Автор: Кузнецов М.М.   Волкевич Л.И.   Усов Б.А.  

Теги: инженерное дело   техника в целом   инженерия   машиностроение   проектирование   автоматизация   учебное пособие  

Год: 1976

Похожие

Машины-автоматы и автоматические линии химических производств

Теория автоматического управления. Часть 1. Теория линейных систем автоматического управления

Основы проектирования автоматического оружия

Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы

Текст
                    

Л. И. ВОЛЧКЕВИЧ, М. М. КУЗНЕЦОВ, Б. А. УСОВ
АВТОМАТЫ
И АВТОМАТИЧЕСКИЕ
ЛИНИИ
ЧАСТЬ I
ОСНОВЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Под ред. проф. Г. А. Шаумяна
Допущено Министерством
высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебного пособия
для студентов машиностроительных
высших учебных заведений
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1976

6Ф6.5
В 67
УДК 62—52(075.8)
Рецензенты:
Заслуженный изобретатель РСФСР М. П. Ковалев;
кафедра «Металлорежущие станки» Московского станкоинструменталь-
ного института.
Волчкевич Л. И. и др.
В 67 Автоматы и автоматические линии. Ч. I. Основы
проектирования. Под ред. Шаумяна Г. А. Учеб, посо-
бие для вузов. М., «Высш, школа», 1976.
230 с. с ил.
Учебное пособие «Автоматы и автоматические линии» состоит из
двух частей. В первой части, «Основы проектирования», рассмотрены
вопросы анализа и синтеза автоматов и автоматических линий, опти-
мизации выбора их параметров с позиции теории производительности
машин и экономической эффективности автоматов.
Предназначено для студентов машиностроительных вузов^ а также
для преподавателей и инженерно-технических работников НИИ, КБ
и заводов, работающих в области автоматизации производственных
процессов.
В
31301-026 .......
001(01)—76 11
© Издательство «Высшая школа», 1976.
6Ф6.5

ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное пособие отражает методологию и многолет-
ний опыт преподавания дисциплин по автоматизации производствен-
ных процессов на кафедре «Станки и автоматы» Московского выс-
шего технического училища им. Н. Э. Баумана. Курс «Автоматы»
впервые был прочитан в МВТУ в 1932 г. Г. А. Шаумяном и с тех
пор непрерывно развивался и совершенствовался.
В настоящее время курс «Автоматы и автоматические линии»
включает разделы «Основы проектирования автоматов и автомати-
ческих линий», «Программное управление» и «Целевые механизмы»,
что полностью отражено в структуре данной книги,
Автоматизация производственных ^процессов широким фронтом
охватывает все отрасли машиностроения, вызывая в них глубокие
качественные изменения. О том, насколько актуальна эта задача,
свидетельствуют решения XXIV съезда партии и Директивы по
девятому пятилетнему плану, где автоматизация и механизация
признаны важнейшим средством повышения эффективности общест-
венного производства.
«При решении вопросов технического совершенствования про-
изводства предусмотреть «...по орудиям труда — создание систем
машин для комплексной механизации и автоматизации важнейших
производственных процессов в промышленности, строительстве,
сельском хозяйстве и на транспорте» *. «Обеспечить высокие темпы
выпуска и внедрения автоматизированного оборудования с число-
вым программным управлением, увеличив выпуск их за пятилетие
не менее чем в 3,5 раза» **.
Особо подчеркивается в Директивах значение развития фунда-
ментальных основ решения этой задачи. «Обеспечить в новой пяти-
летке дальнейшую разработку проблем теоретической и прикладной
математики и кибернетики для более широкого применения в народ-
ном хозяйстве математических методов и электронной вычислитель-
ной техники, автоматизации производства и совершенствования
управления ***.
Для решения задач механизации и автоматизации создана широ-
кая сеть СКВ и КБ, занимающихся проектированием и внедрением
* Материалы XXIV съезда КПСС. М., Политиздат, 1971, с. 242—243.
** Т а м же, с, 254.
•** Там же, с. 244.
1*
3

автоматизированного технологического оборудования; на всех круп-
ных машиностроительных заводах созданы и развиваются отделы
автоматизации и механизации.
Понятие автоматизации нельзя сводить к разработке средств
и систем автоматики с целью высвобождения человека от непосред-
ственного управления и регулирования рабочих процессов, их ста-
билизации и т. д.
Автоматизация производственных процессов — это комплекс ме-
роприятий по разработке новых, прогрессивных технологических
процессов и созданию на их основе новых высокопроизводительных
машин и систем машин, выполняющих весь производственный
процесс без непосредственного участия человека. Главное направ-
ление автоматизации — не только высвобождение человека от обслу-
живания машин, находящихся на высоком техническом уровне,
но и создание высокопроизводительных технологических процессов
и конструкций машин. Поэтому предметом курса «Автоматы и ав-
томатические линии» является изучение основ проектирования вы-
сокопроизводительных автоматов, автоматических линий, цехов и
заводов; систем автоматического управления и их настройки, а так-
же целевых механизмов автоматов и линий с точки зрения обес-
печения высокой производительности и сокращения всех видов
потерь.
Научно-теоретической основой преподавания курса является тео-
рия производительности машин и труда, разработанная Г. А. Шау-
мяном и развитая в многочисленных научных работах его учеников
и последователей.
В данном курсе широко используются материалы предшествую-
щих дисциплин: «Кинематика станков», «Расчет и конструирование
станков», «Гидропневмооборудование», «Основы автоматики», «Тех-
нологические основы автоматизации», ^Режущий инструмент», а так-
же фундаментальных дисциплин физико-математического цикла.
Изложенные выше задачи и положения легли в основу построе-
ния данного учебного пособия.
В первом разделе «Основы проектирования автоматов и автома-
тических линий» изложены общие принципы анализа и синтеза
автоматических машин и их систем на базе общих положений тео-
рии производительности.
Раздел второй «Программное управление», базируясь на теоре-
тических положениях из первого раздела, знакомит студентов
с принципом работы, методами расчета и проектирования систем
программного управления машинами и их системами.
Раздел третий «Целевые механизмы» посвящен изучению наибо-
лее типовых для автоматов различного назначения механизмов рабо-
чих и холостых ходов, методов их выбора, расчета и проектирования.
Так как учебное пособие по курсу «Автоматы и автоматические
линии» издается впервые, в нем возможны погрешности. Замечания
и пожелания, направленные на улучшение этого издания, просим
направлять в адрес издательства «Высшая школа».
Авторы

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Глава I
ТИПЫ АВТОМАТОВ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
$ 1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Машина. Машиной называется сочетание механизмов или уст-
ройств, осуществляющих определенные целесообразные действия
для преобразования энергии или информации, а также для произ-
водства полезной работы.
Согласно этому определению можно выделить три основных
класса машин: машины- двигатели, преобразующие один
вид энергии в другой (электродвигатели, генераторы, турбины,
двигатели внутреннего сгорания и т. д.); вычислительные
м а ш и н ы, служащие для преобразования информации (цифровые
и аналоговые вычислительные машины), имашины - орудия,
или "рабочие машины, служащие для преобразования
энергии в конкретную работу для «обработки» данного продукта.
С помощью рабочих машин производится изменение формы, свойств,
положения и состояния объектов труда. Всякая развитая рабочая
машина состоит из двигательного, передаточного и исполнительного
механизмов.
Важнейшим в любой машине является исполнительный меха-
низм, состав которого определяет и технологические возможности,
и степень универсальности, и наименование машины (токарный
станок, установка зонной очистки материалов, холодновысадочный
пресс, печатная машина и т. д.).
В любой машине процесс обработки совершается без участия
человека, рабочими орудиями в процессе обработки управляет
сама машина.
Рабочий цикл. Большинству рабочих машин свойственна циклич-
ность в работе, т. е. периодическая повторяемость отдельных дей-
ствий и движений, связанная с выпуском дискретной продукции.
Наблюдая за работой таких машин, можно заметить чередование
рабочих движений исполнительных механизмов, производящих
5

обработку, и вспомогательных движений, не связанных непосред-
ственно с технологическим воздействием, но подготавливающих
условия для него.
Так, после пуска машины сначала осуществляются вспомога-
тельные движения: подача и зажим заготовки, включение, подвод
инструментов и т. д. длительностью /Х1 (рис. 1-1). Затем происходит
обработка длительностью /р, после чего вновь следуют вспомога-
тельные движения длительностью ZX2: отвод инструмента, разжим,
выключение, снятие обработанного изделия и т. д. Если машина
функционирует нормально (не произошел отказ в работе), за этим
снова следуют подача другой заготовки, ее зажим и т. д. При
этом одни и те же операции повторяются, как правило, через оди-
наковый интервал времени, который называют рабочим циклом Т.
Таким образом, рабочий цикл — это интервал времени между
двумя одноименными операциями при бесперебойной работе ма-
шины, двумя срабатываниями ее основных рабочих механизмов.
Рабочий цикл машины
складывается из длительности
рабочих и холостых ходов:
Рис. 1-1. Составляющие рабочего цикла
машины
т = /р + ZX1 + ^х2 = ip + (х>
(1-1)
где Zp—время рабочих ходов,
tx — время холостых ходов.
Рабочими ходами называют такие движения, благодаря которым
производится непосредственное технологическое воздействие на
обрабатываемый материал (обработка, контроль, сборка).
Холостыми ходами называют вспомогательные движения, кото-
рые служат для подготовки условий, (необходимых для обработки
(подача заготовок, их зажим, подвод инструментов и т. д.). Неко-
торые рабочие и холостые ходы могут совмещаться во времени
между собой.
За время рабочего цикла машина обычно выдает одно изделие
или порцию изделий, т. е. каждый механизм за время цикла при
обработке одного изделия, как правило, срабатывает один раз.
Графически взаимная координация и последовательность выпол-
нения всех элементов рабочего цикла иллюстрируются циклограм-
мами (см. рис. 1-21 и 1-23).
Основным и достаточным условием для рабочей машины явля-
ется самостоятельное выполнение рабочих ходов, а следовательно,
наличие механизмов рабочих ходов.
Если машина, кроме того, производит самостоятельно и холостые
ходы, а также управление последовательностью отдельных движе-
ний, она представляет собой автоматическую рабочую машину.
Автомат. Автоматом называют самоуправляющуюся рабочую
машину, которая при осуществлении технологического процесса
самостоятельно производит все рабочие и холостые ходы рабочего
цикла и нуждается лишь в контроле и наладке.

Таким образом, конструктивным признаком автомата является
наличие полного комплекта механизмов
рабочих и холостых ходов, осуществляю-
щих все движения рабочего цикла, и меха-
низмов управления, координирующих их
работу.
Механизмы рабочих и холостых ходов, выполняющие отдельные
элементы рабочего цикла, называют целевыми механизмами.
Схема классификации механизмов автомата приведена на рис.
1-2. Как и всякая рабочая машина, автомат имеет двигательный,
исполнительный и передаточный механизмы. Однако, если неавто-
матизированная машина имеет только механизмы рабочих ходов,
исполнительный механизм автомата включает механизмы холостых
ходов и управления, количество и наименование которых в каждом
Рис. 1-2. Структурная схема механизмов автомата
конкретном случае определяются технологическим назначением,
принципом действия, типом системы управления и т. д.
Так, для токарно-револьверного автомата представленная на
рис. 1-2 схема реализуется следующим образом: 1 — револьверный
суппорт; 2 — передний поперечный суппорт; 3 — задний попереч-
ный суппорт; 4 — механизм подачи прутка; 5 — механизм зажима;
6 — механизм реверса шпинделя; 7 — механизм поворота револь-
верной головки; 8 — механизм быстрого подвода и отвода револь-
верной головки; 9 — распределительный вал; 10 — вспомогатель-
ный вал.
Для многопозиционного агрегатного станка-автомата исполни-
тельный механизм согласно классификации включает следующие
механизмы: 1—сверлильная силовая головка; 2—фрезерная
силовая головка; 3 — резьбонарезная силовая головка; 4 — меха-
низм загрузки; 5 — механизм зажима изделий в приспособлении;
6 — механизм поворота стола; 7 — механизм фиксации стола;
8 — установочный силовой стол; 9 — гидропанель управления
циклом силовой головки; 10 — система управления циклом станка.
Машины вакуумной обработки (откачки электровакуумных при-
боров) имеют следующие механизмы: 1 — вакуумные насосы;
7

2 — механизм прогрева прибора для обезгаживания; 3 — механизм
отпая прибора; 4 — механизм установки и ориентации приборов
в патроне; 5 — механизм зажима; 6 — механизм поворота стола;
7 — механизм фиксации стола; 8 — механизм удаления остатка
штенгеля; 9 — распределительный вал; 10 — механизм контроля
герметичности откачиваемых приборов.
Степень автоматизации машины можно повысить путем введения
автоматических механизмов и устройств для регулирования и ста-
билизации процессов обработки, контроля качества изделий, за-
мены и подналадки инструмента, уборки отходов и т. д. Если
работа этих механизмов не связана непосредственно с рабочим
циклом автомата, их называют внецикловыми механизмами.
Полуавтомат. Если в комплексе целевых механизмов автомата
(см. рис. 1-2) отсутствует один из основных его механизмов и этот
элемент рабочего цикла выполняют вручную или с помощью средств
механизации, то это есть полуавтоматическая рабочая машина.
Полуавтоматом называют машину, работающую с автоматическим
циклом, для повторения которого требуется вмешательство рабо-
чего. Такими неавтоматизируемыми операциями являются чаще
всего загрузка заготовок и съем обработанных изделий, реже —
ориентация изделий и их зажим.
К полуавтоматам относят зуборезные станки (зубодолбежные,
зубофрезерные, зубострогальные). В них рабочий производит вруч-
ную загрузку и закрепление заготовок в шпинделе, после чего
нажатием кнопки включает автоматический цикл. Инструменты
подходят к изделию и они производят полный цикл нарезания всех
зубьев при соответствующей координации всех рабочих движений;
после обработки инструменты и механизмы отводят в исходное
положение и станок самовыключается. При этом снимают готовую
шестерню, закрепляют новую заготовку и цикл повторяется.
Одним из важнейших определяющих признаков современных
автоматов и полуавтоматов является тип системы управления,
которая реализует заданную программу работы, координирует
работу всех механизмов и устройств машины в течение рабочего
цикла и выполняет ряд дополнительных функций (см. гл. VIII).
Исторически первыми развитыми были системы управления
на механической основе, где программоносителем является распре-
делительный вал с кулачками, число которых соответствует коли-
честву управляемых механизмов (см. рис. 1-5). Профиль каждого
кулачка обеспечивает величину скорости, фазы перемещений управ-
ляемого механизма; жесткое крепление кулачков на едином
валу обеспечивает взаимную координацию действий рабочих
органов.
Потребность в автоматизации обработки изделий со сложной
конфигурацией (плоских и объемных) вызвала появление копиро-
вальных систем управления, в которых программоносителями
являются уже не кулачки, а копиры, профиль которых полностью
соответствует профилю обрабатываемых изделий. Наибольшее рас-
пространение в настоящее время получили следящие копировальные
8

системы (эл ектрокопировал ьные, гидрокопирова л ьные, фотоко-
пировальные, см. гл. VIII).
Во многих автоматах и полуавтоматах, а также автоматических
линиях, особенно с гидравлическим и пневматическим приводами
подачи целевых механизмов, применяется система управления, где
программоносителями являются упоры, расстановка которых опре-
деляет величину перемещений рабочих органов, переключение на
различные режимы работы и т. д. Передача и преобразование
сигналов, поступающих от упоров, производится электрическим
путем, через электросхему управления станком или линией. В пос-
леднее время появляется тенденция передачи этих функций непо-
средственно ЭЦВМ, при этом упоры остаются лишь как путевые
датчики, сигнализирующие о выполнении тех или иных рабочих
или холостых перемещений.
Технически наиболее современными являются системы програм-
много управления, в которых программа работы автомата задается
как система цифр, которые кодируются на магнитной ленте, перфо-
ленте, перфокартах, а также может задаваться непосредственно
на панели управления. Такие системы обладают высокой мобиль-
ностью и рядом других преимуществ; на их базе создаются автоматы
самого различного назначения.
Принципы программного управления, отработанные примени-
тельно к отдельным полуавтоматам и автоматам, все шире начи-
нают применяться и при создании автоматических систем машин —
автоматических линий, участков, цехов.
Автоматическая линия. Автоматической линией называют авто-
матически действующую систему машин, расположенных в техно-
логической последовательности и объединенных общими средствами
транспортировки, управления, накопления заделов, удаления от-
ходов и др.
Нафис. 1-3, а показана схема классификации механизмов автома-
тической линии, которая характеризует общность структуры авто-
мата и автоматической линии как более совершенной рабочей
машины, с более развитым исполнительным механизмом. Отдельные
автоматы, встроенные в линию, являются конструктивными эле-
ментами, выполняющими рабочие ходы, необходимые для выпол-
нения технологических процессов обработки, контроля, сборки,
т. е. выполняют те же функции, что и механизмы рабочих ходов в.от-
дельном автомате. Холостые ходы в линии выполняются механиз-
мами межстаночной транспортировки, изменения ориентации, на-
копления заделов, удаления отходов и т. д. Система управления
линии также выполняет более сложные функции, чем в отде-
льном автомате, — не только координацию работы отдельных
машин, механизмов и устройств при выполнении рабочего цикла
линии, но и взаимной блокировки, отыскания неисправностей, сиг-
нализации и т. д.
Автоматический цех. Автоматическим называют цех, в котором
основные производственные процессы осуществляются на автома-
тических линиях. Приведенная на рис. 1-4 классификация меха-
9

низмов и систем автоматического цеха показывает, что он является
дальнейшей, более высокой, ступенью развития рабочей машины,
в которой элементами, выполняющими рабочие ходы, являются
механизмов автоматической
Рис. 1-3. Структурная схема
линии
уже отдельные автоматические линии. Функции механизмов хо-
лостых ходов выполняют системы межлинейной, межучастковой
и межстаночной транспортировки заготовок, обработанных изделий
Рис. 1-4. Структурная схема
и систем автоматического
механизмов
цеха
и собранных узлов, системы автоматического складирования.
Функции управления автоматическим цехом осуществляются уже
посредством автоматических систем управления производством
на базе вычислительной техники.
ю

Создание и внедрение автоматических цехов создает предпо-
сылки перехода к высшей форме рабочей машины — автоматичес-
кому заводу с комплексной автоматизацией всех производственных
процессов выпуска самой сложной машиностроительной продукции.
$ 2. МАШИНЫ-АВТОМАТЫ
Первым этапом автоматизации производственных процессов
явилась автоматизация рабочего цикла машины, создание машин-ав-
томатов и полуавтоматов. На этом этапе основной конструкторской
задачей является создание автоматически действующих механизмов
холостых ходов и управления рабочим циклом.
Все бесконечное разнообразие конструкций и компоновок совре-
менных рабочих машин можно классифицировать по нескольким
признакам, среди которых важнейшими являются:
1)	технологическое назначение: токарные, Шлифовальные, сбо-
рочные, намоточные, ткацкие, печатные, упаковочные и т. п.;
2)	степень универсальности: универсальные, специализирован-
ные и специальные;
3)	степень автоматизации: машины с ручным управлением,
полуавтоматы и автоматы.
Кроме того, машины можно классифицировать по направлению
геометрической оси (горизонтальные и вертикальные); по числу
позиций (однопозиционные и многопозиционные); по принципу
действия (последовательного, параллельного, последовательно-па-
раллельного); по типу системы управления (работающие по упорам,
копировальные, с распределительным валом, с программным управ-
лением и т. д.).
Значительная часть этих признаков отражается в названиях
машин, например, универсальный токарный станок, многошпин-
дельный токарный автомат, вертикальный многошпиндельный спе-
циальный токарный полуавтомат и т. д.
Для обработки одних и тех же изделий, как правило, могут
быть спроектированы или использованы различные варианты машин,
отличающиеся друг от друга степенью автоматизации, универсаль-
ностью, количеством позиций, принципом действия и т. д. Они
отличаются технико-экономическими показателями, которые явля-
ются критериями их сравнительной оценки; основными из них
являются: производительность, надежность в работе, стоимость,
количество обслуживающих рабочих, себестоимость эксплуатации.
Развитие автоматизации неизбежно связано с улучшением одних
показателей, прежде всего с повышением производительности ма-
шин и сокращением количества обслуживающих рабочих, и ухуд-
шением других: увеличением стоимости, ремонтосложности, услож-
нением наладки и обслуживания.
Исторически первой группой машин по степени автома-
тизации явились универсальные станки с ручным управлением. При
этом термин «станок» является обобщенным названием технологи-
ческого оборудования, не только металлорежущего (гибочный ста-
11

нок, намоточный станок, ткацкий станок, печатный станок и др.).
Главной особенностью универсальных станков с ручным управле-
нием является то, что рабочие операции выполняются машиной,
а холостые ходы и управление последовательностью элементов
рабочего цикла — человеком с помощью кнопок, рукояток, рычагов,
штурвалов, маховиков и т. д. Универсальные станки, история
которых насчитывает много веков, постоянно совершенствуются
и в настоящее время ширбко оснащаются средствами механизации
и малой автоматизации для облегчения и ускорения ручных опера-
ций. Однако это не меняет их основного характерного признака —
необходимости постоянного присутствия человека и его участия
в выполнении рабочего цикла.
Преимуществом универсальных станков с ручным управлением
является хорошая универсальность и мобильность, т. е. возмож-
ность быстрой переналадки на обработку других изделий. Основной
недостаток — низкая производительность, что объясняется малым
совмещением операций из-за ограниченных возможностей человека,
обслуживающего станок. В некоторой степени повышение произ-
водительности универсальных станков 0 ручным управлением дости-
гается применением механизмов ускоренных перемещений, быстро-
зажимных патронов, копировальных приспособлений и т. д.
Каждый универсальный станок, как правило, обслуживается
специальным рабочим; при этом возможности многостаночного
обслуживания крайне ограничены.
Специфические характеристики универсального неавтоматизи-
рованного оборудования обусловили его применение прежде всего
в серийном и опытном производстве, где основной недостаток —
низкая производительность — не играет решающей роли, а высокая
универсальность и мобильность являются важнейшими требова-
ниями к технологическому оборудованию. Однако тенденцией
последних лет в -связи с общим прогрессивным ростом масштабов
производства являются поиски методов, средств автоматизации
и налаживания серийного производства, что решается применением
станков с цифровым программным управлением и другими путями.
Универсальное неавтоматизированное оборудование было пре-
обладающим во всех отраслях машиностроения до 20-х годов нашего
столетия, когда увеличение масштабов производства, растущая
потребность изготовления большого количества одних и тех же
изделий (часовая, автомобильная, подшипниковая промышленность)
обусловили широкое применение второй группы — уни-
версальных автоматов и полуавтоматов. Их основное преимуще-
ство перед станками с ручным управлением — высокая производи-
тельность и значительные возможности многостаночного обслужи-
вания. На рис. 1-5 показан конструктивный разрез универсального
многошпиндельного токарного автомата последовательного дейст-
вия с горизонтальной осью.
Обрабатываемые изделия закрепляются в нем в зажимных патро-
нах шпинделей, которые смонтированы в шпиндельном блоке.
Обработка производится с поперечных суппортов (на каждой пози-
12

