то останется его неамортизированная и обыч-
но списываемая стоимость в сумме 12 000—4-1200=7200 руб. (при сроке службы
автомата 10 лет и 10% амортизационных отчислений). Во-вторых, при замене
автомата потери от удорожания себестоимости изготовления продукции к концу
10-го года ее выпуска составят 1000-40—4000-6=4000 руб. И, наконец, в-третьих,
следует учитывать то, что предусматриваемые на новый автомат 8000 руб. при
-задержке его внедрения могут быть вложены в народное хозяйство и дать соот-
ветствующий эффект, причем с каждым годом отсрочки внедрения автомата этот
эффект будет расти.
На рис. 7.2, б показано графическое решение данной задачи. Прямая 1 харак-
теризует уменьшение остаточной стоимости эксплуатируемой машины во времени
J288
в результате амортизационных отчислений. Прямая 2 выражает потери от увели-
чения себестоимости изготовления продукции при задержке смены автомата. Кри-
вая 4 определяет прирост средств от задержки капиталовложений на новый
автомат. Этот эффект
Э ~ [(1 + £n/-lL
(7.9)
где £4=0,08 — норматив приведения; t — время, которое в данном случае берется
от окончания четвертого года эксплуатации действующего автомата до момента
начала работы нового, год.
Рис. 7.2
Кривая 3 является результатом геометрического сложения кривых 1К 2 и 4,
Минимум результирующей кривой 3 дает то время, через которое следует осу-
ществить смену автомата. В нашем случае оно равно 11-му году.
Основная трудность выполнения расчетов экономической эффек-
тивности автоматизации заключается в определении капитальных
вложений в средства автоматизации и себестоимости осуществления
технологических процессов.
Капитальные вложения k на типовое серийно выпускаемое обо-
рудование определяют по прейскурантам соответствующих органи-
заций с надбавкой в пределах 10% на транспорт и монтажные
работы. Капитальные вложения на специальное индивидуально
проектируемое и изготавливаемое оборудование определяются при-
ближенно. На стадии составления ТЗ, когда о потребном оборудо-
вании имеются самые общие представления, его цену устанавли-
вают наиболее ориентировочно —по аналогии с ранее изготовлен-
ным станком примерно такого же типа или по весу с учетом слож-
ности оборудования. На стадии технического проекта имеются воз-
можности уточнить капитальные вложения, приняв во внимание
результаты дополнительной проработки вопроса. В настоящее
время научно-исследовательское бюро технических нормативов
(НИБТН) разработало нормативы по определению себестоимости
изготовления вновь проектируемых станков. В этих нормативах
отражен и использован опыт ведущих проектно-конструкторских
организаций (ЭНИМС, СКБ-1, СКБ-6, Гипростанок и др.). Капи-
тальные вложения по принятому и осуществленному варианту
определяются по исполнительной калькуляции и фактическим рас-
ходам на изготовленное оборудование.
289
Себестоимость обработки одной детали или сборки одного узла
на стадии составления ТЗ определяют по укрупненным данным.
При использовании оборудования полуавтоматического типа себе-
стоимость
5 = 41(/ + с)>	(7.Ю)
где — штучное время выполнения данной операции, ч; I — зар-
плата станочника за час работы, руб.; с — стоимость станко-часа
работы, руб.
Величина с учитывает все издержки производства при выполне-
нии данной операции кроме прямой зарплаты. Эту величину берут
по укрупненным нормативам в зависимости от типа применяемого
оборудования.
На стадии технического проекта можно более точно рассчитать
s = 1,14/ш/ + z,
(7.Н)
выделяя из всех расходов z расходы на амортизацию и ремонт
оборудования, эксплуатацию и амортизацию инструментов и при-
способлений. В (7.11) коэффициент 1.14 учитывает расходы по
соцстраху и на дополнительную зарплату. В автоматизированном
производстве следует также выделять расходы на энергию и зар-
плату наладчиков оборудования.