ции) и центрального продольного суппорта во время стоянки
шпиндельного блока в зафиксированном положении. Периодичес-
кий поворот шпиндельного блока обеспечивает последовательный
подвод обрабатываемых изделий ко всем инструментам и их после-
довательную обработку — от черновой обточки до отрезки.
Программоносителем является распределительный вал, распо-
ложенный сверху, над шпиндельным блоком и суппортами. Каждый
целевой механизм рабочих и холостых ходов управляется от соот-
ветствующего кулачка, смонтированного на распределительном
Рис. 1-5, Многошпиндельный токарный автомат
валу, через рычажные системы. Рабочий цикл соответствует одному
обороту распределительного вала и, следовательно, одному сраба-
тыванию каждого из основных механизмов (суппорты, механизмы
подачи и зажима обрабатываемого материала, поворота и фиксации
шпиндельного блока и др.). За один цикл выдается одно готовое
изделие и подается одна новая позиция обрабатываемого материала.
Кинематическая схема автомата приведена на рис. 1-6. Как
показано на схеме и конструктивном разрезе, главный электродви-
гатель и основные передаточные механизмы расположены в правой
стойке. Автомат имеет две кинематические цепи: от электродвига-
теля к шпинделям — цепь главного движения и от электродвига-
теля к распределительному валу — цепь подач.
Главное движение передается через гитару сменных шестерен,
центральный вал, ось которого совпадает с геометрической осью
автомата, и центральную шестерню, которая соединена со всеми
шестернями шпинделей, расположенных по окружности. Привод
распределительного вала обеспечивает две скорости его вращения,
13

переключаемые дважды за каждый рабочий цикл. При медленном
вращении распределительного вала через гитару сменных шестерен
осуществляются все рабочие ходы и технологические- операции
обработки. При последующем быстром вращении распределитель-
ного вала происходят быстрый подвод и отвод суппортов, поворот
шпиндельного блока, подача и зажим материала. Эта цепь не имеет
звена настройки, так как длительность данных холостых ходов
зависит только от динамических характеристик данного автомата
вне связи с наладкой на конкретную обрабатываемую деталь.
Рис. 1-6. Кинематическая схема многошпиндельного токарного автомата:
1 — механизм поворота шпиндельного блока; 2 — поперечные суппорты; 3 — распре-
делительный вал; 4 — наладочный двигатель; 5 — главный двигатель; 6 — продольный
суппорт; 7 — шпиндельный блок; 8 — транспортер стружки
На этом1 автомате выполняются операции обточки, расточки,
фасонирования, подрезки, отрезки, сверления, зенкерования, наре-
зания резьбы, т. е. полный комплекс, необходимый для обработки
любой детали — тел вращения длиной, соизмеримой с диаметром.
Однако, несмотря на наименование, универсальность этого авто-
мата значительно ниже, чем универсальность токарного станка.
Это объясняется в первую очередь «узкой специализацией» меха-
низмов холостых ходов. Так, если человек достаточно просто может
закреплять в патроне токарного станка и прутковые, и штучные
заготовки, то в автомате для поковок, штамповок и других
штучных заготовок целевые механизмы подачи и зажима
пруткового материала уже непригодны — для этого необходимы
иные механизмы с иной структурной схемой и принципом
действия.
14

Универсальные автоматы превышают по производительности
неавтоматизированные станки во много раз прежде всего благодаря
использованию принципов совмещения отдельных рабочих и холо-
стых ходов между собой. Так, в рассмотренном выше токарном
многошпиндельном автомате все операции обработки в различных
позициях совершаются одновременно и тем самым совмещаются
между собой. В результате длительность холостых ходов цикла
равна не суммарной длительности выполняемых операций, а вре-
мени самой продолжительной из них. Холостые ходы цикла совме-
щаются между собой (одновременный подвод и отвод всех суппортов)
и с рабочими ходами (подача и зажим обрабатываемого материала)
и при этом совершаются на высоких скоростях при быстром вра-
щении распределительного вала.
В результате токарные многошпиндельные автоматы произво-
дительнее станков с ручным4 управлением до 20 раз. Однако это
справедливо лишь при отсутствии переналадки, при обработке
одних и тех же изделий, так как мобильность автоматов и полуав-
томатов значительно хуже, чем неавтоматизированных станков.
Так, переналадка автомата, показанного на рис. 1-5, занимает
несколько часов и требует переналадки программоносителя — за-
мены кулачков, копиров, а также регулировки рычажных переда-
точных систем; кинематической перенастройки — замены сменных
шестерен; замены инструментов и технологической оснастки; регу-
лировки механизмов и устройств — суппорта, зажимных механиз-
мов и т. д.
Поэтому универсальные автоматы типичны для крупносерийного
производства и массового производства с быстрой заменой объектов
обработки; они широко применяются в различных отраслях маши-
ностроения и приборостроении.
В условиях массового производства стабильной продукции от-
падает необходимость в переналадке оборудования. При этом,
как правило, весьма велики и масштабы выпуска, а следовательно,
требования к производительности технологического оборудования,
отсюда появление третьей группы машин — специализиро-
ванных и специальных автоматов и полуавтоматов.
Специализированными называют рабочие машины, которые
можно переналадить на обработку узкой группы однотипных изде-
лий. Специальные станки, автоматы, полуавтоматы и автоматичес-
кие линии проектируются в расчете на изготовление единственного
конкретного изделия.
Высокая специализация позволяет значительно упростить кон-
струкцию автоматов и полуавтоматов, по сравнению с универсальным
оборудованием за счет сокращения количества целевых механизмов,
повысить режимы обработки благодаря высокой жесткости, при-
менять оптимальные схемы обработки. Это обеспечивает дальней-
шее повышение производительности машин;
В последние годы значительное количество новых образцов
специализированного оборудования вызвано появлением новых про-
грессивных методов обработки, прежде всего электрофизических
15

и электрохимических методов, широкое распространение которых
обусловлено появлением новых типов изделий, которые не могли
быть получены с помощью методов классической технологии. Это
относится в первую очередь к электронной промышленности, где
Рис. 1-7. Схема электронно-лучевой установки размер-
ной обработки:
1 — катод; 2 — фокусирующий электрод; 3 — диафрагма;
4 — фокусирующая система; 5 — отклоняющая система;
6 — рабочая камера; 7 — обрабатываемое изделие; 3 — смот-
ровое окно; 9 — приспособление для закрепления изделий;
10 — герметизирующий сильфон; И — координатный сто-
лик; 12 — привод перемещения столика; 13 — датчик поло-
жения; 14 — вакуумный агрегат; 15 — форвакуумный на-
сос; 16 — вакуумная ловушка; 17 — механизм подъема;
18 — корпус ЭОС
постоянно действующие тенденции микроминиатюризации изделий
потребовали комплекса методов микрообработки.
На рис. 1-7 показана принципиальная схема полуавтоматиче-
ской установки электронно-лучевой размерной обработки в изделиях.
Обработка производится в вакууме в специальной камере, куда
на специальный стол помещаются обрабатываемые плоские
изделия.
16

Электронный луч формируется электронно-оптической систе-
мой (ЭОС), которая включает электронную пушку, системы стаби-
лизации, фокусировки и отклонения электронного луча. Взаимные
перемещения электронного луча и изделия в плоскости произво-
дятся как путем отклонения электронного луча, так и движениями
координатного столика в двух взаимно перпендикулярных плоско-
стях от раздельного привода. Цикл обработки начинается с уста-
новки изделия на координатный столик и герметизации камеры.
Затем производится откачка объема камеры и электронно-оптичес-
кой системы. После достижения требуемой степени вакуума вклю-
чается электронно-оптическая система и начинается обработка —
прошивка отверстий, прорезка пазов и т. д. После этого перекры-
вается вакуумпровод, напускается воздух и происходит разгерме-
тизация камеры. Готовое изделие заменяется новой заготовкой,
и цикл начинается снова.
С помощью специализированных электронно-лучевых установок
выполняются и другие виды микрообработки: вакуумная плавка
и очистка материалов, сварка, напыление пленок и т. д.
Любое специальное оборудование в той или иной степени явля-
ется уникальным, что заставляет при проектировании постоянно
искать новые оригинальные конструктивные и компоновочные
решения, отработка и доводка которых, требуют значительного
времени. Поэтому общим недостатком специализированных и спе-
циальных автоматов и полуавтоматов являются не только высокая
стоимость и недостаточная надежность, но и длительные сроки
поставки новых машин. На проектирование, изготовление, отладку
и освоение новых оригинальных машин требуется, как правило,
несколько лет, в течение которых объект производства может уста-
реть. Между тем при смене обрабатываемых изделий по-
давляющее большинство специального оборудования оказывается
непригодным и подлежит списанию или капитальной модерни-
зации.
Устранение противоречий между растущими требованиями к про-
изводительности и мобильности оборудования можно осу-
ществить только путем создания машин, сочетающих высокую про-
изводительность с широкими технологическими возможностями, ко-
роткими сроками проектирования и освоения. Это достигается в том
случае, если новые специальные автоматы и полуавтоматы не про-
ектируются каждый раз заново, а компонуются на базе типовых
механизмов и устройств, которые можно унифицировать подобно
тому, как унифицируют крепежные изделия, подшипники, электро-
двигатели и др.
В 30-е годы началось проектирование специальных машин из
унифицированных функциональных узлов, которые к настоящему
времени получили широкое применение во многих отраслях авто-
матостроения. Наибольшее их количество создано для механичес-
кой обработки корпусных и других изделий, неподвижных при
обработке. Такие автоматы и полуавтоматы — четвертая
группа — получили название агрегатных станков.
17

Агрегатные станки компонуются из разнотипных унифици-
рованных механизмов и узлов с минимальным количеством ориги-
нальных конструктивных элементов. Они предназначаются обычно
для выполнения сверлильных, расточных операций; нарезания
резьбы в отверстиях; фрезерования плоскостей, пазов и выступов.
Многопозиционный агрегатный станок-полуавтомат имеет следу-
ющие основные функциональные узлы: силовые столы, несамо-
действующие силовые головки, шпиндельные коробки, поворотный
стол с приводом поворота, боковые станины, вертикальные стойки,
центральную станину.
Унификация возможна для тех узлов, функциональное назна-
чение которых не зависит от конкретных обрабатываемых изделий.
Рис. 1-8. Компоновочная схема многопозиционного
агрегатного стднка:
/ — приспособления с обрабатываемыми изделиями; 2 — на-
правляющая; 3 — силовая головка^со шпиндельной короб-
кой; 4 — центральная колонна;' 5 — боковая станина;
б — центральная станина; 7 — поворотный стол
Так, силовые столы как механизмы подачи при любой обработке
имеют один и тот же цикл срабатывания: быстрый подвод — мед-
ленная рабочая подача — быстрый отвод — остановка в исходном
положении. Поэтому силовые столы унифицированы в виде гаммы
типоразмеров.
Аналогично унифицируют несамодействующие силовые головки,
которые монтируются на силовых столах и имеют по одному вы-
ходному шпинделю. Шпиндельные коробки являются специальными
узлами и проектируются применительно к конкретному обраба-
тываемому изделию, которое определяет и количество, и взаимное
расположение рабочих шпинделей, несущих режущие инструменты.
Аналогично, необходимо в каждом случае проектировать и приспо-
собления для закрепления обрабатываемых изделий.
Поворотные столы различных станков имеют одинаковое функ-
циональное назначение — периодический поворот и стоянку в фик-
сированном положении — и могут отличаться лишь числом пози-
ций и габаритами. Поэтому поворотные столы унифицированы
18

в виде гаммы типоразмеров, отличающихся числом позиций и диа-
метром стола. Стол унифицируют вместе с механизмом поворота
и центральной (круглой) станиной, которая имеет стыковочные
присоединительные поверхности для боковых станин и стоек,
на которых монтируют силовые узлы (столы, головки).
В результате проектирование агрегатных станков по разрабо-
танному технологическому процессу сводится, по существу, к про-
ектированию шпиндельных коробок и приспособлений. Остальные
узлы подбирают из имеющейся номенклатуры типоразмеров и ком-
понуют в соответствии с типовыми компоновочными решениями,
одно из которых показано на рис. 1-8.
Агрегатные станки решают проблемы автоматизации прежде
всего массового производства, потому что, как правило, они не
предусматривают переналадки на другие изделия.
Новым прогрессивным видом автоматизированного оборудова-
ния, которое получило широкое применение лишь в 60-е годы,
являются станки с цифровым программным управлением, позволя-
ющие решить проблемы автоматизации серийного производства.
В отличие от полуавтоматов и автоматов, в которых програм-
моносителями являются кулачки (см. рис. 1-5) или упоры (рис. 1-8),
в станках с цифровым программным управлением программа зада-
ется с помощью кодированной информации на магнитной пленке,
перфокартах, перфолентах, считывается и преобразуется с помощью
электронных систем.
В настоящее время программное управление применяется для
автоматизации многих типов технологического оборудования, пре-
жде всего металлорежущего (токарные, фрезерные, сверлильные,
расточные), а также оборудования для электрофизических и элек-
трохимических методов обработки (электроискровое, электронно-
лучевое и т. д.).
^Принципиальной особенностью станков с программным управ-
лением является не только высокая мобильность благодаря лег-
кости замены программоносителей, но и повышение степени авто-
матизации. В этом отношении характерными являются многоопера-
ционные станки с цифровым программным управлением, которые
в литературе часто называют обрабатывающими центрами.
На рис. 1-9 показан общий вид многооперационного станка
с цифровым программным управлением и автоматической заменой
инструмента. Станок имеет магазин, в котором помещается ком-
плект инструмента, необходимый для обработки, и механизмы для
автоматической замены инструмента в шпинделе по заданной прог-
рамме: Это дает возможность производить автоматически за один
установ весь цикл обработки самых сложных корпусных изделий
с выполнением операций фрезерования, расточки, сверления,
зенкерования, нарезания резьбы и т. д. Коробки скоростей и подач
обеспечивают автоматическое переключение во время -холостых
ходов, что позволяет на всех операциях применять оптимальные
режимы обработки. Многооперационные станки с программным
управлением, как правило, имеют два стола, что позволяет совме-
19

щать снятие обработанных изделий, установку и выверку загото-
вок с обработкой.
Несмотря на то, что многооперационные станки с цифровым
программным управлением являются одноинструментными (станок
Рис. 1-9. Многооперационный станок с ци-
фровым программным управлением:
/ — координатный стол; 2 — стойка; 3 — шпин-
дельная бабка; 4 — магазин инструментов;
5 — пульт управления
имеет один шпиндель, одно-
временно в работе может
находиться только один
инструмент), их произво-
дительность намного выше,
чем у соответствующего
универсального неавтома-
тизированного оборудова-
ния (например, расточных
станков). Сокращение рабо-
чих ходов достигается бла-
годаря комплексной опти-
мизации режимов; холостые
ходы по сравнению с руч-
ным обслуживанием умень-
шаются за счет высокой
скорости позиционирова-
ния, быстрой замены ин-
струмента, предварительно
настроенного на размер об-
работки, минимального
времени на подвод и отвод
инструментов.
Таким образом, станки
с цифровым программным
управлением сочетают высокую производительность, присущую
полуавтоматам и автоматам, с высокой мобильностью, характер-
ной для универсальных станков. Их создание и внедрение явилось
новым этапом в развитии мирового автоматостроения.
Высшей формой автоматизированного производства на пер-
вом этапе являются поточные линии из полуавтоматов и авто-
матов, где основные технологические процессы обработки выполня-
ются автоматически, а межстаночная транспортировка, накопление
заделов, контроль качества обработанных изделий, удаление отхо-
дов выполняются вручную. В поточных линиях из полуавтоматов,
кроме того, вручную выполняются операции загрузки-выгрузки
обрабатываемых изделий.
§ 3. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
Второй этап автоматизации — автоматизация системы
машин; создание автоматических линий охватывает решение таких
конструкторских задач, как создание механизмов межстаночной
транспортировки, изменения ориентации, накопления заделов,
а также систем управления машинными комплексами.
20

Эти задачи не могли быть решены на базе того арсенала конст-
руктивных решений, который к тому времени был накоплен приме-
нительно к автоматизации отдельных рабочих машин. Так, автома-
тизация операций внутристаночной транспортировки (загрузка,
подача из позиции в позицию, выгрузка) осуществляется механиз-
мами и устройствами, которые могут действовать лишь в ограни-
ченном пространстве (автооператоры, мальтийские механизмы по-
ворота и др.), в едином рабочем цикле машины. От механизмов
межстаночной транспортировки требуется не только хорошая ди-
станционность, но и возможность независимой от оборудования
работы, не только перемещение изделий с заданным ритмом, но и их
накопление. Задачи межстаночнбй транспортировки потребовали
совершенно иных конструктивных решений.
Аналогично, управление циклом машин строилось главным
образом на основе распределительного вала с кулачками, который
задает всем цикловым механизмам и устройствам фиксированную
последовательность срабатывания с остановом всей машины при
отказе любого элемента.
Для управления автоматической линией такая схема непригодна
не только из-за ограниченной дистанционности управления (невоз-
можно протянуть распределительный вал на десятки метров вдоль
всей линии), но и более сложной функциональной связи между
отдельными элементами: станками, транспортной системой и т. д.
Поэтому системы управления автоматических линий строятся почти
исключительно на электрической основе. Часто управление отдель-
ными машинами производится на механической основе — от рас-
пределительных валов, а взаимосвязь между ними — электричес-
ким путем. Аналогично более сложными являются проблемы авто-
матизации накопления заделов, удаления отходов и др.
Первая в СССР автоматическая линия была создана в 1939 г. на
Волгоградском тракторном заводе И. П. Иночкиным. К этому же
времени относятся попытки создания первых простейших автома-
тических линий на заводах подшипниковой промышленности.
В годы второй мировой войны в промышленную эксплуатацию
были введены первые образцы автоматических линий из агрегат-
ных станков, на которых межстаночная транспортировка решается
наиболее просто — путем применения линейных шаговых транс-
портеров.
В настоящее время линии из агрегатных станков получили
широкое применение в различных отраслях машиностроения для
изделий, неподвижных при обработке, главным образом корпусных
изделий (блоки цилиндров и головки блока цилиндров двигателей,
корпуса электродвигателей, редукторов и передаточных механиз-
мов, картеры коробок перемены передач), а также шатунов,
коленчатых валов, базовых деталей гидро- и пневмоаппаратуры
и т. п.
Типовая планировочная схема автоматической линии из агре-
гатных станков показана на рис. 1-10. Линия скомпонована из
однопозиционных двухсторонних агрегатных станков, работающих
21

на проход, и разделена на две независимые секции, между которыми
находится межоперационный накопитель. В линии имеется 11 ра-
бочих позиций, на которых обрабатываемые одновременно с двух
сторон, а иногда — и сверху изделия зажимаются и фиксируются
в стационарных приспособлениях. Между отдельными технологи-
ческими участками 1, 2, 3 располагаются механизмы изменения
ориентации в вертикальной 5 и горизонтальной плоскостях 11.
Установка изделий на первую позицию и съем с последней произво-
Рис. 1-10. Автоматическая линия из агрегатных станков:
/ — позиция загрузки заготовок; 2 — 4, 6—8, 12 — 16 — рабочие позиции;
5 и 11 — поворотные столы; 9 — поперечный транспортер; 10 — межопе-
рационный накопитель; 17 — позиция съема готовых изделий
дятся вручную или с помощью подъемно-транспортных средств.
Автоматические линии из агрегатных станков, как правило, отно-
сятся к линиям с жесткой межагрегатной связью, где станки и эле-
менты транспортной системы должны работать в едином жестком
ритме, а отказ любого элемента (инструмента, механизма, устрой-
ства) вызывает останов всей линии. В линиях, разделенных на
отдельные секции межоперационными накопителями, жесткая
связь осуществляется в пределах одной секции.
Так, согласно рис. 1-10 в едином ритме должны работать все
станки технологических участков 1 и 2 (2—4 и 6—S), их шаговые
транспортеры, поворотный стол 5. Рабочий цикл начинается с движе-
ния вперед шагового транспортера участка, который перемещает все
изделия в следующую позицию. После окончания хода дается ко-
манда на фиксацию и зйжим изделий в приспособлениях, после
22

чего следует общая команда на пуск всех силовых головок. Каж-
дая головка в соответствии с видом, характером и режимами
обработки выполняет быстрый подвод, медленную рабочую подачу,
быстрый отвод и останов в исходное положение. Как только получен
последний сигнал о возврате силовых головок, производится раз-
жим изделий и вывод фиксаторов, после чего следует новый ход
транспортера вперед — начинается новый рабочий цикл.
Возврат транспортеров в исходное положение совмещается
с обработкой, когда изделия закреплены в приспособлениях. В это
же время происходит поворот стола 5, куда при ходе транспортера
вперед подана деталь с последней позиции технологического уча-
стка. За интервал времени до следующего хода транспортера стол
поворачивается вперед, деталь снимается транспортером следующего
участка, после чего стол возвращается в исходное положение.
Как видно, рабочие циклы смежных технологических участков,
разделенных поворотными столами, или кантователями, смещаются
по фазе.
Межоперационные накопители 10 позволяют локализовать дей-
ствие отказов (при выходе из строя какого-либо элемента останав-
ливается не вся линия, а только одна секция) и тем самым повысить
производительность и надежность линии в работе. Если накопитель
сквозного типа (через него проходят все изделия), рабочие циклы
смежных секций независимы. При тупиковых накопителях, которые
работают на прием или выдачу только при останове одной из сек-
ций (см. рис. 1-10), рабочие циклы секций взаимосвязаны.
Автоматические линии из агрегатных станков, как и отдельные
агрегатные станки, компонуются в основном из унифицированных
узлов: силовых столов и головок, линейных шаговых и поперечных
транспортеров, поворотных столов, кантователей, накопителей,
гидропанелей, электрошкафов и др. Как и в отдельных станках
(см. рис. 1-8), оригинальными узлами являются лишь шпиндель-
ные коробки станков, приспособления для закрепления изделий
и другие элементы.
Если изделия, предназначенные для обработки на линии, не
имеют хорошей устойчивости при установке на базовой поверх.-
ности и межпозиционном транспортировании, их обработка произ"-
водится на особых приспособлениях-спутниках, которые переме-
щаются из позиции в позицию, зажимаются и фиксируются в ста-
ционарных приспособлениях. Конструктивной особенностью линий
со спутниками является наличие специального транспортера возв-
рата спутников в начало линии, где и происходит замена обраба-
тываемых изделий.
Автоматические линии из агрегатных станков являются в на-
стоящее время основным типом линий для механической обработки
и сборки изделий, неподвижных при обработке (кроме мелких
изделий круглого и прямоугольного сечения, обрабатываемых
на роторных линиях).
Для обработки тел вращения (колец, шестерен, валов и т. д.)
создаются линци из типового оборудования, скомпонованные из
23

токарных, шлифовальных, доводочных и других станков. Наиболь-
шее количество таких линий эксплуатируется в подшипниковой
промышленности, что объясняется массовостью и стабильностью
выпускаемой продукции, отработанными типовыми технологичес-
кими процессами и конструкцией технологического' оборудования.
Конструктивная схема типовой автоматической линии с гибкой
межагрегатной связью для обработки колец подшипников пока-
зана на рис. 1-11. Обрабатываемое изделия поступают в приемный
лоток подъемника, поднимаются и поступают в ячейки транспор-
тера-распределителя цепного типа с непрерывным перемещением
замкнутой цепи. Из ячеек специальными механизмами выдачи
кольца выдаются в подводные лотки параллельно работающих
станков.
Как правило, станки представляют собой типовые конструкции
полуавтоматов и автоматов, которые оснащены механизмами авто-
матической загрузки-выгрузки, дополнительными устройствами
управления, контроля и блокировки. Так, для токарной обработки
используются универсальные полуавтоматы типа 1265, 1240 и др.,
оснащенные автооператорами.
По окончании обработки кольца через отводные лотки и меха-
низмы приема поступают на отводящий транспортер цепного типа
с непрерывным движением цепи. Цепной транспортер передает
обработанные кольца к подъемнику следующего технологического
участка. Транспортная система линии выполняет функции не только
транспортирования, но и распределения потоков обработки, а также
накопления заделов, которые позволяют обеспечить независимую
работу отдельных агрегатов, встроенных в линию.
Накопление обрабатываемых изделий происходит в лотках,
в ячейках транспортера-распределитёля, на цепи отводного тран-
спортера. При значительном различии в производительности смеж-
ных участков между ними располагаются специальные автомати-
ческие накопители заделов цепного, лоткового или многоярусного
типа.
Как показано на рис. 1-11, все агрегаты линии работают неза-
висимо. Такие системы называются линиями с гибкой межагрегат-
ной связью.
К числу линий из типового оборудования относится и значи-
тельная часть автоматических линий роторного типа, в которых
обработка и межоперационная передача изделий происходят в про-
цессе их непрерывного транспортного движения посредством вра-
щения технологических (рабочих) и транспортных роторов.
На рис. 1-12 показана конструктивная схема элементарной
роторной группы, состоящей из рабочего (технологического) ротора
и двух транспортных—для загрузки изделий в технологический
ротор и их съема.
Приведенный на рисунке ротор является сборочным и имеет
два яруса загрузки изделий и один ярус съема. Числа оборотов
всех роторов подбираются таким образом, чтобы линейные ско-
рости были одинаковыми. Благодаря этому при синхронном движе-
24

Рис. 1-11. Автоматическая линия с гибкой межагрегатной связью:
1 — приемный лоток подъемника: 2 — толкатель; 3 — отсекатель подъемника; 4 — отводные лотки станков; 5 шахта
подъемника; 6 — отсекатель транспортера-распределителя; 7 — цепь транспортера; 8 — транспортируемые заготовки;
9 — дно транспортера; 10 — основание транспортера; 11 — привод цепи; 12 — подводящие лотки станков; 13 подъем-
ник второго участка; 14 — привод отводящего транспортера; 15 — цепь транспортера: 16 лоток транспортера,
П — станки первого участка; 18 — механизм выдачи изделий на отводящий транспортер; 19 — противовес механизма
выдачи; 20 — звездочка отводящего транспортера; 21 — межоперационный накопитель

нии на участке сопряжения происходит передача собираемых эле-
ментов из клещей загрузочного ротора в клещи рабочего сборочного
ротора.
В процессе дальнейшего транспортного движения при вращении
ротора происходит сборка изделий путем их взаимного осевого пере-
мещения. Также на ходу происходит передача собранных изделий
Рис. 1-12. Роторный автомат сборки:
а — конструктивная схема! / — 0лок нижней системы при-
вода сборочного ротора; 2 — ползуны нижнего привода;
3 — нижний шток инструментального блока; 4 — нижний
диск транспортного (загрузочного) ротора; 5 — собираемые
элементы; 6 — клещевые захваты; 7 — верхний диск транс-
портного (загрузочного) ротора; 8 — вал транспортного ро-
тора; 9 — блок верхней системы привода соорочного ротора;
10 — зубчатая передача транспортного вращения ротора;
11 — верхняя часть станины; 12 — торцовый кулачок верх-
ней системы привода; 13 — ползун верхней системы привода;
14 — пазовый кулачок верхней системы привода; 15 — блоко-
держатели; 16 — собранные детали; 17 — инструменталь-
ные блоки; 18 — нижняя часть станины; 19 — основной вал
сборочного ротора; б — траектория перемещения изделий
в клещи транспортного ротора выдачи, откуда изделия могут пода-
ваться в последующие рабочие роторы для контроля маркировки и т. д.
Комбинируя типовые конструкции технологических роторов
для различных процессов обработки, получаем автоматические
роторные линии. Типовая планировочная схема автоматической
роторной линии применительно к процессам изготовления без-
резьбовых неармированных изделий из термореактивных пластмасс
методом прессования приведена на рис. 1-13.
Наибольшее применение автоматические роторные линии полу-
чили для технологических процессов штамповки, вытяжки, прес-
26

12	3	4	5	6	7
Рис. 1-13. Структурная схема роторной авто-
матической линии:
1 — ротор загрузки, 2, 5, 7, — транспортные ро-
торы; 3, 4, 6 — технологические роторы
сования, таблетирования, дозирования, сборки, контроля и других
процессов, в которых траектория главного движения является
прямолинейной, а изделия по своей форме могут закрепляться
в клещевых захватах.
Требования обеспечения высокой производительности обусло-
вили появление автоматических линий из специального оборудо-
вания, в которых технологические процессы обработки, оборудо-
вание и транспортные средства разрабатываются специально для
данного конкретного изделия и условий производства. Такой под-
ход позволяет создавать системы с высокой производительностью
благодаря новым прогрес-
сивным методам обработки.
Однако большинство таких
линий являются уникаль-
ными, т. е. создаются в
одном-двух экземплярах,
поэтому они имеют высо-
кую стоимость и сложность
в обслуживании.
Первыми автоматичес-
кими линиями из специаль-
ного оборудования явились
созданные ЭНИМСом авто-
матические линии для об-
поршней, введенные в экс-
плуатацию в 1951 г. В даль-
нейшем ряд специальных
линий был разработан для производства колец подшипников, одно-
венцовых и двухвенцовых шестерен, шлицевых валов и т. д.
Однакб опыт эксплуатации таких линий показал нецелесообраз-
ность их массового применения, так как низкая надежность в ра-
боте приводила к значительным простоям и необходимости иметь
большое количество наладчиков, что практически сводило на нет
преимущества этих систем — их производительность и сокраще-
ние количества обслуживающих рабочих по сравнению с неавто-
матизированным производством.
Тенденцией последних лет является появление нового типа
автоматических линий —линий с программным управлением, кото-
рые позволяют решать вопросы автоматизации не только массового,
но и серийного производства и становятся основой комплексной
автоматизации.
работки автомобильных
§ 4. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЦЕХИ И ЗАВОДЫ
Третьим этапом автоматизации является комплексная
автоматизация производственных процессов, создание автомати-
ческих цехов” и заводов. Под комплексной автоматизацией следует
понимать такую автоматизацию, которая охватывает весь комплекс
27

производства конкретных изделий, вплоть до самых сложных,
включая технологические процессы заготовительных цехов, меха-
нической и термической обработки, сборки, контроля и упаковки
готовой продукции. Такая автоматизация позволяет обеспечить
технический прогресс производства в целом, избежать погони за
отдельными «рекордами» автоматизации. Для осуществления комп-
лексной автоматизации необходимо решение задач межучастковой
и межцеховой транспортировки, автоматизации складирования,
автоматизации управления производством. Изменение, масштабов
автоматизации требует и иных методов решения ее задач.
Так, средства межстаночной транспортировки — шаговые тран-
спортеры, транспортеры-распределители, лотковые и другие системы
для межцеховой транспортировки — непригодны; здесь основным
средством являются сложные конвейерные системы с автоматичес-
ким адресованием. Соответствующим образом усложняются системы
удаления отходов, которые позволяют решать не только проблемы
удаления стружки на большие расстояния без смешивания различ-
ных фракций, но и вопросы брикетирования, отгрузки и т. д.
Создание автоматических цехов существенным образом влияет
и на состав автоматизированного оборудования. Если на втором
этапе автоматизации линии обслуживают в основном процессы
механической обработки и обработки давлением (роторные линии),
то комплексные автоматические системы обслуживают все звенья
производства, начиная с заготовительных операций, кончая сборкой
и испытанием продукции.
Важнейшей характерной особенностью комплексной автомати-
зации является ее базирование на применении вычислительной
техники не только для задач управления производством (систем
АСУ), но и непосредственного управления работой машин.
В настоящее время автоматически^ цехи можно классифициро-
вать по основному типу используемого оборудования:
1)	автоматические цехи из унифицированного оборудования;
2)	автоматические цехи из типового и специального оборудо-
вания;
3)	автоматические цехи с программным управлением.
Автоматические цехи из унифицированного оборудования созда-
ются на базе автоматических линий из агрегатных станков в авто-
мобильной и тракторной промышленности. Их примерами мбрут
служить цех V-образных двигателей на заводе им. Лихачева, комп-
лекс цехов механической обработки на Волжском автомобильном
заводе и другие цехи, где производство основных базовых деталей
двигателя, коробки перемены передач, заднего моста и другие
процессы осуществляются на автоматических линиях.
На рис. 1-14 показана структурная схема комплекса автомати-
ческих линий для полной механической обработки блока цилиндров
двигателя ЗИЛ, которая включает последовательно расположенные
многопоточные автоматические линии 1Л95, 1Л96, 1Л97, соединен-
ные автоматическими накопителями. Аналогично, выпуск блоков
цилиндров двигателя на Волжском автомобильном заводе произво-
ле

дится посредством трех параллельно работающих систем автомати-
ческих линий, каждая из которых включает параллельные потоки
обработки, систему промежуточных транспортеров, межоперацион-
ных накопителей и т. д.
Примером комплексной автоматизации обработки тел вращения
на базе специального и типового оборудования является автомати-
ческий цех по производству карданных подшипников, спроекти-
рованный Московским СКВ автоматических линий и действующий
на заводе ГПЗ-1.
Особенностью данного производства является широкое приме-
нение новых прогрессивных технологических процессов и методов
Рис. 1-14. Структурная схема системы автоматических линий для обра-
ботки блока двигателя ЗИЛ-130
1Л95 —1Л97 — индексы линий
изготовления, контроля и сборки. Благодаря прогрессивной заго-
товке, максимально приближающейся по форме и размерам к гото-
вым изделиям, токарная обработка из основного метода формообра-
зования превращена в отделочный процесс: снятие фасок, обточка
галтелей, подрезка дна. После термообработки кольца шлифуются
сначала по наружному диаметру на бесцентрово-шлифовальных
станках с широкими кругами, затем на внутришлифовальных стан-
ках одновременно шлифуются внутренний диаметр и донышко.
Автоматический цех оборудован системой оперативного учета
и анализа выпуска продукции, которая позволяет в любой момент
получать данные о работе всех единиц оборудования, межопераци-
онных запасах, количестве собранных годных и бракованных под-
шипников.
С увеличением масштабов автоматизации, особенно при переходе
к комплексной автоматизации на уровне цехов и предприятий,
резко возрастает значение систем управления производством,
основанных на переработке огромного объема информации с по-
мощью ЭВМ. Внедрение вычислительной техники позволяет авто-
матизировать диспетчерские функции, функции оперативного учета
29

и планирования, создавать автоматические системы управления
предприятиями.
Широкое использование достижений электроники для решения
задач управления на уровне цехов и предприятий начинает оказы-
вать -существенное влияние и на методы управления технологичес-
кими машинами и системами машин. Автоматические линии во
все большей степени начинают создаваться не из обычных автоматов
с механическими системами управления и жестко запрограммиро-
ванным циклом, а из станков с цифровым программным управле-
L
Рис. 1-15. Планировка автоматической системы с программным
управлением для обрабртки шестерен:
1,11 — участки черновой обработки; III — участок чистовой обработ-
ки; 1 — транспортная система; 2 — промежуточные транспортные на-
копители; 3 — станки, встроенные в линию; 4 — электронно-вычисли-
тельная машина; 5 — пульт управления участком; 6 — агрегат термо-
обработки; 7 — система транспортирования и раздачи инструмента
нием, которые позволяют реализовать все возможности гибкости
и мобильности производства, заложенные в управлении посредст-
вом ЭВМ. Меняются функции и конструктивные решения транс-
портирующих и накопляющих устройств, которые могут работать
уже по гибкой программе. Иным становится и внешний облик ме-
таллообрабатывающих цехов, в которых появляются металличес-
кие конструкции, объемно занимающие пространство, многочислен-
ные пульты управления системами и подсистемами, математические
машины.	1
Пример комплексной автоматизации на базе программного
управления и применения ЭВМ показан на рис. 1-15, на котором
изображена планировка технологической системы машин ROTA-
FZ-200 (ГДР). Она предназначена для обработки цилиндрических
зубчатых колес диаметром до 200 мм многих типоразмеров и состоит
30

из нескольких связанных автоматических подсистем — отдельных
линий комплекса.
Подсистемы / и II предназначены для выполнения операций
черновой и чистовой обточки, протягивания, зубофрезерования,
затупления кромок зубьев, снятия заусенцев и др. Подсистема III
предназначена для обработки изделий после термообработки,
которая производится вне линии. Все функции маршрутизации
обработки, выбора инструментов, управления переналадкой машин
и другие выполняются вычислительной машиной, в которую в ка-
честве исходных вводятся технологические параметры обработки,
данные о заготовках и требуемом выпуске. В соответствии с опти-
мизированной программой запуска ЭВМ определяет свободные
места в накопителях и на рабочих позициях станков и выдает ко-
мандные импульсы на транспортирующие устройства. Обработка
производится партионным способом — посредством промежуточ-
ных нестационарных магазинов-накопителей, в которых переме-
щаются обрабатываемые изделия. После /того как магазин с заго-
товками подан транспортным устройством к соответствующему
станку, перегрузочное устройство подает изделия в рабочий шпин-
дель и возвращается обратно.	4
После того как последняя заготовка в промежуточном накопи-
теле обработана, накопитель подается к месту выдачи — на сле-
дующую операцию.
Таким образом, в показанной на рис. 1-15 автоматической си-
стеме предусмотрена автоматизация основных и вспомогательных
операций (загрузка и съем изделий, межстаночная транспорти-
ровка, накопление и расходование заделов, отвод стружки), как
и на любой автоматической линии. Отличительной чертой этой
системы является управление от ЭВМ, которая анализирует инфор-
мацию, поступающую от работающих станков, транспортных уст-
ройств, а также загрузочных позиций, куда подаются заготовки
различных типоразмеров шестерен.
В результате обработки информации подаются команды управ-
ления станками, транспортерами, манипуляторами, устройствами
для замены инструмента и т. д.
В настоящее время технический арсенал средств автоматизации
необычайно велик — для производства одних и тех же изделий
могут создаваться самые различные системы машин: от поточных
линий из универсального неавтоматизированного оборудования до
комплексных автоматических линий. Вместе с тем между автомати-
ческими машинами и линиями в различных отраслях существует
глубокая общность, которая позволяет формулировать единые
законы и принципы автоматостроения, использовать опыт раз-
личных отраслей.
Анализируя сравнительные характеристики различных типов
автоматизированного оборудования, а также классы обрабатыва-
емых изделий и характер их производства (массовый, серийный,
единичный), можно сформулировать область применения тех или
иных направлений автоматизации производственных процессов.
31

Для массового производства изделий типа тел вращения полу-
чили широкое применение автоматические линии из специального
и типового оборудования (см. рис. 1-11), а в последнее время —
и автоматические цехи с комплексными линиями. Особенно перспек-
тивны системы, основанные на применении прогрессивных техноло-
гических процессов, для изделий со стабильной конструкцией,
например подшипников.
Для массового производства изделий, неподвижных при обра-
ботке (прежде всего корпусных), широко применяются автомати-
ческие линии из агрегатных станков (см. рис. 1-10). В настоящее
время на линиях этого типа производится до 80—90% таких изделий,
как блоки цилиндров и головки блока двигателей автомобилей
и тракторов, картеры коробок скоростей и т. п. Менее массовые
и трудоемкие изделия такого типа обрабатываются, как правило,
на поточных линиях из агрегатных станков, однопозиционных
или многопозиционных (см. рис. 1-8).
Для массового производства широкого класса мелких изделий
круглого или прямоугольного сечения (типа колпачков, пластмас-
совых корпусов и т. п.) применяются автоматические линии из
машин роторного типа (см. рис. 1-13). Таким образом, для условий
массового производства стабильных (или относительно стабильных)
по конструкции изделий к настоящему времени вполне определи-
лись рациональные методы и средства автоматизации (автоматы
и автоматические линии), как правило, на базе традиционных си-
стем управления: с распределительным валом; копировальных
систем; децентрализованных систем, работающих по упорам.
Однако для других типов производства эти методы и виды обо-
рудования оказываются малопригодными, так как они не перена-
лаживаются. Даже для массового производства изделий с быстрой
сменяемостью конструкций, например, в авиационной промышлен-
ности, в приборостроении и др., где срок выпуска объекта состав-
ляет иногда несколько месяцев и не превышает двух-трех лет,
обычные конструкции агрегатных станков и линий из этих станков
нерациональны, так как сроки поставки становятся соизмеримыми
со сроками выпуска объекта. Одним из решений является создание
станков и линий обратимой конструкции из нормализованных
элементов, которые после окончания срока выпуска данного объекта
могут перекомпоновываться и использоваться в других сочетаниях.
Для массового производства тел вращения быстросменяемой кон-
струкции используются поточные линии из универсальных полу-
автоматов и автоматов (см. рис. 1-6).
Такое же оборудование применяется и для автоматизации круп-
носерийного производства, однако для мелкосерийного, индиви-
дуального или опытного производства оно малопригодно из-за боль-
шой длительности и трудоемкости переналадок.
Таким образом, до недавнего времени успешно решались вопро-
сы автоматизации только массового и в какой-то степени крупно-
серийного производства, в то время как серийное и индивидуальное
производство целиком базировалось на малопроизводительном
32

универсальном неавтоматизированном оборудовании вследствие
его хорошей универсальности и мобильности.
На рубеже 60—70-х годов мощный толчок дальнейшему разви-
тию автоматизации дало появление и совершенствование систем
цифрового программного управления (ЦПУ), появление станков-по-
луавтоматов и автоматов, сочетающих качества высокой произво-
дительности, универсальности и мобильности.
Применение станков с цифровым программным управлением
позволяет автоматизировать крупносерийное и серийное производ-
ство различных видов йзделий.
Дальнейшим этапом развития является создание систем машин
с программным управлением, в том числе непосредственно от ЭВМ,
с весьма широкими функциями систем управления: управление
отдельными станками с оптимизацией обработки, транспортными
системами с оптимальной маршрутизацией; оптимальное планиро-
вание загрузки, оперативная информация о работоспособности
и т. д. Такие системы получили название АСУТП — автоматичес-
кие системы управления технологическими процессами. Их прогрес-
сивность, по-видимому, вскоре проявится не только в условиях
серийного и массового быстросменяемого производства, где они
уже сегодня служат основой решения задач автоматизации. Наме-
чается тенденция перехода к подобным системам управления даже
в традиционных конструкциях автоматов и автоматических линий
для массового производства, например управление автоматическими
линиями из агрегатных станков непосредственно от ЭВМ.
§ 5. ОБЩНОСТЬ АВТОМАТОВ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИИ
РАЗЛИЧНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Общность автоматов и автоматических линий различного техно-
логического назначения заключается прежде всего в том, что для
любых отраслей существуют одни и те же этапы автоматизации.
Среди машин любого назначения можно найти полуавтоматы и
автоматы универсальные и специальные; для автоматических линий
характерна либо жесткая, либо гибкая межагрегатная связь неза-
висимо от их назначения.
Рассматривая процесс автоматизации в его диалектическом раз-
витии, можно видеть, что каждая новая ступень связана с улучше-
нием одних показателей, прежде всего повышением производитель-
ности и сокращением необходимого количества обслуживающих
рабочих, и в то же время ухудшением других — ростом стоимости
оборудования, его конструктивной сложности, ремонтных затрат,
снижением универсальности и мобильности.
В еще большей степени проявляется общность автоматов и линий
при сравнении автоматизированного оборудования различных от-
раслей с одинаковой степенью автоматизации.
Поясним это на конкретном примере. Возьмем две детали, типо-
вые для обработки на автоматах: кольцо шарикоподшипника
(рис. 1-16) и тарелочкулормально-осветительной лампы (рис. 1-17).
2 Волчкевич и др., ч. I
33