Расходы на амортизацию технологического оборудования по
жсему процессу обработки из п операций в массовом производстве
п
A = Zso6a/(10(W).
1
(7.12)
Расходы на режущий инструмент
Sw “Г я$пер
7(1 + k) to'
(7.13)
Расходы, связанные с использованием специальных приспособ-
лений,
(7-14)
’Здесь s06, sw и 5пр — первоначальные стоимости оборудования,
инструментов и приспособлений по каждой операции; а — процент
амортизационных отчислений (обычно 10%); N — годовая програм-
ма выпуска деталей; k — количество переточек инструмента (берет-,
•ся по нормативам); $Пер — стоимость переточки инструмента; Т —
•стойкость инструмента; i— число лет использования приспособле-
ния (от 2 до 5); q — процент расходов на ремонт приспособлений*
(104-20%); б) — основное (технологическое) время.
Г90
Расходы на электроэнергию на одну деталь по всем операциям
обработки
п
э = 2 [ЛГуст«₽5э/о/60],	(7.15)
1
где AfycT — суммарная установленная мощность электродвигателей
станка, кВт; а и (3 — коэффициенты использования установленной
мощности по времени и -по величине соответственно; $э-—стоимость
1 кВт-ч электроэнергии.
Расход сжатого воздуха на одну деталь (м3) для работы станка
с пневматическими зажимными устройствами
5 = 1,5Q/A>,	(7.16)
и.
где 1,5 — коэффициент, учитывающий потери в сети и арматуре;
Q — средний расход сжатого воздуха на один станок (берется
в пределах 14-1,5 м3/ч); k — количество обрабатываемых дета-
лей, ч.
Затраты на сжатый воздух
cq = Bs в,	*	(7.17)
где sB— стоимость 1 м3 сжатого воздуха (0,254-0,4 коп.).
Расходы на ремонт оборудования, отнесенные к одной детали по
всем операциям ее обработки,
п
R =	(7.18)
где Gp —затраты на выполнение всех видов ремонтных работ за
межремонтный цикл на один станок; гр— категория сложности
ремонта, выражаемая числом ремонтных единиц данного станка.
Ремонтная единица — это условная величина, характеризующая
степень сложности ремонта; 7мр— величина одного межремонтного
цикла в бтанко-часах.
Значения входящих в (7.18) величин берут по нормативам.
Зарплата наладчиков в серийном производстве на все опера-
ции обработки данной детали
п
^-'нал'—~ 1514 22 [^нал^нал/i'/(6(W)],	(7.19)
1
•h
где /нал — часовая ставка наладчика'(берется по тарифной сетке);
Т’нал — длительность наладки, мин; п' — количество партий в.тече-
ние года; N — годовая программа, шт.
В поточно-массовом производстве зарплату наладчиков опре-
деляют по фактическому количеству наладчиков, обслуживающих
данную группу станков или автоматическую линию. Зарплату кон-
тролеров принимают в пределах 10-е-15% от фонда зарплаты налад-
чиков и операторов.
При сопоставлении вариантов разрабатываемых технологиче-
ских процессов расходы на материал можно не учитывать, если
291
исходная заготовка неизменна. В случае различных исходных заго-
товок расходы на материал для одной детали
М = Ga-G'a',	(7.20)
где G — норма расхода материала на заготовку, кг; а — заготови-
тельная цена 1 кг материала заготовки (принимается по ценникам
плюс 10% на транспортировку, хранение и разрезку); G' — реали-
зуемые отходы материала, кг; а' — цена 1 кг отходов материала
(для стали 5 руб., для чугуна 6 руб., для цветных сплавов 10 руб.
за тонну).