Ни конструкция, ни материал изделий (сталь ШХ15 и стекло)
не имеют ничего общего. Совершенно различны их технологические
методы и операции обработки; для кольца подшипника при обра-
ботке из трубы применяются обточка, расточка, фасонирование,
Рис. 1-17. Тарелоч-
ка нормально-осве-
тительной лампы
Рис. 1-16. Кольцо
шарикоподшипника
снятие фасок, подрезка и отрезка; для тарелочек, которые получаются
из стеклянных трубок («дротов»), производятся нагрев стекла, раз-
вальцовка конуса, отрезка готовой тарелочки. Соответственно
ничего общего не имеют обрабатывающие инструменты, режимы
обработки и т. д.
Рис. 1-18. Технологическая
схема обработки на токарном автомате:
II, III — операции обработки:
1—6 — рабочие позиции
Предположим, что для изготовления обоих массовых изделий
необходимо спроектировать многопозиционные автоматы. Наметим
принципиальные схемы обоих автоматов, в первую очередь техно-
логические схемы обработки, структуру основных механизмов,
принцип действия,- последовательность срабатывания отдельных
элементов.
34

Рис. 1-19. Технологическая схема обра-
ботки на автомате развертки тарелочек:
1—6 — рабочие позиции
На рис. 1-18 показана технологическая схема обработки кольца
из трубы на шестипозиционном автомате. Технологический процесс
обработки распределен на три части, которые выполняются на трех
рабочих позициях, включая отрезку. Обработка происходит в два
потока, т. е. комплекты рабочих инструментов дублированы.
По окончании обработки стол поворачивается на 120° Как пока-
зано на схеме (рис. 1-19), технологическая схема получения таре-
лочки построена аналогичным образом, а именно: технологический
объем обработки (нагрев, образование конуса, отрезка) распределен
на несколько частей, каждая
из которых совершается на
соответствующей рабочей по-
зиции. Изделия, закреплен-
ные в патроне (с приводом
вращения), при периодичес-
ком повороте стола подводятся
поочередно ко всем инстру-
ментам и тем самым полностью
подвергаются технологической
обработке, т. е. приобретают
требуемую форму и размер.
Еще больше сходства обна-
руживается при разработке
комплекта механизмов и уст-
ройств, необходимого для
вы по л не н и я а вто мат ичес ко го
цикла обеих машин. Так,
в токарном многошпиндель-
ном автомате для выполнения
осевых и радиальных переме-
щений режущих инструментов
имеется продольный суппорт,
единый для всех позиций,
и поперечные позиционные
суппорты, а также приспособление для специальных видов обра-
ботки (снятие внутренних фасок и т. д.).
Для обеспечения обработки колец в патроне имеются механизмы
зажима на всех шпинделях, а также механизм подачи новой порции
материала после отрезки и упор подачи материала. Для периодиче-
ского чередования стоянки стола и его поворота имеются механизмы
поворота и фиксации.
Для цикличности работы всех перечисленных механизмов основ-
ное управление имеет командный орган, обычно в виде распредели-
тельного вала с кулачками (см. рис. 1-5).
Наконец, учитывая конечную длину обрабатываемого материала,
в автомате конструируют механизм выключения по окончанию прут-
ка. В результате структурная схема механизмов токарного много-
шпиндельного автомата имеет вид (рис. 1-20). Указанный в схеме
комплект механизмов и устройств является для автомата минимально
2*
35

необходимым, отсутствие хотя бы одного из них превращает машину
в полуавтомат или станок с ручным управлением.
Зная схему обработки, перечень и функции основных механизмов
токарного автомата, можно построить принципиальную циклограмму
Рис. 1-20. Структурная схема механизмов токар-
ного автомата
работы автомата, т. е. определить последовательность срабатыва-
ния механизмов (рис. 1-21). Рабочий цикл начинается с поворота
стола, затем следует его фиксация. Окончание фиксации означает
сигнал на одновременное начало работы всех позиционных механиз-
Рис. 1-21. Циклограмма токарного автомата
мов, прежде всего суппортов, каждый из которых имеет движения —
быстрый подвод, Медленную рабочую подачу и быстрый отвод. Одно-
временно в позиции загрузки происходит подача новой порции мате-
риала после отрезки: а) разжим материала и одновременно подвод
упора; б) ход вперед механизма подачи; в) зажим в новом положении;
36

г) отвод механизма подачи и упора. После того как все рабочие ц
холостые операции на позициях закончены, следует расфиксация
стола и его поворот; повторяется рабочий цикл, в течение которого
каждый из механизмов рабочих и холостых ходов имеет одно сра-
батывание.
Схемы на рис. 1-18, 1-20 и 1-21 достаточно полно характеризуют
структуру и принцип действия токарного многошпиндельного
автомата и содержат объем информации, необходимый для его кон-
структивной разработки.
Рассмотрим в той же последовательности построение автомата
развертки тарелочек для реализации технологической схемы, пока-
занной на рис. 1-19. Для выполнения требуемого технологического
Рис. 1-22. Структурная схема механизмов автомата
развертки тарелочек
процесса автомат имеет комплект горелок для нагрева стекла, меха-
низм развальцовки конуса и механизм отрезки. Так как тарелочка
заданной длины получается из стеклянной трубки, в автомате
имеются кроме механизма зажима механизм подачи трубок и упор,
ограничивающий эту подачу в соответствии с заданным размером
изделий. Для поворота стола имеется механизм поворота, для обеспе-
чения точной стоянки во время обработки — механизм фиксации
стола. Управление работой всех механизмов осуществляется посред-
ством распределительного вала; для предотвращения бесполезной
работы предусмотрен механизм выключения автомата, если обрабаты-
ваемый материал окончился. Для обеспечения автоматического
цикла автомат для изготовления тарелочек имеет структурную схему
механизмов, приведенную на рис. 1-22.
Сравнение рис. 1-20 и Д-22 позволяет сделать вывод о том, что
два автомата для производства совершенно различных изделий
различными методами имеют почти одинаковую структуру, одина-
ковый комплект механизмов и устройств, отличающийся лишь меха-
низмами рабочих ходов.
37

Рассмотрим параллельно для обоих автоматов способы возможной
конструктивной реализации отдельных функциональных элементов,
начиная с двигательного механизма (см. рис. 1-20 и 1-22).
В качестве двигателя в обоих случаях применяются асин-
хронные двигатели переменного тока, при этом методы расчета и
выбора двигателя (по необходимой мощности) идентичны (см. курс
«Электрооборудование машин»).
Передаточный механизм в обоих автоматах объеди-
няет все элементы, расположенные между двигателем, с одной стороны,
рабочими шпинделями и распределительным валом—с другой. В
обоих автоматах две кинематические цепи: от двигателя к шпинделям
и от двигателя к распределительному валу, которые включают оди-
наковый набор кинематических элементов — ременные, зубчатые,
червячные передачи и т. д., одинаковые звенья настройки — гитары
сменных шестерен. Методы расчета и анализа, составления уравне-
ний кинематического баланса и формул настройки едины—они
подробно рассмотрены в курсе «Кинематика машин».
Целевые механизмы холостых ходов обоих
автоматов имеют не только одинаковые названия и функции, но, как
правило, и идентичные конструктивные решения. Так, подачу
материала при горизонтальной компоновке в обоих случаях осуще-
ствляют с помощью подающих цанг, при вертикальной — под
действием сил собственного веса. Для зажима в обоих автоматах
использованы цанговые зажимные механизмы, для периодического
поворота стола — мальтийские механизмы поворота. Одинаковы
их методы расчета и выбора, которые рассматриваются в разделе
«Системы управления и целевые механизмы» (см. гл. XV).
Механизмы управления в обоих автоматах по своей
конструкции также имеют много общего. Распределительные валы,
например, обоих автоматов имеют цилиндрические, дисковые и
38

командные кулачки идентичной конструкции, методы расчета и
проектирования кулачковых механизмов машин любого назначения
являются едиными (см. гл. VIII), В обоих автоматах рабочий цикл
совершается за один оборот распределительного вала, что соответ-
ствует интервалу времени между двумя поворотами стола (или двумя
ходами суппорта, механизма подачи, упора и т. д.).
Рабочий цикл автомата развертки тарелок осуществляется
точно, как в токарном автомате, — поворот и фиксация стола, выпол-
нение одновременно всех операций на рабочих и холостых позициях,
расфиксация, снова поворот. Поэтому циклограмма автомата раз-
вертки тарелочек (рис. 1-23) практически идентична циклограмме
токарного автомата (см. рис. 1-21). Программирование рабочего
цикла автоматов различного назначения, расчет и построение цикло-
грамм выполняются по единым правилам.
На основании рассмотренных примеров можно сделать следую-
щие выводы:
1. Автоматы и автоматические линии различного технологи-
ческого назначения, применяемые в различных отраслях
производства, имеют единую основу, которая выражается в
общности:
а) принципов построения структурных схем;
’б) функционального назначения механизмов холостых ходов и
управления, их номенклатуры;
в) конструктивных решений большинства механизмов и
устройств;
г) структуры управления рабочим циклом.
2. Расчет и проектирование автоматов и линий различного назна-
чения производятся едиными методами, включая:
а)	расчет и выбор принципиальной схемы автомата, принципа
его действия, числа позиций, направления геометрической оси
и f. д.;
б)	расчет и выбор механизмов и устройств, кроме механизмов
рабочих ходов;
в)	программирование рабочего цикла и настройка автоматов;
г)	конструктивную разработку всех функциональных элементов
с широким использованием опыта автоматостроения в других отрас-
лях.
История автоматостроения убедительно показывает, что на любом
историческом этапе, в любой отрасли производства основным дви-
жущим фактором развития автоматизации были и остаются посто-
янно растущие требования к производительности машин. Неавто-
матизированное оборудование конструируется, как правило, исходя
только из обеспечения необходимого качества продукции.
Автоматы и автоматические линии проектируются по критериям
не только качества, но и количества выпускаемой продукции, с обес-
печением высокой производительности, надежности в работе, эко-
номической эффективности; именно эти критерии являются реша-
ющими при определении прогрессивности и перспективности
новой техники,
39

Научной основой создания автоматов и автоматических линий
является теория производительности, которая позволяет рассмат-
ривать вопросы проектирования и эксплуатации машин в их диалек-
тической взаимосвязи, решать конкретные вопросы их анализа
и синтеза7.
Глава II
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ АВТОМАТОВ
И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
§ 1.	ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
МАШИН И ТРУДА
Одно из важнейших исходных положений теории производитель-
ности машин и труда можно сформулировать следующим образом:
основным фактором повышения производительности труда в любой
отрасли производства является рост производительности машин,
количества и качества выпускаемой продукции. Поэтому важнейшей
задачей теории производительности машин и труда является анализ
всех факторов, определяющих производительность машин, выявление
наиболее перспективных направлений повышения производитель-
ности машин и труда при создании новой техники.
При этом необходимо руководствоваться следующими основными
положениями (постулатами):
1.	Каждая работа для своего совершения требует затрат времени
труда.
2.	Производительно затраченным считается только то время, кото-
рое расходуется на основные процессыббработки(например,формооб-
разование, контроль, сборку ит. д.). Все остальное время, включая
время на вспомогательные (холостые) ходы рабочего цикла и вне-
цикловые простои, является непроизводительно затраченным —
потерями.
3.	Машина считается идеальной, если при высоком потенциале
производительности, качестве продукции отсутствуют потери вре-
мени на холостые ходы и простои (машина непрерывного действия,
бесконечной долговечности и абсолютной надежности).
4.	Для производства любых изделий необходимы затраты про-
шлого (овеществленного) труда на создание средств производства и
поддержание их работоспособности и живого труда на непосред-
ственное обслуживание технологического оборудования.
5.	Закономерность развития техники заключается в том, что
удельный вес прошлого (овеществленного) труда непрерывно повы-
шается, а затрат живого труда снижается при общем уменьшении
трудовых затрат, приходящихся на единицу продукции.
6.	При разработке технологических процессов любой процесс
производства, взятый сам по себе, безотносительно к труду человека,
следует разлагать на составные элементы.
40

7	При окончательной оценке прогрессивности новой техники
учитывается фактор времени—темпы роста производительности
труда.
8.	Автоматы и автоматические линии различного технологиче-
ского назначения имеют единую основу автоматизации, которая
выражается в общности целевых механизмов и систем управления,
в общих закономерностях производительности, надежности, эконо-
мической эффективности, в единых методах агрегатирования, опре-
деления режимов обработки, оценки прогрессивности и т. д.
§ 2.	ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ И ЦИКЛОВАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
Согласно приведенным выше исходным положениям теории про-
изводительности, для выполнения любой работы требуются опреде-
ленные затраты времени:
T = tp + tx,	(П-1)
где Т — время, в течение которого производится определенная
порция продукции (штуки, единицы длины, площади, объема, веса);
/р — время, затрачиваемое на рабочие ходы, т. е. непосредственно
на обработку данной детали (время резания и деформации металла
при штамповке, время, расходуемое на загибку проволоки, нагрев и
штамповку линзы штабика электролампы, и т. д.); /х — время, затра-
чиваемое на холостые ходы при выполнении всего цикла обработки
детали (подвод и отвод инструмента, подача материала, включение
отдельных механизмов и т. д., т. е. цикловые потери времени).
Так как за время Т заканчивается обработка определенного
количества материала — определенной «порции», то, очевидно, при
установившемся режиме работы машин для обработки следующей
такой же порции потребуется то же самое время Т
* Производительностью рабочей машины называется количество
продукции, выдаваемой в единицу времени. Для того чтобы количест-
венно оценить производительность любой машины, необходимо
выпущенную продукцию отнести к отрезку времени, за который эта
продукция произведена.
Если за период рабочего цикла Т машина выпускает одно изде-
лие или порцию изделий, то ее цикловая производительность (при
условии бесперебойной работы)
Qu = 1/Т= l/(tp + tx).	(11-2)
Если за период рабочего цикла Т машина производит не одно,
ъ-р изделий, то цикловая производительность
<?ц = Р/Т.	(П-З)
Очевидно, что в зависимости от целевого назначения рабочей
машины, от вида обработки, количество обработанной продукции
машин может измеряться в различных единицах (штуках, единицах
длины, объема, веса и т. д.). В качестве единицы времени в теории
производительности принята минута; кроме того, в производствен-
41

ных условиях относят количество выпущенной продукции к одной
рабочей смене, одному часу и т. д.
Так как в машиностроении значительную часть представляет
штучная продукция, то здесь в основу взята штучная производи-
тельность, т. е. количество изделий, изготовленных в единицу
времени:
Q [шт/мин], [шт/смену].
Если в машине отсутствуют холостые ходы: tx =» 0; Т = /р
и технологический процесс осуществляется непрерывно, цикловая
производительность в соответствии с (П-2)
= 1//р = Л [шт/мин].	(П-4)
Величину К называют технологической производительностью
рабочей машины, она’" представляет собой фиктивную производи-
тельность любой машины, вычисленную без7 учета потерь времени
на холостые ходы tx.
Проектирование любой рабочей машины начинают с разработки
технологического процесса: выбора методов и последовательности
обработки, технологических баз, режущего инструмента, затем
следует дифференциация технологического процесса на элементы,
совмещение операций в каждой рабочей позиции, выбирают режимы
обработки и т. д. В результате этого определяют длительность
обработки детали, согласно технологическому процессу—время
рабочих ходов. Таким образом, еще не имея конструкции машины,
можно рассчитать ее технологическую производительность К (шт/мин
или шт/см).
Так, если согласно принятому технологическому процессу дли-
тельность обработки изделия определена в /р = 0,5 мин, то, не про-
ектируя машины, можно считать, что она не может иметь технологи-
ческую производительность выше, чём /< = 2 шт/мин.
Технологическая производительность машин зависит от обра-
батываемых изделий, методов и режимов обработки. Так, при обра-
ботке резанием цилиндрических поверхностей время рабочих ходов
рассчитывается по формуле
tp = l/(ns) = л d//(1000us),	(П-5)
где I — длина хода инструмента, мм; $ — подача, мм/об; п —
частота вращения шпинделя, об/мин; v — скорость резания, м/мин;
d — диаметр обрабатываемой поверхности, мм.
Отсюда
К = 1//р = (1000у$)/(л Ш).	(П-6)
Повышение технологической производительности достигается
интенсификацией режимов обработки v и s, применением новых
прогрессивных технологических процессов, сокращением длины
обработки, приходящейся на каждый инструмент /, совмещением
операций между собой, а также и другими методами; при этом тех-
нологический потенциал производительности машины повышается.
42

В машинах дискретного действия с холостыми ходами цикловая
производительность всегда меньше технологической:
= О/Ю+'х =	=	=	(П‘7)
Таким образом, цикловая производительность рабочей машины
представляет собой произведение технологической производитель-
ности К на коэффициент производительности т]. Коэффициент
производительности определяют отношением времени рабочих ходов
к периоду цикла:
т] = 1/(WX + 1) = QJK = ЦТ	(I I -8)
Величина т] характеризует степень непрерывности протекания
технологического процесса в автомате или автоматической линии.
Так, коэффициент т] =
= 0,8 означает, что в ра-
бочем цикле 80% со-
ставляют рабочие ходы,
а 20% — холостые; сле-
довательно, возможно-
сти, заложенные в тех-
нологическом процессе,
использованы на 80 %.
Чем выше степень не-
прерывности технологи-
ческого процесса, тем
удачнее решены задачи
конструирования меха-
низмов и устройств, тем выше конструктивное совершенство автомата
или линии. Поэтому коэффициент производительности характеризует
собой конструктивное совершенство автомата или автоматической
линии, степень их приближения к системам непрерывного действия.
Таким образом, два вида производительности — технологическая
и цикловая — характеризуют автомат или автоматическую линию
как с точки зрения прогрессивности технологического процёсса,
положенного в основу линии, так и конструктивного совершенства
механизмов и устройств, системы управления и т. д.
Для большинства автоматов и автоматических линий длительность
рабочего цикла и всех его элементов остается неизменной в про-
цессе работы машины, поэтому технологическая и цикловая произ-
водительности являются постоянными величинами. Исключение
составляют автоматы и автоматические линии с гидравлическим
приводом, где длительность обработки колеблется в некоторых пре-
делах — в зависимости от температуры и вязкости масла, степени
износа инструмента, твердости заготовок и т. д.
Рассматривая уравнение (II-7), легко заметить, что коэффи-
циент производительности одновременно зависит от величин /х и
К. Если принять ях = const, то с увеличением значения /< величина
коэффициента производительности т] уменьшается, как показано
43

на рис. П-1, на котором три кривые (/, //, III) соответствуют
трем значениям /х.
Таким образом, при повышении технологической производи-
тельности, с одной стороны, увеличивается технологическая про-
изводительность, с другой — уменьшается величина коэффици-
ента производительности [см. формулу (11-7)1, что ведет к понижению
темпа роста цикловой производительности. Поэтому повышение
производительности возможно лишь при учете взаимодействия
между указанными двумя факто-
----------------~~LL~-----~~ рами.
.х-------	Откладывая по оси абсцисс тех-
нологическую производительность,
а по оси ординат — цикловую
/	производительность автомата или
f	линии, получим графическое изоб-
j_L__________ ____________ ражение(рис. П-2) основного урав-
0	к нения производительности — урав-
Рис. П-2.	Зависимость	цикловой	нения (Н-7). В то время как
производительности	от	К и	/х	идеальная рабочая машина дает
прямое увеличение производитель-
ности, цикловая производительность автоматов и линий с постоян-
ными холостыми ходами имеет асимптотический характер.
Максимум производительности рабочей машины при /х = const
(в шт/мин)
Qmax= lim K/(Kt*+ 1) = 1//х.	(П-9)
К-0
Если уменьшается время холостого хода, приближаясь к нулю
(/х->0), то производительность (?ц стремится к технологической:
Qmax- lim /C/(/CZx.rh 1)=7<.	(П-10)
/х-0О
Если К -> оо и tK -> 0, предела повышения производительности
не имеем. Таким образом, если увеличивается только технологиче-
ская производительность при /х = const, то любой конкретный авто-
мат или линия имеет предел повышения производительности. Если
наряду с увеличением технологической производительности при со-
здании новых машин сокращается время на холостые (вспомогатель-
ные) ходы, то производительность машин предела не имеет.
§ 3. ФАКТИЧЕСКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
Если определить производительность автомата или линии за дли-
тельный промежуток времени путем деления количества выпущен-
ной продукции за какой-либо календарный отрезок времени на его
продолжительность, то она окажется ниже величины, подсчитанной
по формуле (П-7). Причиной этому является то, что любой автомат
или линия в пределах планового фонда времени (например, две
рабочие смены в день) работает не непрерывно, а имеет паузы в ра-
боте — простои, в течение которых готовая продукция не выдается.
44

Причинами простоев служат различные факторы как технического,
так и организационного характера, часть которых является регла-
ментированными (планово-предупредительная смена инструмента,
профилактика механизмов, прогрев машины, сдача и приемка
смены, уборка и очистка), остальные — случайными. К ним отно-
сятся прежде всего устранение отказов механизмов, устройств и
инструментов, перебои в снабжении заготовками, инструментами,
электроэнергией, несвоевременный приход и уход рабочих. Простоем
является и все время, потрачен-
ное на изготовление бракованной
продукции.
На рис. П-З показана типо-
вая диаграмма работы автомата,
где по оси абсцисс отложено
текущее время 0 начиная с мо-
мента пуска, а по оси ординат —
количество продукции г, выпу-
щенной за это время. В момент
пуска (0О = 0) количество выпу-
щенной продукции г — 0; авто-
мат предполагается работоспо-
собным.
Прямая наклонная линия по-
казывает, что при бесперебойной
работе количество выпущенной
продукции пропорционально
проработанному времени, что
справедливо при постоянстве
рабочего цикла: Т = const. В
некоторый момент времени про-
исходит неполадка, например
поломка инструмента, что вызы-
вает простой в течение времени
0!,на графике — горизонтальная
Рис. П-З. Типовая диаграмма .после-
довательности работы и простоев ма-
шины при ее эксплуатации
линия (время затрачивается, а количество выпущенных деталей не
прибавляется).
После устранения неполадки автомат снова включается, число
обработанных деталей начинает возрастать до тех,пор, пока не про-
исходит очередной останов длительностью 02.
В результате за период времени, принятый в качестве базы
наблюдения 0, фактический выпуск продукции на автоматической
линии составил гф штук. Диаграмма наглядно показывает, что
при эксплуатации автомата имеется чередование работы и простоев
как по техническим, так и по организационным причинам.
Чем чаще и длительнее простои, тем ниже производительность
автомата или линии. Рассмотрим период 0, в течение которого
линия выпускает гф штук продукции (рис. П-З). Тогда по общему
определению производительность линии равна количеству выпущен-
ной продукции, деленному на тот интервал времени, в течение кото-
45

рого она выпущена, т. е.
Q=^JQ-	(П-11)
Общее время наблюдения согласно рис. П-З складывается из
работы и простоев: 0 = 0р + 2©п- Количество выпущенной про-
дукции пропорционально суммарному времени работы:
гф = 0р/7.
Подставляя значения 0 и гф в формулу (П-11), получаем
1	©о
Т 0р + 2 0П =	0р + S 0П = ^цТ,ис*	(П-12)
Величину т]ис — отношение времени бесперебойной работы авто-
мата или линии за какой-то период к суммарному времени работы
и простоев за тот же период — называют коэффициентом исполь-
зования. Коэффициент использования характеризует качество ра-
боты автомата или автоматической линии, уровень эксплуатации,
надежность в работе, степень нагрузки и численно показывает долю
времени работы автомата или линии в общем фонде времени. Так,
например, значение т]ис = 0,8 означает, что автомат или линия в сред-
нем 80% времени работает, а 20% простаивает по различным при-
чинам, т. е. фактический выпуск составляет лишь 80% возможного,
а фактическая производительность — 80% цикловой.
Чем больше простаивает автомат или линия по техническим
и организационным причинам, тем ниже коэффициент использова-
ния и фактическая производительность.
Для того чтобы учесть влияние внецикловых простоев на про-
изводительность машин, необходимо суммарную, величину про-
стоев отнести к каким-либо единицам, характеризующим работу
машины: одной обработанной детали, единице времени бесперебой-
ной работы и т. д.
Разделив согласно формуле (II-12) числитель и знаменатель
на 20п, получим
^ис=1 + 2 6п/0р-	(11-13)
Так как время работы автомата или линии пропорционально
количеству изготовленных деталей: 0р = гТ, то
S 0п/0р=S QjzT = S ta/T = £В,	(I I -14)
V, s 0.1
где ? Ai = ——! — внецикловые потери, т. е. простои, приходя-
щиеся на единицу продукции; В — простои на единицу вре-
мени безотказной работы.
Например, если S/n = 0,2, то из времени, затрачиваемого
в среднем на обработку одной детали, 0,2 мин приходится на простои,
что является объективным параметром работоспособности.
Если за рабочий цикл Т выпускается больше одной детали,
то 0р = (z/p) Т, где г — число обработанных деталей за период
46

0р, р — число деталей, выдаваемых за один рабочий цикл, z/p
число отработанных рабочих циклов за период 0р.
Отсюда
S0n/6p = р20п/(гГ) = pS/n/7\	(П-15)
Подставляя значение 2/п в фомулу (11-13), получаем
т1ис= -J +	1 +	’	(П-16)
отсюда производительность автомата или линии
Фф = СцПис = у Г-i-s^/T = Т-Н^п = /р + /х+	17)
Таким образом, для того чтобы учесть влияние внецикловых
простоев автоматов и автоматических линий на их производитель-
ность, нужно разделить суммарное время простоев за определенный
промежуток времени на количество деталей, обработанных за тот же
промежуток времени, и полученную величину прибавить к факти-
ческой длительности рабочего цикла.
Следовательно, внецикловые потери, подобно холостым ходам,
оказывают существенное влияние на производительность, однако
природа их возникновения иная — холостые ходы строго регламен-
тированы и повторяются каждый цикл, а внецикловые потери
являются случайными величинами.
§ 4. ВИДЫ ВНЕЦИКЛОВЫХ ПОТЕРЬ
Если за произвольный период времени 0 выпущено г изделий,
а суммарные внецикловые простои составляют всего 20п, суммарные
внецикловые потери
’ (е1+0г+0з+...+0л),
где 01$ 02, ..., 0Л —длительность простоев различных видов (смена
и регулировка инструмента, устранение отказов механизмов,
отсутствие заготовок и т. д.).
Разделив все эти составляющие на z, получим
2^=®а+|2+Т,+...+7л=ч+ч+...+ч
где Ц = у — внецикловые потери t-го вида.
Таким образом, суммарные внецикловые потери машины скла-
дываются из внецикловых потерь различных видов, которые объек-
тивно характеризуют конструкцию автомата или линии, технологи-
ческий процесс, условия эксплуатации и т. д.
С точки зрения теории производительности любое время, в тече-
ние которого не происходят обработка, контроль, сборка и дру-
гие операции, считается потерянным, так как приводит к умень-
47

шению фактической производительности. Поэтому холостые ходы и
внецикловые потери (простои, приходящиеся на одно обработанное
изделие) в равной степени считаются потерями.
Для любых рабочих машин, в том числе автоматов и линий,
можно провести единую клссификацию видов потерь времени в про-
цессе эксплуатации, которая является одним из примеров общности
методов анализа машин различного технологического назначения
(см. гл. I).
Потери вида I — потери по холостым ходам: 4) подача
материала, транспортировка объекта обработки с позиции на пози-
цию; 2) фиксация, зажим и разжим заготовки; 3) подвод и отвод
рабочих органов; 4) переключение отдельных механизмов и т. д.,
т. е. все несовмещенные холостые ходы рабочего цикла, когда маши-
на работает, но обработки не происходит.
Холостые ходы являются цикловыми потерями времени, так как
происходят в процессе работы. Остальные виды потерь — внецикДо-
вые, так как вызываются простоями.
Потери вида II —по инструменту, когда машина нерабо-
тоспособна из-за неработоспособности ^инструмента: 1) смена,
установка и регулировка инструментов; 2) ожидание наладчика;
3) хождение за инструментом; 4) частичная заточка, правка инстру-
мента и др.
Потери вида III — по оборудованию, когда машина нера-
ботоспособна из-за неработоспособное!™ механизмов и устройств:
1) регулировка и ремонт механизмов машины; 2) ожидание ремонт-
ного мастера; 3) получение запасных частей; 4) ожидание изготов-
ления деталей и т. д.
Потери вида IV — по организационным причинам, когда
механизмы, устройства и инструменты, а следовательно, машина
в целом работоспособна, но не работает по внешним причинам:
1) периодическая заправка материала; 2) уборка отходов; 3) сдача
готовых деталей и получение заготовок; 4) переговоры по работе;
5) сдача смены; 6) отсутствие обрабатываемого материала; 7) отсут-
ствие рабочего и т. д.
Потери вида V — по браку, когда машина формально
работает и выдает продукцию, которая, однако, не соответствует
техническим требованиям и не является годной: 1) брак изделий
при наладке машины; 2) брак вследствие нарушения настройки;
3) брак материала, обнаруженный после первых операций, и др.
Потери вида VI — по переналадке, когда машина работо-
способна и может выдавать те изделия, на обработку которых должна
быть настроена: 1) переналадка механизмов в связи с переходом на
изготовление другого изделия; 2) замена технологической оснастки;
3) кинематическая настройка; 4) смена кулачков, программы, при-
способлений и инструментов и др.
Указанные виды потерь можно проследить для любых типов
рабочих машин. Так, для токарного многошпиндельного автомата
(см. рис. 1-20) к потерям вида I относятся поворот и фиксация шпин-
дельного блока, подвод и отвод суппортов (подача и зажим изделий
48

совмещены с обработкой и не являются потерями); к потерям вида
II — смена и регулировка резцов; к потерям вида III —'устранение
отказов механизмов и устройств, связанных с поломками, несрабаты-
ванием, разрегулированием и т. д.; к потерям вида IV — отсутствие
прутков, уборка стружки, несвоевременный приход и уход налад-
чиков и операторов; к потерям вида V — время, затраченное на
обработку бракованных деталей; к потерям вида VI переналадка
кулачков на РВ, замена инструмента, регулировка механизмов,
кинематическая настройка и т. д.
Для автомата развертки тарелочек (см. рис. 1-22) к потерям
вида I относятся поворот и фиксация шпиндельного блока, подвод
и отвод ножей, конуса развертки; к потерям вида II —замена и
регулировка горелок и ножей; к потерям вида III — устранение
отказов механизмов рабочих и холостых ходов, управления, привода;
к потерям вида IV — отсутствие стеклянных трубок («’дротов»),
несвоевременный приход и уход обслуживающих рабочих; к потерям
вида V — брак обработанных изделий, брак стеклянных трубок;
к потерям вида VI —переналадка автомата на обработку тарело-
чек других типоразмеров.
Внецикловы^ потери являются одним из важнейших параметров
в теории производительности и надежности автоматов и автомати-
ческих линий. Все внецикловые потери можно разделить на две кате-
гории.
Потери, вызванные причинами, прямо или
косвенно связанными с конструкцией и ре-
жимом работы автомата или линии, — собствен-
ные потери (потери по инструменту, ремонту и регулированию меха-
низмов и устройств, брак операций, выполняемых на линии и т. д.).
Потери, вызванные внешними организа
ци^онно-техническими причинами (отсутствие за-
готовок, несвоевременный приход и уход; брак предыдущих опера-
ций, обнаруженный при обработке, и т. д.).
Согласно определению, коэффициент использования любой рабо-
чей машины
•П ^в|> =_____еР
|ис 6 0p + S0c+20OT’
где 20с — собственные простои машины за. отрезок времени 0;
20ог — организационно-технические простои за тот же отрезок
времени.
Умножим числитель и знаменатель в этом выражении на величину
0р + 20с. Преобразуя, получим
_ Ор 0р + 20с _ вр 0Р + 20С
Т)ис—ер4-2вс h-sOot вР+2вс _0р+20с ©р+гве+гвот^11™113’
(П-18)
Величину т]тех = 0р/(0р + 20с) называют коэффициентом тех-
нического использования и определяют с учетом только собствен-
ных потерь; его значение показывает, какую долю времени работает
49

автомат при условии обеспечения всем необходимым. Так, величина
Лтех = 0,85 означает, что если автомат полностью обеспечен заго-
товками, инструментом, электроэнергией, обслуживающим персо-
налом, то в среднем он 85% времени работает, а 15% времени зани-
мают смена и регулировка инструментов, ремонт и регулирование
механизмов и т. д. Следовательно, коэффициент технического исполь-.
зования характеризует прежде всего дол говечность, надежность меха-
низмов и инструмента, стабильность технологического процесса и др.
Величина
т]3 = (0р + S0c)/(0p + 20с + 20от)	(П-19)
есть коэффициент загрузки и определяется с учетом как собствен-
ных, так и организационно-технических потерь. Его значение пока-
зывает, какую долю общего планового фонда времени автомат рабо-
тает, ремонтируется, налаживается и какую долю простаивает по
внешним причинам. Так, величина т|3 — 0,8 означает, что из общего
планового фонда времени лишь 80% занимают работа и простои
автомата для устранения возникающих при работе неполадок, а 20%
времени простаивает при полной исправности механизмов и инстру-
мента по организационно-техническим причинам. Иначе, возмож-
ности выпуска продукции при данных режимах работы используются
лишь на 80%, что определяется уровнем загрузки в данных условиях
работы.
Все критерии производительности — технологическая, цикло-
вая и фактическая — могут рассматриваться в трех формах: как
ожидаемая, действительная и требуемая.
Ожидаемая производительность — это предполагаемый уровень
производительности автоматической линии в стадии ее проектиро-
вания. Она прогнозируется с учетом запроектированной длитель-
ности рабочего цикла, ожидаемой надежности и т. д. Ожидаемую
производительность с учетом только собственных простоев часто
называют проектной мощностью линии или технической производи-
тельностью.
Требуемая производительность определяется исходя из заданной
производственной программы предприятия, сменности работы,
экономически целесообразного выпуска продукции и т. д.
Действительная производительность — это производительность
действующих автоматов и автоматических линий. Реальный уровень
технологической, цикловой и фактической производительности
характеризует степень реализации замысла проектировщиков линии
и может значительно отличаться от проектных значений, а также
быть переменным во времени эксплуатации.
§ 5. МЕТОДЫ АНАЛИЗА И РАСЧЕТА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АВТОМАТОВ
И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Исследования производительности автоматов и автоматических
линий в условиях эксплуатации обычно ставят две основные цели:
определить резервы повышения производительности в данных
конкретных условиях производства; дать исходные параметры для
50

проектирования новых автоматов и автоматических линий данного
типа путем обобщения опыта эксплуатации действующих конструк-
ций, сравнительного анализа работоспособности однотипных меха-
низмов и устройств.
Если анализируются' резервы повышения производительности
в данных конкретных условиях эксплуатации, необходимо учиты-
вать все виды потерь: собственные и организационно-технические,
т. е. анализировать величины Q, т]ис, т|3 и др.
Еслй анализируются и сравниваются возможные конструктив-
ные, структурные и другие варианты автоматов и линий, которые
отличаются длительностью рабочих и холостых ходов, интенсив-
ностью режимов обработки, надежностью в работе механизмов
и устройств, следует учитывать только цикловые и собственные
внецикловые потери, анализировать надежность и долговечность
машин (см. гл. II, § 4). Так как величины Q, S/n, т]ис, т]тех, Лз и другие
по своей природе являются случайными, то определение их достовер-
ных числовых значений можно сделать лишь путем длительных
наблюдений и замеров с соответствующей их математической обра-
боткой.
Исследованию работоспособности должно предшествовать тща-
тельное ознакомление с технологическими процессами обработки
(методы и маршруты, режимы, необходимая точность и другие тре-
бования к качеству обрабатываемых изделий и т. д.), конструкцией
всех машин и механизмов, организацией эксплуатации и т. д.
Следующим этапом исследований являются фактические наблю-
дения и замеры, прежде всего фотография работы оборудования и
хронометраж его простоев. Во время фотографии фиксируют все за-
траты фонда времени: производительные—работу и непроизводитель-
ные — простои технического и организационного характера,
продолжительность и методы устранения неполадок, а также коли-
чество изделий, выпущенных в каждую смену и продолжитель-
ность цикла. Наблюдение по возможности проводят непрерывно
в течение достаточно продолжительного периода времени (12—18 смен
и более). В протоколах наблюдений отражают время и причину
каждого простоя, методы устранения неполадок и т. д., т. е. они
содержат всю информацию, характеризующую работоспособность
автомата или линий в исследуемый период.
Хронометраж простоев какого-либо вида проводят обычно на
дальнейших стадиях исследования, когда определены эксплуатаци-
онные характеристики, выяснено, где находятся наибольшие ре-
зервы повышения производительности, и необходимо определить,
какую величину роста производительности обеспечит проведение тех
или иных мероприятий.
Однако в некоторых случаях уже в начале исследования опреде-
лены вопросы, на которые необходимо обратить внимание. К числу
таких вопросов для автоматов и автоматических линий механи-
ческой обработки относится, например, исследование стойкости
инструмента и надежности типовых механизмов. На этом же этапе
исследований могут выполняться и другие замеры, например, дли-
51

тельности отдельных элементов рабочего цикла, режимов обработки,
износа инструмента, стабильности перемещений механизмов, темпе-
ратуры масла в гидросистемах и т. д.
Фактические наблюдения за работой автоматов и автоматиче-
ских линий дают значительный объем информации, обработка кото-
рой позволяет делать выводы о работоспособности, уровне системы
эксплуатации, резервах повышения производительности и точности
и др. Обработка информации позволяет получить некоторые пара-
метры работы и в первую очередь баланс затрат плановогЪ фонда
времени работы, который дает первое представление о работоспо-
собности автомата или автоматической линии. Для получения балан-
са затрат фонда времени все простои группируют по функциональ-
ным признакам и данные из всех протоколов наблюдений сводят
в единую таблицу.
В качестве примера в табл. П-1 приведены данные о распреде-
лении планового фонда времени при эксплуатации типовой автома-
тической линии из агрегатных станков, состоящей из восьми пози-
ций, которая сблокирована посредством поворотного стола с пре-
дыдущей линией (рис. П-4).
'Таблица П-1
Элементы затрат планового фонда времени		К общему фонду времени, %
Простои по инструменту	Планово-предупредительная смена Текущая смена Регулировка Всего по инструменту	5,5 1,0 0,5 7,0
Простои по оборудованию	Механические устройства Гидравлические устройства Электрические устройства Всего по оборудованию	0,9 0,8 1,0 2,7
Простои по организацион- ным причинам	Простои предыдущей линии Отсутствие заготовок на участке Несвоевременный приход и уход рабочих Всего по организационным причинам	3,0 12,0 1,0 16,0
£ а й	Брак предыдущих операций Брак при обработке на линии Всего по браку	0,1 0,2 0,3
	Итого собственных простоев Итого организационно-технических простоев Общее время простоев Работа Время наблюдений	9,9 16,1 26,0 74,0 100
Большинство эксплуатационных характеристик действующих
автоматов и линий можно определить на основе двух документов:
52

фактической циклограммы и баланса затрат фонда времени. Рас-
смотрим расчет важнейших характеристик работоспособности.
1.	Коэффициент использования согласно формуле (II-13)
_ 1
^-i+sen/ep’
где 20п — суммарная величина простоев линии за время наблюде-
ний; 0р — общее время работы линии за время наблюдений.
Для упрощения вместо абсолютных значений времени работы
и простоев в формулу (П-13) и последующие можно подставлять
относительные значения (в процентах), взятые непосредственно из
таблицы затрат фонда времени. Так, для линии из агрегатных стан-
Рис. П-4. Автоматическая линия из агрегатных станков:
ИМ—26М — номера силовых головок
ков коэффициент использования (согласно данным из табл. П-1)
составляет
__________!	=	!-= 0 74
Чис 14-S0n/0p_______________14- 20,0/74,0	’	•
^Коэффициент использования можно определить непосредственно
и без формул как процент времени работы машины в балансе затрат
планового фонда времени (по табл. П-1, вр = 74%, г)ис = 0.74).
2.	Коэффициент технического использования с учетом только
собственных простоев согласно формуле (II-18)
_ 1
Птех -= ]	20с/0р •
Для линии из агрегатных станков величина собственных простоев
составляет (в относительных единицах, см. табл. П-1)
2ес = 7,0 + 2,7 + 0,2 = 9,9,
1Г,ТСХ = l-f-9,9/74,0 = °>88-
3.	Коэффициент загрузки равен отношению суммы работы и
простоев линии по техническим причинам к общему плановому фон-
ду времени и характеризует обеспеченность линии заготовками,
инструментом и т. д. Согласно формуле (П-18),
Чз = (0р + 2©с)/(®р +	+ 2©д) = Чис/Чзех.
63

где г|3 — коэффициент загрузки; 20д—дополнительные простои
по внешним, организационно-техническим причинам, прежде всего
отсутствие заготовок, несвоевременный приход и уход рабочих
и т. д.
Для линии из агрегатных станков (по табл. П-1)
т)3 = 0,74/0,88 = 0,84.
4.	Внецикловые потери определяют как простои, приходящиеся
на единицу изделий:
2/п = 20п/г.
Однако при обработке данных наблюдений за длительный период
времени подсчет как суммарной длительности простоев 20п, так
и количества обработанных изделий г представляет значительные
трудности. Учитывая, что г = 0р/Т, где 0Р — чистое время работы
машины за период наблюдения, а Т — длительность рабочего
цикла, получаем
2/п = 20п/г = (S0n/0p) Т	(11-20)
Величина простоев и работы берется, как и в предыдущих слу-
чаях, непосредственно из баланса затрат фонда времени. Так, общие
внецикловые простои линий согласно табл. П-1 составляют S0n —
= 26%.
Данные по величине Т берут из протоколов наблюдения или
специальных замеров.
Для линии из агрегатных станков по рис. П-4Т=71 с= 1,18 мин,
S/n = 26,0/74,0 • 1,18=0,41 мин/шт.
Аналогичным образом можно определить потери всех видов
с необходимой дифференциацией их вплоть до потерь по конкретным
механизмам и инструментам. Так, потери по инструменту
61 = 6п/Ор7’= (7,0/74,0) 1,18 = 0,11 мин/шт.
5.	Фактическая производительность
<?=(1/ЛпИс,
где Т — средняя величина цикла автоматической линии за период
наблюдения;
Q = 1/1,18 • 0,74 = 0,62 шт/мин.
Для определения резервов повышения производительности необ-
ходимо прежде всего построить баланс производительности, для
чего в одном масштабе откладывают производительность автомата или
автоматической линии с учетом различных видов потерь:
К = 1//р; <?ц=1/7'=1/(/р + /х), <? = (!/Г)г|ис,
54

где К — технологическая производительность, характеризующая
возможности технологического процесса, положенного в основу
автомата или автоматической линии; /р — время наиболее продол-
жительной операции в цикле обработки; — цикловая произво-
дительность, определяемая продолжительностью цикла обработки;
— холостые ходы рабочего цикла; Q — фактическая произво-
дительность автомата или автоматической линии с учетом всех
потерь.
Чтобы построить баланс производительности, необходимо знать
циклограмму работы автомата или автоматической линии, из которой
берут значения величины рабочего цикла Т, рабочих и холостых
ходов tp и /х, и баланс затрат фонда времени, показывающий относи-
тельную величину работы и простоев различных видов линии.
Рассмотрим построение баланса производительности автомати-
ческой линии из агрегатных станков, у которой баланс затрат
фонда времени приведен в табл. П-1, продолжительность рабочего
цикла линии Т = 1,18 мин. Время рабочего хода определяется
как время обработки на лимитирующей позиции tp = 39 с:
Л = 1//р = 60/39 = 1,53 шт/мин = 735 шт/смену.
Qu = 1/Т =1/1,18 = 0,84 шт/мин = 403 шт/смену.
Фактическая производительность линии равна цикловой произ-
водительности, умноженной на коэффициент использования,
Q— 1/7't]„c==Qut)hc = 0,84 -0’74 = 0,62 шт/мин = 298 шт/смену.
Разность между теоретической и фактической производитель-
ностью
2 AQ = <2ц — <2ф = 0,84 — 0,62 = 0,22 шт/мин = 105 шт/смену.
Эту суммарную величину необходимо разделить между простоями
четырех видов пропорционально их удельному весу, согласно ба-
лансу затрат фонда времени (см. рис. II-1), т. е. пропорционально
числам 7,0:2,7:16,0:0,3.
Отсюда
Л<2п==О,О6 шт/мин = 29 шт/смену;
AQm = 0,02 шт/мин =10 шт/смену;
AQiv = 0,14 шт/мин = 65 шт/смену;
AQv =0,002 шт/мин = 1 шт/смену.
Итого
2 AQ = AQii + AQiii + AQiv +AQv =0,22 шт/мин=105 шт/смену.
Откладывая все эти данные в одном масштабе, получаем баланс
производительности линии (рис. 11-5). Баланс показывает, что если
бы линия не имела холостых ходов и внецикловых простоев, а задан-
ный процесс обработки осуществлялся непрерывно, она обеспечила
бы выпуск 735 изделий в смену (производительность технологичес-
55