При проектировании автоматических линий или комплексно-ав-
томатизированных участков сопоставляют их технико-экономиче-
ские показатели с такими же. показателями существующего (базо-
вого) производства. Эти показатели делят на абсолютные и отно-
сительные. К' важнейшим . технико-экономическим показателям
относятся: а) выпуск продукции на одного производственного рабо-
чего, на одного рабочего (основные и вспомогательные рабочие)
и на одного участника производственного процесса, на одного рабо-
тающего (в рублях, тоннах и штуках в год); б) выпуск продукции
на 1 руб. основных средств, на 1 м2 производственной площади
и на 1 станок (в рублях, тоннах и штуках); в) число трудо-часов
на единицу продукции (трудоемкость изделия); г) мощность (кВт)
на одного производственного рабочего (энерговооруженность рабо-
чего) и расход энергии (кВт-ч) на единицу продукции; д) себе-
стоимость единицы продукции; е) коэффициент использования
материала; ж) коэффициент загрузки оборудования.
Представляет также интерес процент накладных цеховых рас-
ходов по автоматической линии или участку.
При оценке экономической эффективности автоматизации сле-
дует учитывать также количество высвобождаемых рабочих, умень-
шение потребных оборотных фондов и производственных площадей,
улучшение условий труда и повышение безопасности работы.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Балакшин Б. С. Основы технологии машиностроения. М.,
«Машиностроение», 1969?
2.	Барун В. А., Будинский А. А. Станки с программным
управлением и программирование обработки. М. «Машиностроение»,
1965.
3.	Белоусов А. П., Дащеико А. И., Полян-
ский П. М., Шулешкин А. В. Автоматизация процессов в ма-
шиностроении. М., «Высшая школа», 1973.
4.	Владзиевский А. П., Белоусов А. П. Основы
автоматизации и механизации технологических процессов в машино-
строении. М., «Высшая школа», 1974.
5.	В о л ч к е в и ч Л. И. Надежность автоматических линий. М.,
«Машиностроение», 1969.
6.	Демьянюк Ф. С. Технологические основы поточно-автома-
тизированного производства. М., «Высшая школа», 1969.
7.	Корсаков В. С. Основы технологии машиностроения. М.,
«Высшая школа», 1974.
8.	Корсаков В. С., Новиков М. П. Справочник по меха-
низации и автоматизации сборочных работ. М., «Машиностроение»,
1961.
9.	Корсаков В.'С., Сошников Б. М. и др. Технологи-
ческие основы проектирования средств механизации и автоматиза-
ции сборочных процессов в приборостроении. М., «Машиностроение»,
1971.
10.	Рабинович А. Н. Автоматизация механосборочного про-
изводства. Киев, .«Нища школа», 1969.
11.	Рабинович А. Н. Системы управления автоматических
машин. Киев, «Техника», 1973.
12.	Ржевскнй В. Ф., Сечкарев Г. А. Справочник по про-
ектированию автоматических линий. «Наука», 1966.
13.	Типовая методика определения экономической эффективности
капитальных вложений. «Экономическая газета». 1969, № 39.
14.	Шаумян Г. А., Кузнецов М. М., Волчкевич Л. И.
Автоматизация производственных процессов. М., «Высшая школа»,
1967.
15.	J a m е s J. Childs Principles of numerical control. Second
edition. Industrial press inc. New-Jork, 1969.
16.	E. Richter, W. Schilling, M. Weise Montage im
Maschinenban. Veb Verlag Technik, Berlin, 1974.