кого процесса, положенного в основу линии). Но так как процесс
обработки прерывистый, с холостыми ходами, то даже при беспере-
бойной работе линия смогла бы обеспечить выпуск только 403 изде-
лий в смену.
Таким образом, общий резерв повышения производительности
автоматической линии за счет сокращения холостых ходов составляет
332 изделия в смену, т. е. больше, чем линия выпускает (Q =
= 298 шт/смену). Аналогично, полное сокращение потерь по орга-
низационным причинам позволило бы получить дополнительно
65 изделий в смену.
Анализ баланса производительности наглядно показывает, по
каким причинам вместо технологической производительности К
получаем значительно меньший выпуск Q, где находятся максималь-
= 0,69
Рис. П-5. Баланс производительности
автоматической линии
ные резервы повышения про-
изводительности.
Практически в условиях
эксплуатации ни один из ви-
дов потерь сократить пол-
ностью не удается, поэтому
реальные резервы роста про-
изводительности зависят от
того, во сколько раз можно
сократить те или иные потери.
Исходная производительность
автоматической линии в на-
стоящее время определяется
по формуле (11-17):
Qo=l/(r + S/n).
В результате внедрения технико-экономических мероприятий
потери п-го вида сокращаются в [J раз, производительность
--------	<Н-21)
Г+ 2 'п + /П/₽
i= 1
i=n—1
где У, t„— сумма всех потерь, оставшихся неизменными; tn — по-
4 = 1
тери п-го вида; 0 — коэффициент сокращения потерь n-го вида.
Преобразуем формулу (11-21), прибавив и отняв в знаменателе tn:
о=_________!______=______________!__________=
i = n — l	i = n — 1
т+ 2	+ j Т+ 2 'п-Н-'п + j
1=1	Z=1
1 Q„
T+ V	1-Qoln (1 - I) (II’22)
56

Рост производительности
1
Ф<
Q.
Qo
(П-23)
Формула (П-23) позволяет определять рост производительности
автоматической линии в результате сокращения потерь га-го вида
в р раз. Для примера приведем определение роста производитель-
ности линии согласно табл. П-1 в результате сокращения простоев
по инструменту.
Потери по инструменту
61 = (©И11/0р)Т
Согласно табл. П-1, 0ИП = 7,0%, 0р = 74%, Т = 1,18 мин:
/п = (7,0/74,0) 1,18 = 0,11 мин/шт.
Анализ показывает, что изменение системы эксплуатации позво-
ляет сократить потери по инструменту в два раза ф = 2); исходная
производительность 0О = 0,62 шт/мин. Подставляя все значения
в формулу (П-23), получаем
ф = 1-0,62.0,11 (1-1/2)	1 »035 ’
Таким образом, производительность можно повысить на 3,5%.
Наилучшие результаты по повышению производительности
автоматов или автоматических линий получают только при условии
проведения комплексных мероприятий, т. е. одновременного сокра-
щения всех видов потерь и в первуюочередь из-за неритмичной подачи
заготовок. В противном случае сокращение собственных потерь
(по инструменту, ремонту и регулировке механизмов) приводит
лишь к возрастанию простоев из-за отсутствия заготовок без замет-
ного повышения фактической производительности.
Г лава III
НАДЕЖНОСТЬ АВТОМАТОВ
И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИИ
Все потенциальные возможности автоматов и автоматических
линий относительно повышения производительности машин и про-
изводительности труда человека можно реализовать лишь при ус-
ловии, что механизмы и устройства, выполняющие функции че-
ловека, будут иметь высокую надежность в работе.	w
Надежность есть свойство объектов выполнять заданные функ-
ции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатацион-
ных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным
режимам и условиям использования, технического обслуживания,
ремонтовг хранения и транспортирования.
57

Такими функциями для автоматов и автоматических линий яв-
ляется выполнение технологических процессов обработки, контроля,
сборки, которые обеспечивают получение продукции в требуемом
качестве и количестве. Поэтому надежность определяется способ-
ностью к бесперебойному выпуску годной продукции в соответствии
с производственной программой в течение всего срока службы.
Технологические процессы, конструкции механизмов и устройств,
компоновка автоматов и линий разрабатывают из условия их бес-
перебойной работы. Однако в реальных условиях эксплуатации
неизбежно возникновение неполадок в работе, простоев и потерь
производительности (см. гл. II, § 3). Чем чаще неполадки и длитель-
ность их устранения, тем выше разность между цикловой (теорети-
ческой) и фактической производительностью. Таким образом,
надежность автоматов и автоматических линий характеризует
прежде всего степень реализации возможностей производительности,
заложенных в технологических процессах и конструкциях машин.
Надежность автомата или автоматической лйнии определяется
надежностью составляющих элементов — механизмов, устройств,
инструментов. Автомат или автоматическая линия может иметь два
состояния:
1) работоспособное, когда она может выполнять заданные функ-
ции — выпускать годную продукцию;
2) неработоспособное, когда она из-за неисправностей меха-
низмов, устройств или инструмента не может выпускать годную
продукцию.
Нарушение работоспособности и переход автомата или линии из
работоспособного состояния в неработоспособное называют отка-
зом.
Отказы бывают двух типов:
1) отказы элементов -- когда не срабатывает какой-либо констру-
ктивный элемент (механизм, устройство, инструмент), не выпол-
няется рабочий цикл, продукция^ выдается;
2) отказы параметров — когда формально все механизмы и уст-
ройства срабатывают, рабочий цикл выполняется, но выданная
продукция оказывается бракованной.
Отказы элементов характеризуют надежность функционирования
(срабатывания), отказы параметров—технологическую (парамет-
рическую) надежность, которая зависит прежде всего от стабиль-
ности технологического процесса.
§ 1. ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ В РАБОТЕ
Современная наука о машинах, в первую очередь теория надеж-
ности машин, рассматривает отказы как свойство процессов функци-
онирования машин, неизбежное следствие нестабильности внешних
воздействий и рабочих параметров технологических процессов и
конструктивных элементов. Поэтому при расчете, конструировании
и эксплуатации автоматических линий основная задача заключается
в том, чтобы свести к допустимому минимуму количество отказов,
58

максимально сократить длительность их обнаружения и устра-
нения.
'Отказы механизмов и устройств возникают при неблагоприят-
ном воздействии разнообразнейших факторов, которые можно раз-
делить на две основные категории:
1. Обратимые, циклически действующие факторы, которые
проявляются в любом интервале срока службы машины, начиная с
момента ввода ее в эксплуатацию.
2. Необратимые, монотонно действующие факторы, которые
проявляются лишь постепенно и тем более, чем длительнее эксплу-
атация машин.-
К циклически действующим факторам относятся: а) нестабиль-
ность исходных материалов, их геометрических размеров и формы,
твердости, физико-химических свойств и т. д.; б) погрешность
изготовления и сборки отдельных конструктивных элементов, не-
стабильность скорости и величины рабочих перемещений испол-
нительных механизмов; в) колебания температуры и давления
рабочих жидкостей и газов, температуры окружающей среды;
г) неодинаковая величина жесткости узлов машин, усилий обработки,
сил трения, зажимных усилий; д) нестабильность положения обра-
батываемых изделий в процессе их транспортирования и обработки.
К монотонно действующим факторам относятся: а) износ меха-
низмов и сопряжений; б) потеря усталостной прочности деталей;
в) коррозия поверхностей; г) разрегулирование механизмов; д) за-
грязнение и засорение рабочей зоны; е) изменение геометрической
формы (коробление, деформирование и т. д.).
Нестабильность внешних условий и рабочих параметров авто-
матов и линий приводит к тому, что при каждом рабочем цикле
благоприятное сочетание этих факторов означает нормальное сра-
батывание и выдачу годной продукции, неблагоприятное — отказ
элемента или параметра. Монотонные процессы изнашивания,
разрегулирования, засорения ит. д. являются дестабилизирующими
факторами, которые ухудшают условия нормального срабатывания
механизмов и устройств, повышают вероятность их отказов в работе.
Рассмотрим причины отказов механизмов, и устройств на типо-
вых примерах.
На рис. Ш-1 показана конструктивная схема автооператора
к автомату для обработки изделий типа колец, который включает
следующие основные элементы: магазин для ориентированных
заготовок, отсекатель — механизм поштучной выдачи заготовок
из магазина; питатель с механизмом захвата, съемник, отводной
лоток.
Исходным является момент окончания обработки. Сначала пита-
тель делает ход вперед на полную длину, кулачки механизма за-
хвата сжимаются, после чего зажимной патрон шпинделя освобо-
ждает обработанную деталь; ход питателя следует назад; в середине
пути происходит разжим кулачков захвата и при дальнейшем ходе
рычажки съемника снимают из захвата кольцо, которое падает
в отводной лоток и выкатывается из зоны обработки.
59

После возвращения питателя в исходное положение срабатывает
отсекатель, выдавая очередную заготовку на дно магазина. Питатель
перемещается снова вперед, кулачки захвата входят внутрь мага-
зина и захватывают заготовку. Затем следует ход по направлению
к шпинделю, при этом рычажки съемника отклоняются, пропуская
кольцо. После того как зажимной патрон шпинделя зажимает
заготовку, происходит раскрытие кулачков захвата и отвод питателя
в исходное положение.
Рис. Ш-1. Конструктивная схема автооператора многопозицион-
ного автомата:
/ — магазин; 2 — отсекатель; 3 — кулачки; 4 — головка с механизмом
захвата; 5 — опоры питателя; 6 — скалка йитателя; 7 — пневмоцилиндр;
8 — цилиндрический кулачок на распределительном валу; 9 — рычажная
система; 10 — пружина; 11 — хомут; 12 — тяга; 13 — распределитель;
14 — рычажки съемника; 15 — зажимной патрон шпинделя; 16 — упор;
17 — золотник; 18 — упор; 19 — подвижная муфта; 20 — пневмоцилиндр;
21 — червячная передача
Приведенная конструкция автооператора и последовательность
его работы наглядно показывают, что замещение даже таких простей-
ших для человека функций, как ручная загрузка и съем изделий,
требует весьма сложных и «квалифицированных» механизмов
со сложным циклом работы. Так, выполнение процессов загрузки
и съема, которые производятся человеком двумя слитными движени-
ями, требуют 14 элементарных перемещений четырех механизмов,
весьма точно скоординированных между собой.
При этом автооператор не замещает такие функции человека,
как постоянное наблюдение и визуальный осмотр с отбраковкой
некондиционных заготовок, удаление стружки из рабочей зоны,
исправление мелких перекосов при установке изделий на оправке
и их съеме и т. д. Отсюда неизбежные отказы автооператора, интен-
сивность которых зависит, с одной стороны, от условий работы,
с другой — от совершенства конструкции.
60

Отказы автооператора заключаются в том, что при очередном
срабатывании один из элементов его цикла не выполняется, в ре-
зультате чего либо готовое изделие невозможно снять, либо очеред-
ную заготовку нельзя загрузить.
Рассмотрение конструкции автооператора, его работы и факто-
ров работоспособности показывает, что отказы обусловливаются
комплексным действием как обратимых, так и необратимых факто-
ров.
Основной причиной отказов являются наличие стружки и неста-
бильность размеров заготовок, несоосность осей зажимного патрона
и скалки питателя, из-за погрешностей сборки, хаотичность поло-
жения заготовок при их захвате головкой питателя и другие цикли-
ческие факторы, действие которых проявляется с начала эксплуата-
ции автомата, после его пуска, ремонта, подналадки.
Действие необратимых факторов большой и средней интенсив-
ности — разрегулирование хода питателя и положения дна мага-
зина, снижение жесткости, загрязнение рабочих поверхностей
и т. д. — также проявляется достаточно быстро и требует периоди-
ческой очистки и подналадки механизмов, что выполняется доста-
точно часто даже в новых станках или в станках, капитально отре-
монтированных.
Все перечисленные обратимые и необратимые факторы создают
сравнительно стабильную во времени интенсивность отказов авто-
операторов, которая часто бывает весьма высокой (через 50—70 ра-
бочих циклов).
Необратимые медленно действующие факторы — изнашивание
рабочих поверхностей, усталостная прочность и др. — являются
дестабилизирующими факторами уровня безотказности в работе,
приводят к увеличению разброса рабочих параметров, поломкам
и т. п. Так, износ поверхностей магазина и ухудшение качества
tfx поверхности (появление забоин, вмятин) увеличивают неста-
бильность положения заготовок и частоту их застревания в магазине.
Износ направляющих питателя увеличивает нестабильность вза-
имного положения осей шпинделя автомата и подаваемой заготовки
в момент загрузки, а следовательно, вероятность отказа при загрузке
заготовки в патрон или на оправку.
Аналогичным комплексом факторов обусловлено и появление
отказов параметров, которые, как правило, заключаются в том, что
размеры, качество поверхности или другие показатели изготовлен-
ных изделий выходят за пределы допуска. Так, при обработке
изделий на предварительно настроенных станках-автоматах размеры
партии обработанных изделий отличаются друг от друга прежде всего
вследствие колебания припусков на обработку, твердости загото-
вок, конечной величины жесткости, нестабильности перемещения
суппортов, биения шпинделей и т. д. Все эти обратимые, циклически
действующие факторы определяют мгновенное поле рассеивания
размеров обработанных изделий (рис. Ш-2). Быстро протекающие
во времени необратимые факторы и в первую очередь износ инстру-
мента приводят к смещению центра группирования размеров,
61

Размеры деталей.
время	t
Рис. Ш-2. Схема возникновения отказов параметра при работе машины

в результате чего размеры изделий рано или поздно начинают выхо-
дить из поля допуска — наступят отказы параметра, при этом
все механизмы (шпиндели, суппорты) срабатывают как обычно.
Появление отказов параметров, как и отказов элементов, при-
водит к останову машины, ее простоям для восстановления работо-
способности и потерям производительности машины.
Однако, если отказы механизмов и устройств, как правило,
являются окончательными (работоспособность восстанавливается
лишь в результате вмешательства человека), отказы параметров
часто являются самоустраняющимися (после получения бракован-
ной детали следующая может оказаться годной и без вмешатель-
ства человека).
$ 2. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
Явления работоспособности автоматов и автоматических линий
чрезвычайно сложны и многообразны, поэтому надежность нельзя
полностью охарактеризовать каким-либо единым показателем. Так
как нарушение.и восстановление работоспособности, возникновение
и устранение отказов являются случайными процессами, все
количественные показатели надежности имеют вероятностный ха-
рактер.
Согласно общему определению, надежность автоматов и автома-
тических линий, как восстанавливаемых технических систем,
обусловливается безотказностью, ремонтопригодностью, а также
долговечностью их элементов: механизмов, устройств, инструмен-
тов и др.
Все показатели надежности можно разделить на показатели
безотказности, ремонтопригодности, долговечности и комплексные
показатели, которые оценивают совокупность свойств, например
безотказность и ремонтопригодность.
Показатели безотказности. Безотказность — это свойство
системы или элемента сохранять работоспособность в течение неко-
торого времени без вынужденных перерывов в работе, т. е. без отка-
зов. Отсюда важнейшим показателем является вероятность Р того,
что система или элемент сохраняет свою работоспособность в тече-
ние регламентированного промежутка времени /. Например, веро-
ятность того, что автомат через 30 мин после включения останется
работоспособным, равна 0,8, обозначают Р (30) = 0,8. Нетрудно
видеть, что эта вероятность зависит от того, насколько велико
время t. Так, Р (30) > Р (40), потому что машина, проработавшая
30 мин безотказно, может отказать в промежутке 30—40 мин.
Функциональную зависимость вероятности безотказной работы Р
от длительности времени t называют функцией надежности. Много-
численные эксплуатационные исследования различных автоматов
и линий показывают, что статистическая функция.надежности носит
монотонно убывающий характер (рис. III-3). Результаты статисти-
ческих исследований аппроксимируются обычно с помощью теорети-
ческих кривых.
63

Для функций надежности наиболее типовая аппроксимирующая
зависимость имеет вид
t
— J w (/) dt
P(t)—e 0	(Ш-1)
где о) (/) — параметр потока отказов, представляющий собой веро-
ятность возникновения отказа в единицу времени.
Рис. Ш-3. Типовые диаграммы статистической и вероят-
ностной функций надежности
Величина, обратная параметру потока отказов,есть среднее время
безотказной работы
/пср= 1/<о (/).	(И 1-2)
Величины со (/) и гиср, как и Р (t), являются показателями без-
отказности и связаны между собой весьма простыми соотношениями
(Ш-1) и (Ш-2).
Параметр времени t в формулах (Ш-1) (Ш-2) является обобщен-
ным и его можно выразить как в единицах календарного времени
(минутах, часах), так и в<количестве срабатываний (рабочих циклов).
В последнем случае параметр потока отказов <оц характеризует
среднюю вероятность отказа при каждом очередном срабатывании,
а среднее время безотказной работы /пср — среднее количество
циклов между отказами.
Приведем некоторые свойства функции надежности: Р (0) =
= 1,0 — в момент пуска автомат или линия является исправным;
р (оо) = 0 — абсолютно безотказных автоматов или линий нет,
л^юбая машина рано или поздно имеет отказы в работе.
Этим условиям функция (Ш-1) удовлетворяет при любых зна-
чениях со.
Для автоматов и автоматических линий оценка безотказности
по календарному времени работы недостаточна, так как при этом
не учитывают интенсивность работы машин — количество рабочих
64

циклов и выпускаемой продукции в единицу времени. Например,
если один автооператор имеет среднее время безотказной работы
тср = 45 мин, а второй тср = 30 мин, то, казалось бы, безотказ-
ность первого выше. Однако если первый установлен на автомате
с длительностью рабочего цикла Т = 1,5 мин, а второй Т = 0,5 мин,
то, очевидно, безотказность второго выше (среднее количество
рабочих циклов между двумя отказами составляет 25/0,5 = 50,
в то время как у первого только 45/1,5 = 30).
Показатели безотказности машин не являются стабильными во
времени. Так, в период пуска и освоения интенсивность отказов
со (/) высока из-за неосвоенности технологии, наличия конструктив-
ных дефектов, недостаточной квалификации обслуживающего пер-
сонала (рис. Ш-4). Постепен-
но интенсивность отказов сни-
жается, наступает период ста-
бильной эксплуатации, когда
показатели надежности отно-
сительно стабильны.
Дестабилизирующими фак-
торами этого равновесия яв-
ляются, с одной стороны, по-
вышение квалификации об-
служивающего персонала,
с другой — процессы изнаши-
вания и потери усталостной
прочности. Затем наступает
период прогрессирующего из-
носа, когда интенсивность
Рис. Ш-4. Изменение интенсивности отка-
зов машины в процессе ее эксплуатации:
I — период пуска и освоения; // — период
стабильной эксплуатации; III — период ин-
тенсивного износа; — суммарная длитель-
ность межремонтного периода; тППр — дли-
тельность планово-предупредительного ре-
монта
отказов возрастает настоль-
KOj что машина выводится в планово-предупредительный ремонт.
* Показатели ремонтопригодности. Ремонтопригодность — это
свойство систем и элементов, заключающееся в их приспособленности
к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путем тех-
нического обслуживания и ремонтов. Так как автоматические линии
могут находиться в двояком состоянии: эксплуатации (с чередова-
нием периодов безотказной работы и простоев) и планово-предупре-
дительного ремонта (только регламентируемые простои), то их
ремонтопригодность оценивают двумя группами показателей.
Ремонтопригодность автоматов и автоматических линий в про-
цессе их эксплуатации оценивают длительностью единичных прос-
тоев для обнаружения, устранения и предупреждения отказов.
Простои для обнаружения и устранения отказов носят случайный
нерегламентированный характер как по длительности, так и по вре-
мени возникновения; их можно оценить средним временем единич-
ного простоя 0ср для обнаружения и устранения отказов.
Для предупреждения отказов в автоматах и автоматических
линиях широко используют предварительный прогрев и запуски на
холостом ходу; профилактические осмотры механизмов и инстру-
мента, их подналадку; уборку и очистку от стружки и загрязнений;
3 Волчкевич и др., ч. I
66

планово-предупредительную смену инструмента и т. д. Эти простои,
как правило, регламентированы по срокам (обычно в начале и
в конце смены), но являются случайными по продолжительности.
В этом случае ремонтопригодность можно определить средней дли-
тельностью подготовительно-заключительного времени за рабочую
смену.
Во многих случаях ремонтопригодность линии удобно оценивать
в процессе ее эксплуатации одним показателем — средним време-
нем единичного простоя для предупреждения, обнаружения и устра-
нения отказов, суммируя воедино как случайные простои, так и
регламентированные.
Ремонтопригодность во время планово-предупредительных ре-
монтов (ППР) можно оценить их средней длительностью с диффе-
ренциацией по видам ремонта: текущий, средний, капитальный.
Известны и другие показатели оценки ремонтопригодности.
Следует заметить, что понятие «ремонт», применяемое в терми-
нологии по теории надежности, несколько отличается от принятого
в машиностроении и подразумевает любые действия, направленные
на восстановление работоспособности систем и их элементов (в том
числе замену и регулировку инструмента, подналадку, очистку
и т. д.).
Показатели долговечности. Долговечность — это свойство
"систем и элементов сохранять работоспособность до предельного
состояния с необходимыми перерывами для технического обслужи-
вания и ремонта. Предельное состояние элементов (механизмов,
устройств, инструмента) определяется обычно невозможностью даль-
нейшего их использования по причине потери технических качеств
(точности обработки, режущих свойств, стабильности перемещений,
жесткости и др.).
Важнейшим критерием оценки долговечности является величина
7? — технический ресурс, равный суммарной наработке за весь
срок службы — от ввода в эксплуатацию до ее прекращения по
достижении предельного состояния. Ресурс может быть выражен
как в чистом проработанном времени, так и в суммарном количестве
отработанных рабочих циклов (выпущенных изделий).
Комплексные показатели надежности. Выше показано, что для
автоматов и автоматических линий надежность важна как мера
реализации возможностей выпуска качественной продукции, зало-
женных в технологии и конструкции; поэтому для оценки работы
равнозначно, имеет ли линия из-за отказов механизмов и устройств
за смену 5 простоев по 10 мин или 10 простоев по 5 мин. В обоих
случаях потери производительности и уровень эксплуатационной
надежности одинаковы, поэтому показатели безотказности и ремон-
топригодности в процессе эксплуатации являются равноправными,
характеризуя различные аспекты надежности.
Однако сравнение только показателей безотказности или только
показателей ремонтопригодности еще не позволяет сделать вывод,
какие из сравниваемых механизмов или систем более надежны
в работе. Например, имеется два варианта конструкции автоопера-
66

тора к станкам сходного технологического назначения, У одного
среднее время безотказной работы тСР1 = 30 мин, среднее время
восстановления работоспособности Оср, = 3 мин, длительность
рабочего цикла автомата Т = 0,5 мин. У второго соответственно
тСр2 = 40 мин, 0ср, = 5 мин, Т = 1 мин. Очевидно, сами по себе
эти данные не могут дать ответа на вопрос, какая конструкция
более надежна, потому что у первого автооператора интенсивность
отказов выше, но длительность обнаружения и устранения отказов
меньше; кроме того, имеет значение частота их срабатывания.
Очевидно, необходимы такие обобщенные показатели надеж-
ности, которые учитывают все эти факторы вместе и дают однознач-
ный ответ. Одним из важнейших параметров теории производитель-
ности (см. гл. II) являются собственные внецикловые потери —
собственные простои, приходящиеся на одно обработанное изделие.
Если за произвольный промежуток времени 0 суммарная длитель-
ность простоев для предупреждения, обнаружения и устранения
отказов составляет S0C, а суммарное чистое время работы ©р, то
собственные потери на единицу продукции согласно формуле (11-20)
2/с=(20с/0р) Г,
где Т — длительность рабочего цикла линии, в течение которого,
как правило, выдается одно изделие.
При этом 0 = 0р + 20с, т. е. учитываются только собственные
простои по техническим причинам *.
Предположим, что за время 0 имеется s отказов, а следовательно,
s простоев и столько же интервалов безотказной работы. Средняя
длительность единичного простоя между двумя отказами 0ср,
среднее время безотказной работы /пср. Тогда
20с = 50сР, 0p = S/?7cp,
S/n = (S0c/0p)T = (0cp/mcp)T
Таким образом, важнейший параметр теории производитель-
ности — собственные внецикловые потери — является и комплекс-
ным показателем надежности, который характеризует и безотказ-
ность тср, и ремонтопригодность 0ср, и интенсивность срабаты-
вания Т
Выразим через показатели безотказности и ремонтопригодности
и другой параметр теории производительности — коэффициент
технического использования [см. формулу (II-18)]:
' тех е вр+26с 1-Ь20с/вр*
С учетом формулы (Ш-З)
Лгех=1/[1 + (0ср/тср)].	(Ш-4)
* Как и в дальнейшем, при сравнительном анализе надежности организа-
ционные потери (например-, отсутствие заготовок) не учитываются; они учитыва-
ются лишь при расчете резервов повышения производительности (см. гл. II).
3*	67
(Ш-З)

Здесь показатели безотказности тср и ремонтопригодности 0ср
учитывают не только обнаружение и устранение случайных отказов,
но и их предупреждение (время технического обслуживания,
подготовительно-заключительное время).
Как и показатели производительности, показатели надежности
автоматов и автоматических линий в зависимости от поставленной
задачи имеют три вида: а) показатели фактической эксплуатацион-
ной надежности действующего оборудования; б) показатели ожида-
емой надежности проектируемого оборудования; в) Показатели
требуемой надежности — допустимые показатели надежности, опре-
деляемые из условия выполнения автоматом или автоматической
линией заданного функционального назначения.
Соответственно с этим имеются методы расчета показателей
эксплуатационной надежности, методы определения ожидаемой
надежности, методы расчета требований к надежности. Для каждой
из форм можно определить показатели со, /пср, (Эср, S/nr т]тех и др.
Их Сравнение между собой позволяет анализировать надежность
машин, определять, как достоверны проектные расчеты и насколько
достигнутый уровень фактической надежности соответствует объек-
тивным требованиям.
§ 3. ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ
В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Как показали многократные исследования, показатели работо-
способности автоматов и автоматических линий не являются ста-
бильными, что обусловлено различными качественными состояниями
систем и их элементов во времени: пуск и освоение, стабильная
эксплуатация, интенсивный износ (см. рис. Ш-4). Это приводит
к тому, что на различных этапах эксплуатации машин их техниче-
ская производительность (производительность при отсутствии орга-
низационно-технических потерь) также изменяется.
С другой стороны, фактическая производительность с учетом
как собственных, так и организационно-технических потерь также
изменяется во времени, однако это изменение зависит, как правило,
от степени загрузки оборудования, величины производственной
программы, которая не остается неизменной и имеет необратимый
возрастающий характер.	,
Характер изменения эксплуатационных показателей автоматов
и автоматических линий в процессе их эксплуатации в общем
виде представлен на диаграмме (рис. Ш-5), где показано изменение
отношения действительной производительности автоматической ли-
нии к теоретической за время ее эксплуатации, начиная с момента
пуска (W = 0). Так как отношение фактической производительно-
сти Q к цикловой есть коэффициент использования т]ис, учиты-
вающий и технические, и организационно-технические простои, то
кривая 1 есть кривая коэффициента 1%с =	(N). Соответственно
кривая 2 — отношение технической производительности (при отсут-
ствии организационных простоев) к цикловой — есть коэффициент
68

технического использования во времени г|те][ = /а (N). Заштрихо-
ванные области означают потери производительности по техниче-
ским и организационным причинам.
Величина т]ис (кривая /) определяется в каждый момент времени
прежде всего загрузкой линии, величина т]тех — уровнем эксплуа-
тационной надежности. В период пуска и освоения линии техни-
ческие и организационные потери велики, затем они снижаются,
при этом эксплуатационная надежность стабилизируется на неко-
тором уровне (кривая 2), в то время как фактическая производи-
тельность увеличивается вследствие роста производственной прог-
раммы, улучшения организации обслуживания и т. д.

Рис. Ш-5. Диаграмма изменения эксплуатационных
показателей в процессе эксплуатации машины
Постепенно уровень надежности системы начинает снижаться
из-за прогрессирующего износа механизмов. Когда возникает
опасность, что линия уже не в состоянии обеспечить произ-
водственную программу по количеству и качеству обработки,
она выводится в планово-предупредительный ремонт длитель-
ностью т1в
Объективность закономерности, отраженной в общем виде на
рис. Ш-5, подтверждается диаграммой (рис. Ш-6), на которой
приведены значения коэффициентов технического использования
некоторых автоматических линий по итогам многократных иссле-
дований. Как видно, после пуска и освоения коэффициент техни-
ческого использования стабилизируется на уровне, который объек-
тивно отражает качество конструкции и системы эксплуатации и
резко отличается для различных линий. Любые исследования про-
изводительности и эксплуатационной надежности длительностью
АА^ (см. рис. Ш-5) неизмеримо короче даже первого периода ста-
бильной эксплуатации А\ (ДУ A\). Поэтому все полученные
числовые значения показателей надежности со, Р (/), 0ср, Лтех» Лг»
69

2/п имеют «мгновенный» характер, т. е. характеризуют экс-
плуатационную надежность только в определенный отрезок
времени.
Даже в том случае, если исследования проводят в такие пере-
ходные периоды, как пуск и освоение или предремонтный период,
за две-три недели не успевают заметно измениться ни степень
изношенности машины, ни уровень квалификации обслуживающего
персонала и т. д. Поэтому показатели надежности, рассчитанные
по результатам кратковременных исследований, принймают как
Рис. Ш-6. Коэффициенты техни-
ческого использования автомати-
ческих линий по результатам много-
кратных исследований:
1 — линия«Блок-2» (ЗИЛ); 2 — автома-
ты КА-76 (ГПЗ-1); 3 — линия картера
сцепления (ЗИЛ)
условно-постоянные величины: со =
= const, mcp = const, 0ср = const
и т. д.
Поэтому функция надежности
P(/) = e-“^e’//m‘p. (Ш-5)
Кривая типа е~* оказывается
экспонентой, поэтому принимается,
что функция надежности носит
экспоненциальный характер. Такое
допущение справедливо тем более,
чем менее интенсивны процессы
изменения показателей надежности
во времени. Оно позволяет значи-
тельно. упростить все расчеты, свя-
занные с определением числовых
значений показателей надежности,
их достоверности, длительности
наблюдений и т. д.
Если исследования проводят в
период стабильной эксплуатации,
когда показатели работоспособно-
сти стабилизированы, полученные
их фактические значения являют-
эксплуатационной
ся объективной оценкой
надежности автоматической линии.
Если длительность эксплуатационных исследований настолько
велика, что условия эксплуатации могут существенно измениться
за это время, математические выражения, описывающие функцию
надежности, значительно усложняются.
Как изложено выше, основными причинами возникновения
отказов являются нестабильность числовых величин внешних и
внутренних параметров работы механизмов и устройств, их веро-
ятностный характер со случайным сочетанием при каждом сраба-
тывании механизма. Многие эти параметры, в первую очередь
стабильность перемещений и точность фиксированных положений,
жесткость, вибро устойчивость и т. д., не остаются постоянными
lui времени вследствие износа деталей и сопряжений. Так как
услпмин работы механизмов различны, то и действие всех факторов

проявляется в каждом конкретном случае по-разному, а именно:
у одних конструктивных элементов надежность в процессе эксплуа-
тации повышается (фактор освоения, отладки
фактором износа), у других — на-
оборот.
Это можно наглядно иллюстри-
ровать диаграммой (рис. Ш-7),
где приведены количественные дан-
ные по изменению во времени по-
казателей надежности важнейших
механизмов автоматической линии
картера сцепления по результатам
трехкратных исследований в тече-
ние шести лет. Как видно, у одних
устройств уровень надежности
с увеличением времени значительно
ухудшается, внецикловые потери
вырастают: силовые головки, ме-
ханизмы зажима и фиксации, где
особенно сказываются последствия
износа (нарушение геометрической
точности, увеличение утечек воз-
духа и масла из цилиндров за-
жима и фиксации и др.). У других
уровень надежности существенно
повышается — пресс, поворотное
превалирует над
Рис. Ш-7. Внецикловые потери
автоматической линии картера сцеп-
ления различных лет:
1 — кантователь; 2 — поворотный стол;
3 — пресс; 4 — зажимная станция и
устройство и др., что является
типичным для сложных механиз-
поперечный транспортер; 5 — механизм
зажима и фиксации; 6 — продольный
транспортер; 7 — силовые головки
мов холостых ходов, мало влияю-
щих на точность, но освоение которых занимает значительное время.
Изменение показателей надежности одного из механизмов —
поворотного стола — характеризуется данными, приведенными
в табл. Ш-1.
Таблица Ш-1
Показатели надежности	Годы эксплуатации		
	N = 2	N = 5	N = 8
Среднее время безотказной работы тср Среднее время устранения отказов 0ср Собственные внецикловые потери .	109 1,8 16 •10-з	102 1,4 7,3 • 10-3	420 1,1 2,6 • IO"3
Если на втором году эксплуатации средняя наработка на отказ
составляет лишь 109 циклов, то через шесть лет она повышается до
420 циклов, т. е. безотказность повышается почти в четыре раза
благодаря устранению ряда конструктивных дефектов, а главным
образом благодаря более глубокому знанию конструкции и всех
тонкостей ее эксплуатации. Характерно, что показатели длитель-
ности восстановления работоспособности также повышаются, хотя
71

и в меньшей степени, прежде всего вследствие уменьшения коли-
чества длительных простоев, т. е. резко сокращается время обнару-
жения и определения характера отказов.
Таким образом, характер изменения надежности во времени
может быть различным в зависимости от количества и характера
работы механизмов: у одних — надежность увеличивается, у дру-
гих — снижается, итоговый результат может быть любым. Про-
веденные исследования показывают, то для сроков эксплуатации
линий до 6—10 лет общей тенденцией является повышейие надеж-
ности, а не ее снижение.
§ 4. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТОВ
И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Анализ фактической надежности автоматов и автоматических
линий производится, как правило, в условиях эксплуатации на
предприятиях путем наблюдений за работой автоматических линий
с последующей математической обработкой и анализом полученных
данных.
Расчет показателей эксплуатационной надежности имеет конк-
ретное научное или практическое назначение. Таким назначением
может быть, например, повышение производительности и сокраще-
ние количества рабочих при обслуживании автоматов и автомати-
ческих линий путем повышения долговечности и надежности работы
механизмов, устройств и инструмента. В этом случае обязательным
условием является предварительный анализ производительности и
в первую очередь построение баланса производительности, который
предопределяет целесообразность любых технико-организационных
мероприятий.
Большое значение имеет расчет показателей эксплуатационной
надежности действующих автоматов и автоматических линий для
проектирования нового оборудования. На результатах такого
расчета основываются все опытно-статистические методы прогнози-
рования надежности проектируемых автоматов и линий. Сравнение
характеристик надежности механизмов одинакового целевого назна-
чения дает возможность выбирать наиболее удачные конструктивные
решения и принципиальные схемы, особенно для типовых механиз-
мов рабочих и холостых ходов (силовых головок, транспортеров,
механизмов зажима и фиксации, устройств управления, контроля,
блокировки и т. д.).
Если сравнить фактический уровень надежности с перспектив-
ными требованиями, можно определить пригодность и перспектив-
ность тех или иных решений, а по сравнению фактических харак-
теристик с ожидаемыми можно оценивать надежность применяемых
методов прогнозирования надежности. Эксплуатационные исследо-
вания надежности позволяют получить достоверные числовые
значения показателей надежности, исходя из которых решаются
такие задачи, как выбор числа позиций, структуры компоновки
72

проектируемых линий, необходимого количества обслуживающих
рабочих (наладчиков), системы эксплуатации инструмента и т. д.
Расчет показателей для отдельных механизмов, устройств и
инструмента состоит в том, что рассчитывают характеристики
безотказности со, Р (/) и ремонтопригодности 0ср, а также величины
собственных внецикловых потерь S/n и SB. Для системы в целом
рассчитывают и обобщенные характеристики т]тех и т)г, которые
имеют физический смысл только по отношению к станкам, участкам,
линиям и т. д., так как отдельные механизмы сами по себе годной
продукции не выпускают.
Расчет характеристик надежности заключается в проведении
фактических наблюдений и замеров, обработке данных статисти-
ческими методами, их аппроксимации с помощью теоретических
распределений, определении среднестатистических величин и т. д.,
при этом анализ надеж-
ности срабатывания и
технологической надеж-
ности имеет ряд специ-
фических особенностей.
Рассмотрим основные
этапы расчета на при-
мере исследования экс-
плуатационных показа-
телей автомата навивки
спирали осветительных
ламп, принципиальная
Рис. Ш-8. Принципиальная схема автомата
навивки спирали:
1 — катушка с проволокой-керном; 2 — рабочий
шпиндель; 3 — навивочная головка; 4 — тянущее
устройство для керна со спиралью; 5 — приемная
катушка
схема которого приве-
дена на рис. Ш-8. Боби-
на с проволокой(керном)
^закреплена свободно на
оси кронштейна и имеет притормаживающее устройство. Протя-
гивание керна производится специальной системой вращающихся
валков.
Спирализационная головка, на которой закреплена катушка
с вольфрамовой нитью, получает вращение от электродвигателя
через ременную и зубчатую передачи. При непрерывном протягива-
нии керна и вращении спирализационной головки происходит навив-
ка нити на керн с постоянным шагом; непрерывная спираль наматы-
вается на приемную бобину. В дальнейшем производятся вытрав-
ливание керна, разрезка спирали на отрезки заданной длины,
отгибка их концов.
Первым этапом исследований является проведение
фактических наблюдений — фотография работы машины и хроно-
метраж ее простоев. Наиболее целесообразно (см. гл. II) проводить
комплексные исследования и производительности машины, и ее
надежности в работе, фиксируя все элементы затрат планового фонда
времени — работу и простои. Особое внимание при этом уделяется
учету возникающих отказов. Так, в автоматах навивки спирали
основным видом отказов является обрыв вольфрамовой нити. Кроме
73

того, случаются обрывы керна, обрывы и ослабление приводных
ремней, нарушение шага спирали из-за проскальзывания ремня и
других причин, разрегулировка тормозного и подающего устройств
и т. д.
Все эти причины отказов, способы их устранения, длительность
периодов безотказной работы и простоев точно фиксируют. Для повы-
шения достоверности применяют самопишущие приборы, которые
подключаются к автомату и регистрируют периоды их работы и
простоев. Причины отказов и способы восстановления заносят
в протоколы. Наблюдения должны быть по возможности непрерыв-
ными и достаточно продолжительными, чтобы обеспечить необхо-
димый объем информации.
Второй этап — первичная обработка данных наблюдений,
расчет цепочки интервалов безотказной работы машины или ее
механизмов.
Периоды бесперебойной работы рассчитывают следующим об-
разом. Как указывалось выше, в протоколы хронометража заносят
начало каждого простоя и его продолжительность. При подсчетах
в протоколе отыскивают время начала отказов; путем вычитания
определяют абсолютное время между началом данного и следующего
отказа автомата. Затем от этого промежутка времени отнимают
суммарное время всех простоев станка или линии за данный период
(в том числе и время одного простоя по вине данного механизма)
и получают суммарное время работы машины между двумя отказами
данного типа.
Для автомата навивки спирали цепочка замеренных периодов
безотказной работы представляется следующим образом: 112—11—
-173-9—37—4—6—329—24—114—60 и т. д.
Как видно, после первого зафиксированного отказа (продол-
жительность работы до его появлений неизвестна) и его устранения
автомат работал бесперебойно 112 мин, после чего произошел второй
отказ. По устранении этой неполадки автомат снова включился,
но работал только 11 мин чистого времени до очередного отказа,
и т. д. Всего зафиксировано 32 отказа и, следовательно, 31 период
безотказной работы в диапазоне от 4 до 329 мин.
Третий этап — группирование результатов по интервалам
и построение диаграммы распределения длительности безотказной
работы (табл. Ш-2). В соответствии с правилами математической
статистики выбираем базу, несколько превышающую наибольшее
зафиксированное значение исследуемой случайной величины, и
делим ее на интервалы (рекомендуется 12—20 интервалов). В данном
случае выбираем базу /тах = 330 мин, количество интервалов
п — 15. Тогда напряженность одного интервала
Ы = /tnax/Я = 330/15 = 22 мин.
Все конкретные реализации случайной величины — периодов
безотказной работы — разносим по соответствующим интервалам.
Так, первое зафиксированное значение т1= 112 мин попадает
74

Таблица Ш-2
Номера интервалов		2		3		4	5	6	7	8
Границы интервалов	0—22	22—44		41—66		66—88	88—110	110—132	132—154	151-176
Середины интервалов ‘i	‘	•	11	33		55		77	99	121	143	165
Количество случаев Д?Л, попавших в данный интервал	8	5		3		4	1	3	1	1
Номера интервалов .	9		10		11		12	13	11	15
Границы интервалов	176-198		198—220		220—242		242—264	264—286	286—308	308—330
Середины интервалов ч	177		209		231		253	275	297	319
Количество случаев попавших в данный интервал	—		—		1		1	2	—	1
д /V/
8
6
4
2
Рис. II1-9. Диаграмма -распределения длитель-
ности безотказной работы автомата навивки
спирали
иц 88 132 176 220 264 308 6
слу-
22—
Ш-2
рас-
в шестой интервал (ПО—137 мин), второе т2 = 11 мин — в первый
интервал, и т. д.
Так как интервальная база больше максимального зафиксиро-
ванного значения, каждый случай попадает в соответствующий
интервал. Итого в ре-
зультате наблюдения от-
мечено восемь слу-
чаев, когда длитель-
ность безотказной рабо-
ты находится в пределах
0—22 мин, пять
чаев — в пределах
44 мин, и т. д.
Согласно табл,
строим диаграмму
пределения случайной
величины — длительно-
сти безотказной работы
автомата (рис. Ш-9).
При дальнейших рас-
четах (определении сред-
ней длительности безот-
казной работы, функции
надежности и т. д.), согласно положениям математической ста-
тистики, реальные данные исследуемой случайной величины
усредняются. Так, считаем, что при замерах зафиксировано восемь
случаев безотказной работы по 11 мин, пять случаев по 33 мин
О
75

и т. д. Соответственно среднее время безотказной работы опреде-
ляем по формуле
IN,	(Ш-5а)
\ 1	/ I
где п — число интервалов; ДЛ^- — число случаев, попавших в Лй
интервал; ti — середина r-го интервала; N — общее число случаев
п
(N = 5 &Ni).
1
Для времени безотказной работы согласно табл. Ш-2 и диаграмме
(рис. Ш-9) имеем:	= 8, ДУ2 = 5, Д/У3 = 3 и т. д.; /> = 11 мин,
/2 = 33 мин, t3 — 55 мин, п = 15; N = 31. Подставляя все данные
в формулу (Ш-5а), получаем
тСр=(8-11+5-33+3-55+...4-Ь319)/31=88 мин.
Третий этап — построение функции надежности. Ста-
тистическую функцию надежности строим для значений времени,
соответствующих выбранным границам интервалов (/ = 0,22, 44,
66, 88 и т. д.).
Вероятность того, что автомат после устранения отказа включа-
ется в исправном состоянии, принимаем равной единице (мини-
мальное зафиксированное время безотказной работы 3 мин).
Итак, Р* = 1,0.
Среди общего количества зафиксированных периодов безотказ-
ной работы (V = 31) в 8 случаях автомат работает после включения
менее 22 мин, в остальных 23 случаях — более.
Следовательно, статистическая вероятность того, что автомат
после включения проработает более 22 мин, равна
Р* (22) = (31 — 8)/31 =23/31 = 0,74.
Статистическая вероятность того, что автомат проработает
безотказно более 44 мин, равна
р* (44) = [31 - (8 + 5)]/31 = 18/31 = 0,58.
Соответственно
Р* (66) = [31 - (8 4- 5 + 3)]/31 = 15/31 =0,49.
В общем виде статистическая вероятность того, что автомат
отработает безотказно более мин, составляет
/	1	\ /
Р* (/,-) = [N-^bNi \ N.	(Ш-6)
\	1	II
Все полученные значения статистических вероятностей откла-
дываем на диаграмме (рис. Ш-10). Соединяя между собой ломаной
линией середины столбцов, получаем статистическую функцию
надежности автомата навивки спирали.
76