17.	Tipping W. V. An introduction to mechanical assembly
Businfess books limited. London, 1969.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................................  3
Введение .............................................. .	. .	5
Глава 1. Общие вопросы автоматизации производственных процессов 9
Ла-
§ 1.1.	Развитие и современное состояние автоматизации ме-
ханосборочного производства.................................. 9
§ 1.2.	Технико-экономические преимущества, обеспечиваемые
автоматизацией производства ................................. И
§ 1.3.	Этапы механизации и автоматизации производства . .	17
§ 1.4.	Основные направления развития автоматизации в про-
изводствах различного типа.................................. 19
§ 1.5.	Характеристика технологических процессов автомати-
зированного производства.................................... 22
§ 1.6.	Системы автоматизации и их технологическая харак-
теристика .................................................. 28
§ 1.7.	Специфика проектирования технологических процес-
сов в условиях автоматизации................................ 36
Г л а в $ 2. Специфика обеспечения заданного качества изделий в автома-
тизированном производстве .............................................. 41
§ 2.1.	Задачи и условия обеспечения качества изделий в ав-
томатизированном производстве............................... 41
§ 2.2.	Методы обеспечения заданной точности в автоматизи-
рованном производстве ...................................... 45
§ 2.3.	Суммирование погрешностей и выявление возможно-
стей повышения точности..................................... 66
§ 2.4.	Пути повышения точности обработки на станках с про-
граммным управлением........................................ 73

Глава 3. Проектирование операций обработки на станках с програм-
мным управлением . ,.................................................... 83
§ 3.1.	Технологические преимущества станков с программным
управлением................................................. 83
§ 3.2.	Технологическая характеристика различных систем про-
граммного управления металлорежущими станками
и области их использования ................................. 85
§ 3.3.	Виды и * характеристика программоносителей для стан-
ков с ЧПУ................................................... 92
§ 3.4.	Проектирование операций обработки на станках с про-
граммным управлением....................................... 103
§ 3.5.	Инструменты и приспособления для станков с про-
граммным управлением....................................... 128
Глава 4. Проектирование операций обработки на агрегатных станках 132
294
§ 4.1.	Агрегатные станки, их назначение и технологические
возможности.................................................132
§ 4.2.	Типовые компоновки агрегатных станков. Приспособле-
ния н режущий инструмент .'................................ 135
§ 4.3.	Построение операций обработки йа станках агрегат-
ного типа.................................................. 141
Глава 5. Проектирование технологических процессов механической обра-
ботки на автоматических линиях................................... 152
§ 5.1.	Состояние и перспективы развития автоматических ста-
ночных линий............................................... 152
§ 5.2.	Основные типы автоматических линий и их технологи-
ческие возможности.......................................... 155
§ 5.3.	Надежность работы и производительность автоматиче-
ских линий ................................................ 159
§ 5.4.	Специфика проектирования технологических процессов
обработки иа автоматических линиях......................... 164
§ 5.5.	Приспособления и режущий инструмент для автома-
тических линий..............................................172
Глава 6. Проектирование технологических процессов автоматической
сборки . ........................................................ 182
§ 6.1.	Состояние и перспективы развития автоматизации
сборочных работ .	. •.............................. 182
§ 6,2.	Технологичность конструкции изделий при автоматиче-
ской сборке................................................ 189
§ 6.3.	Выполнение основных этапов автоматической сборки 207
§ 6.4.	Разработка технологических процессов автоматической
сборки..................................................... 251
§ 6.5.	Оборудование для автоматической сборки...............267
Глава 7. Экономическая эффективность автоматизации производствен-
ных процессов ....................................................283
Литература.................................................. 293
Владимир Сергеевич КОРСАКОВ
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Редактор В. И. Петухова. Художник В. 3. Казакевич. Худо-
жественный редактор Н. К. Гуторов. Технический редактор
Л. А. Муравьева. Корректор В. В. Кожуткина
ИБ № 1076	’
Т-13326. Сдано в набор 17/Ш 1977 г. Подп. к печати 25/VII 1977 г.
Формат 60X 90416* Бум. тип. № 3. Объем 18,5 печ. л. Усл. и? л. 18,5.
. Уч.-изд. л. 19,78. Изд. № СТД-261. Тираж 30000 экз. Зак. № 1273.
Цена 1 р. 10 к.
План выпуска литературы издательства «Высшая школа»
(вузы и техникумы) на 1978 г. Позиция № 89.
Издательство «Высшая школа»,
Москва, К-'51, Неглиниая ул., д. 29/14
Типография им. Анохина Управления по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли Совета Министров Карельской
АССР, Петрозаводск, ул, «Правды», 4.