Вероятностную функцию надежности строим йо формуле (Ш-5):
Р(/) = е-//'пср.
Для данного автомата /пср = 88 мин, поэтому функция надеж-
ности описывается уравнением
Р(/) = е-^/88.
Для построения кривой рассчитаем несколько значений Р (/)
для тех же значений /, что и для статистической функции (/ = О,
22, 44 и т. д.). Для расчетов используем таблицы значений пока-
/зательной функции е"х, которые приводятся во многих книгах по
теории вероятностей, математической статистике и теории надеж-
ности:
/ = 0; Х = 0; е-°=1,0; Р (0) = 1,0;
/ = 22; Х = 22/88 = 0,25; е-°.25 = 0,78; Р (22) = 0,78;
/ = 44; Х = 0,5; е-°.5 = 0,60; Р(44) = 0,60;
/ = 66; Х = 0,75; е“°>75 = 0,46; Р (66) =0,47.
Рис. III-10. Статистическая вероятностная функ-
ция надежности автомата навивки спирали
График вероятностной функции надежности строим на той же
диаграмме (рис. Ш-10). Разность между ординатами ломаной ли-,
нии Р* (/) и плавной кри-
вой Р (/) обусловлена
недостаточным объемом
наблюдений, а также
допущением о принятом
экспоненциальном зако-
не надежности. Провер-
ка достоверности полу-
ченных числовых значе-
ний показателей на-
дежности производится
обычно по критериям
согласия (Пирсона, Кол-
могорова и т. д.), осно-
ванным на сравнении
теоретических и практи-
ческих частот и оценке
их рассогласования.
Показатели ремонтопригодности рассчитывают по той же мето-
дике, что и показатели безотказности (обработка данных наблюде-
ний, расчет средних значений, построение вероятностных функций,
проверка их по критериям согласия и т. д.).
Комплексные показатели надежности рассчитывают по известным
характеристикам безотказности и ремонтопригодности или непосред-
ственно по данным баланса затрат фонда времени. Графически
удобными являются диаграммы надежности, которые отражают оба
параметра — частоту отказов и время их устранения, т. е. и безот-
казность и ремонтопригодность.
77

Рассмотрим для примера расчет и построение диаграммы надеж-
ности шагового транспортера автоматической линии из агрегатных
станков. Основные отказы, связанные с работой транспортера, про-
исходят из-за нестабильности крайнего переднего положения
транспортера, так как транспортер не имеет жесткого упора.
В результате для обеспечения надежности фиксации спутников
приходится часто регулировать подпружиненные собачки, а иногда
и приводные звенья. Кроме того, отдельные остановки линии по
вине шагового транспортера связаны с удалением стружки, попа-
дающей под базовые поверхности штанги, и т. д. Всего за время
наблюдения отмечено 42 простоя автоматической линии, так или
иначе связанных с работой транспортера, продолжительностью
от 0,8 до 84 мин. Из них пять наиболее продолжительных простоев
связаны с очисткой механизмов от стружки и пыли, т. е. с предупре-
ждением отказов.
Перечень последовательности простоев с указанием их продол-
жительности представляется следующим образом: 1,8 — 2,2 — 3,3 —
1,7 — 2,9 — 1,5 — 1,3 — 2,4 — 46,0 — 84,0 — 1,2 — 41,0 — 12,0 —
5,0 — 5,0 — 3,1 — 3,5 — 1,7 — 2,0 — 1,0 — 6,5 — 0,8 — 1,9 —
1,6 — 1,6 — 1,1 — 1,9 — 1,9 — 1,5 — 0,9 — 1,5 — 0,3 — 0,9 —
0,8 — 1,7 — 1,5 — 5,5 — 5,8 — 2,3 — 19,9 — 4,1 — 1,6. По этим
данным с учетом метода интервалов строят диаграмму распределения
времени единичного простоя. Как видно, в интервал 0—1 мин
попадает 6 случаев, в интервал 1—2 мин — 19 случаев и т. д.
(рис. Ш-11,о).
Произведем расчет среднего времени единичного простоя авто-
матической линии по вине транспортера:
€>ср= (6-0,5 +19-1,5 + 4 • 2,5 + 3-3,5+ ...)/39 = 2,5 мин.
78

Такая диаграмма отражает ремонтопригодность, но не безотказ-
ность транспортера в работе, так как неизвестно, за какой период
происходят данные отказы. Чтобы оценить безотказность транспор-
тера в работе, необходимо отнести суммарное количество отказов
за некоторый промежуток времени (период наблюдения) к общему
количеству рабочих циклов за этот период (12 270 рабочих циклов).
Следовательно, для того чтобы перевести абсолютное количество
случаев в вероятность неполадок, необходимо разделить их на
12 270, т. е. «сменить шкалу» на диаграмме распределения (рис.
III-11, б).
Диаграмма показывает, что из 12 270 случаев имеется 6 случаев
отказов транспортера, устранение которых занимает менее 1 мин.
Следовательно, при каждом срабатывании вероятность появления
отказа транспортера длительностью от 0 до 1 мин составляет
po-i=6/12 270 = 4,0-Ю-4, или 4,9-10-г%.
Соответственно вероятность того, что в работе транспортера
возникнут отказы длительностью 1 до 2 мин, составляет 15,5-10*2%.
В итоге при каждом срабатывании транспортера суммарная
вероятность появления отказа любой продолжительности
р0 = 39/12 270 = 31,8-ЮЛ
Но, как отмечалось выше, суммарная вероятность возникнове-
ния отказов в работе механизмов численно равна параметру потока
отказов — одному из двух важнейших показателей, характеризую-
щих надежность:
со=Ро = 31,8 • 10-*.
Здесь величина со выражена не в минутах, а в рабочих циклах.
Таким образом, диаграмма (рис. Ш-11) содержит оба показателя
* надежности работы механизма: параметр потока отказов со и сред-
нюю длительность обнаружения и устранения неполадок 0ср и,
следовательно, полностью характеризует эксплуатационную надеж-
ность механизма.
$ 5. РАСЧЕТ ДОПУСТИМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ
Фактическую эксплуатационную надежность действующих авто-
матических линий и ожидаемую надежность проектируемого обору-
дования нельзя полностью оценить без знания количественных тре-
бований к надежности — допусков на надежность. Меры по увели-
чению надежности требуют дополнительных затрат, тем более
значительных, чем выше желаемый уровень надежности, который
не может быть бесконечно большим. Следовательно, 'в каждом
конкретном случае существует приемлемый, допустимый уровень
надежности, который необходимо определить количественно.
Если ожидаемая надежность системы машин зависит от надеж-
ности каждого из элементов, их количества, характера и взаимо-
действия и т. п., то требуемая надежность должна определяться
79

заданными технико-экономическими показателями работы машин —
их производительностью и экономической эффективностью.
Экономическая эффективность автоматов и автоматических линий
обеспечивается обычно благодаря повышению производительности
и сокращению количества обслуживающих рабочих по сравнению
с неавтоматизированным производством. Однако эти показатели
в сильнейшей степени зависят от уровня эксплуатационной надеж-
ности линии — чем ниже
Рис. III-12. Зависимость
производительности машин
от их надежности в работе
при различной длительности
рабочего цикла
показатели надежности, тем выше простои
и трудоемкость обслуживания линий,
а следовательно, ниже производитель-
ность и больше необходимое количество
наладчиков. Чем выше интенсивность
отказов оборудования автоматических
линий, тем ниже их производительность.
Так,согласно формулам (I I-12) и (111-4)
производительность машин в зависимо-
сти от показателей надежности
1 _	1 _ 1
ч— г Пис —	~ Т+<ои0ср
_ 1
~ [Т+@сР/тср) Т] •
Графики зависимости производитель-
ности от интенсивности отказов, приве-
денные на рис. II1-12, показывают, что
снижение производительности машин при
высокой частоте отказов особенно про-
является при малой длительности обра-
ботки, т. е. высокой степени дифферен-
циации и концентрации операций, что
характерно для многопозиционных авто-
матов и автоматических линий.
Такой же отрицательный эффект низ-
кие показатели надежности оказывают
на сокращение количества обслуживаю-
щего персонала при автоматизации. Чем выше интенсивность от-
казов, тем больше трудоемкость их устранения, ниже нормы
обслуживания наладчиков.
Так, для автоматических линий подшипниковой промышлен-
ности, если коэффициент технического использования одного
автомата, встроенного в линию т]ис = 0,75 — 0,80, один наладчик
должен обслуживать четыре таких автомата; при т)ис = 0,65 —
— 0,70—только два автомата; если т)ис<0,65, каждый автомат
должен обслуживаться специальным наладчиком.
Следовательно, чем ниже показатели надежности1, тем меньше
выпуск продукции и больше необходимое количество обслу-
живаКнцего персонала, а следовательно, выше себестои-
мость эксплуатации машин, ниже их экономическая эффектив-
ность.
80

Функциональным назначением любого -автомата или автомати-
ческой линии является выпуск годной продукции и экономическая
эффективность по сравнению с неавтоматизированным производ-
ством. Следовательно, требования к надежности назначаются
исходя из обеспечения автоматом или линией требуемых технико-
экономических показателей: заданной производственной программы,
допустимых сроков окупаемости, нормативного коэффициента эффек-
тивности капиталовложений, положительного годового экономи-
ческого эффекта и др.
Требования к надежности встроенных станков, механизмов и
устройств линии устанавливают таким образом, что их выполнение
обеспечивает заданный уровень надежности линии в целом. Как
видно, допустимые отклонения по своей природе являются одно-
сторонними — в качестве одной из предельных величин прини-
мается идеальное значение данного показателя (в данном случае
Лтех ~ 1 >0)*
Расчеты допустимых показателей сводятся к определению
второго, «худшего» предельного значения, при котором система
или элемент «на пределе» обеспечивают заданное функциональное
назначение. Такие значения т]тех назовем допустимыми показателями
надежности.
Зная требования к надежности системы (автомата или автомати-
ческой линии) в целом, можно определить требования к надежности
конструктивных элементов — механизмов и устройств.
При определении требований к надежности отдельных механиз-
мов и устройств машин следует иметь в виду, что при простейшем
потоке отказов, когда они практически независимы друг от друга,
интенсивность отказов машины в целом равна сумме интенсивностей
отказов всех элементов:
®0 = 2«/PiS/.	(HI-7)
1
где (в0 — суммарный параметр потока отказов машины, выраженный
в рабочих циклах; п — учитываемое количество механизмов и
устройств машины; щ — параметр потока отказов г-го механизма
или устройства, вероятность отказа при каждом его срабатывании;
Pi — количество однотипных механизмов в машине; — число
срабатываний механизма за один рабочий цикл.
Соответственно суммарные потери машины складываются из
потерь по вине всех механизмов и устройств
= /П1 + ^па + • • • +	=
= Q1^l + Q2Pp. + ,..+QnP^L,	(ЦЬ
12	П
где 01э ©2 — среднее время единичного простоя машины по вине
механизмов и устройств; kH1, ktt2— коэффициенты безотказности
механизмов и устройств (ka = т^!Т).
81

При этом для надежности срабатывания коэффициент kn озна-
чает среднее количество срабатываний механизма или устройства
между отказами, для технологической надежности — среднее коли-
чество циклов между размерными подналадками механизмов или
оснастки.
Для того чтобы поставить требования к надежности каждого
механизма, необходимо в качестве дополнительного условия задаться
распределением удельного веса потерь в общей сумме собственных
потерь:
=/П1/2/п; 0&2=	=	(III-9)
При выборе значений az следует иметь в виду, что всегда = 1
и неудачный вариант распределения потерь по видам может означать
лишь то, что к одним механизмам предъявлены слишком жесткие
требования надежности, а к другим — наоборот.
Таблица Ш-З
Доля
потерь
по инстру-
менту
Доля потерь по механизмам и
устройствам
Цехв
Автомат,
тип и
номер
Автоматно-токар-
ный цех
То же
>
>
Цех АЦ-1 шарико-
вых подшипни-
ков	ч
Цех АЦ-2 кардан-
ных подшипни-
ков
Питтлер	0,31	0,16	0,05	0,34	0,01	0,01
№ 13 Питтлер	0,39	0,10	0,02	0,40	0,01	0,01
№ 14 1261П № 23	0,33	0,23	0,04	0,22	0,03	0,01
1201П № 24	0,24	0,21	0,04	0,37	0,03	0,01
С05	0,27	0,16	0,05	0,32	0,05	0,01
КА-76	0,27	0,05	0,10	0,20	0,14	0,07
0,03
0,01
0,01
0,02
0,07
0,03
0,09
0,06
0,13
0,08
0,07
0,14
а
Проведенные исследования показывают, что в однотипных авто-
матах удельный вес потерь различных видов носит объективный
характер. Так, в токарных многошпиндельных автоматах при об-
работке колец подшипников, несмотря на все конструктивные и
технологические различия, почти половина всех потерь приходится
на инструмент, около 10% — на уборку станка и подготовку его
к работе (табл. Ш-З). В табл. Ш-З показан удельный вес простоев
82

по типовым механизмам и инструменту в общих простоях по техни-
ческим причинам в автоматических линиях для обработки тел
вращения завода ГПЗ-1.
Как следует из табл. Ш-З, подавляющее большинство потерь
приходится на долю трех механизмов: питания, зажима, поворота
и фиксации; при этом везде на первом месте находятся механизмы
питания. Это позволяет при проектировании новых автоматов и
автоматических линий объективно предвидеть распределение потерь
по видам и в зависимости от этого строить систему допусков на
надежность отдельных механизмов.
Зная объективное распределение потерь по видам для данной
машины, можно определить требования к надежности конкретных
механизмов в машине. Подставляя в формулу (II-16) значение
2/п из (Ш-9):
2/п =	= (0/Р.«О/(а/Ц),
получаем зависимость коэффициента использования автоматической
линии от надежности работы /-го механизма:
’Птех={1 +	(1/7)}*
Решая полученное уравнение относительно £нЬ получаем фор-
мулу для расчета допустимой наработки на отказ (в рабочих циклах)
отдельных механизмов и устройств:
^«min = [(РА®/)/а*’Л (ЛтеХпНп)/(1 “ Чтех^).	(Ш-11)
Определим в качестве примера расчет допустимой безотказ-
ности работы автооператора многошпйндельнбго токарного автомата
последовательного действия (р = 1; s = 1), работающего с длитель-
ностью цикла Т = 20 с = 0,33 мин; ожидаемое среднее время вос-
становления работоспособности автооператора 0/ = 3 мин. Автомат
должен работать с коэффициентом технического использования не
ниже Лтехт1п = 0,85, при этом простои из-за автооператора не долж-
ны превышать 30% всех простоев (а,- = 0,3).
Подставляя все значения в формулу (Ш-11), получаем
А ____Pisi®i Лтех ____ I 1*3	__17л
1-Т)теХ “ 0,3.0,33 0,15”“
Таким образом, допустимы отказы автооператора не чаще чем
через 170 срабатываний в среднем.
§ 6. МЕТОДЫ АНАЛИЗА И ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ
Анализ и оценка надежности по результатам стендовых или
эксплуатационных испытаний на надежность машин и механизмов
при сдаче-приемке автоматов и автоматических линий у изготовителя
и заказчика основан на сравнении ожидаемых, требуемых и факти-
ческих показателей надежности.
83

В настоящее время при проектировании автоматов и автомати-
ческих линий, как правило, имеется широка^ вариантность выбора
конструктивных решений наиболее типовых механизмов. Например,
все шаговые транспортеры выполняют одинаковую функцию —
перемещение деталей и спутников из позиции в позицию. Однако
надежность их в работе по результатам исследований несколь-
ких линий из агрегатных станков резко различна, что иллюстри-
руется данными, приведенными в табл. Ш-4.
Таблица Ш-4
Автоматические линии	Тип транспортера	кЯ [циклов]	^ср [мин]	'п [мин/шт.]
Блок цилиндров	С собачками	680	1,4	2,1 10“3
Головка блока		670	1,8	2,7 IO’3
Картер коробки перемены ПРПАТТйи	»	850	2,7	3,2 10'3
передач Картер сцепления	С регулируемыми собач-	310	2,5	8-10-3
	ками			
Поворотный кулак	Флажковый	4000	1,5	0,4 10'3
Как следует из табл. Ш-4, транспортеры с подпружиненными
собачками, примененные в первых трех линиях, имеют приблизи-
тельно одинаковые показатели безотказности. Наилучшие показа-
тели среди исследованных линий имеет флажковый транспортер
линии поворотного кулачка, на котором внецикловые потери в 20
раз ниже, чем на линии картера сцепления.
Сравнение фактических показателей надежности с допустимыми
производят при сдаче-приемке машин и линий. При этом опреде-
ляют необходимый объем испытаний, по результатам которых делают
достоверный вывод о соответствии требований надежности в данной
машине или механизме.
Как показано в § 5, допустимые показатели надежности для
данной машины или механизма являются постоянными. Фактические
показатели надежности являются случайными величинами, досто-
верность числовых значений которых зависит прежде всего от
количества реализаций этих случайных величин—объема наблюде-
ний, количества зафиксированных отказов.
Истинная величина данного показателя надежности остается
неизвестной — для этого надо провести бесконечное количество
наблюдений и замеров. Поэтому нельзя абсолютно достоверно
утверждать, что данная случайная величина больше или меньше
любой конкретной неслучайной величины. Однако методы теории
вероятностей позволяют с любой достоверностью определить интер-
вал, где она находится. Такие интервалы значений получили
наименование доверительных интервалов случайных величин.
Рассмртрим на примере автомата навивки спирали (см. § 4)
методологию оценки надежности с помощью метода доверительных
интервалов. Согласно данным табл. Ш-2, в результате испытаний
84

зафиксирована 31 реализация случайной величины — периода
безотказной работы автомата длительностью от mmJn = 4 мин до
ттах = 329 мин. Необходимо узнать, удовлетворяет ли автомат по
безотказности заданным требованиям (например, /ncPmin = 70 мин)
и сколько необходимо провести наблюдений, цтобы дать исчерпы-
вающий ответ на этот вопрос.
Заметим, что рассчитанное по 31 случаю среднее время безот-
казной работы (тср = 88 мин) еще не дает само по себе гарантии,
что автомат удовлетворяет требованиям.
Согласно приведенным данным, первый период безотказной
работы автомата навивки спирали длился 112 мин (тх = 112). Эта
величина значительно больше допустимой, однако ясно, что она
совершенно недостоверна и искомая величина фактической средней
наработки на отказ может находиться в диапазоне от нуля до
бесконечности.
Средняя наработка на отказ автомата по итогам двух зафиксиро-
ванных интервалов безотказной работы (см. стр. 74)
mcp2 = (m1 + m2)/2 + (112+ 11)/2 = 62 мин.
Эта величина уже меньше допустимой, однако и она является
недостоверной, а следовательно, не может служить критерием
оценки безотказности автомата в работе.
Средняя наработка после пяти зафиксированных отказов
5
щСр6 = 2^/5 = (112+11 + 173 + 9 + 37)/5 = 68 мин.
1
Эта величина также меньше допустимой, однако вывода о том,
что автомат не удовлетворяет требованиям надежности, делать еще
нельзя.
Если задаться доверительной вероятностью а = 0,90, то для
ЛГ = 5 реализаций случайной величины получаем следующие
коэффициенты, характеризующие величины доверительных интер-
валов: гх = 2,05, г2 = 0,62. Тогда границы доверительных интерва-
лов будут равны:
верхняя
х1 = /пср/1=68-2,05=140 мин;
нижняя
x2 = mCp/2 = 68 0,62 = 42 мин.
Таким образом, получив в результате наблюдений пять значений
показателя безотказности, можно утверждать лишь то, что с веро-
ятностью 0,9 искомое истинное значение среднего времени безот-
казной работы автомата находится в пределах 140 мин > тср >
> 42 мин.
Как видно, доверительный интервал нахождения искомого
истинного значения средней наработки на отказ автомата охватывает
диапазон значений как внутри области допустимых значений, так
и вне ее (рис. II1-13). Поэтому зафиксированное число отказов
85

(W = 5) не позволяет оценить достоверно надежность автомата;
испытания необходимо продолжить.
Продолжая расчет среднего времени безотказной работы и
соответствующих границ доверительных интервалов нарастающим
итогом, можно заметить, что среднее время /пср стабилизируется.
Так, для W = 10
ю
w __±________112+И+...+329 + 24 + 4 _	.
^срю	IQ	*1 МИН.
Коэффициенты границ при N = 10 составляют гх = 1,61, г2 =
= 0,70; интервалы, в которых находится искомое значение средней
длительности безотказной рабо-
ты, равны:
Xi = 71-1,61 = 114 мин;
х2 = 71 -0,7 = 50 мин,
114 мин > тср > 50 мин.
Диаграмма средних значений
длительности безотказной работы
и соответствующих доверитель-
ных интервалов нарастающим
итогом (заштрихованная область)
приведена на рис. Ш-13. Как ви-
дно, с увеличением длительности
наблюдений и количества зафик-
сированных данных о безотказ-
ности автомата область нахож-
дения истинного значения сред-
него времени безотказной ра-
боты сужается. Если на той же
диаграмме (рис. Ш-13) про-
тических показателей надежности авто-
мата с допустимыми
вести горизонтальную линию,
соответствующую допустимому значению среднего времени без-
отказной работы (^срдоп = 70 мин), то, как видно, при N = 28
эта линия пересекает нижнюю границу доверительного интервала.
Таким образом, зафиксировав N = 28 периодов безотказной работы
автомата навивки спирали, можно с вероятностью а = 0,9 утверж-
дать, что автомат удовлетворяет требованиям надежности и по
этому показателю может быть принят.
Если требуются более строгие гарантии соответствия, т. е.
более высокая доверительная вероятность (а = 0,95; 0,99; 0,999
и т. д.), то границы доверительных интервалов будут более широкими
и произведенного количества наблюдений может оказаться недо-
статочно.
Таким образом, метод анализа и оценки надежности при приемно-
сдаточных испытаниях состоит в том, что рассчитываются средние
86

значения искомой случайной величины и соответствующие границы
доверительных интервалов нарастающим итогом до пересечения
одной из них с линией допустимого значения. Пересечение с нижней
границей означает приемку автомата или линии по надежности,
с верхней — неприемку. Момент пересечения определяет необхо-
димую длительность испытаний и их прекращение.
Глава IV
ВЫБОР РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ
Одной из важнейших задач проектирования автоматов и авто-
матических линий является выбор таких режимов их работы, которые
обеспечат наилучшим образом выполнение заданного функциональ-
ного назначения, т. е. высокой производительности и экономической
эффективности. Выбор режимов обработки во многом предопреде-
ляет разработку кинематики и гидравлической схемы машины,
конструкцию привода и все сопутствующие прочностные расчеты,
выбор электродвигателей, проектирование и расчет зажимных меха-
низмов, суппортов, поворотных устройств и т. д.
Как правило, режимы обработки, на которые налаживаются
машины в процессе их пуска и освоения, не остаются неизменными
в процессе эксплуатации и корректируются в соответствии с ростом
производственной программы, совершенствованием инструменталь-
ной оснастки, изменением жесткости и геометрической точности
узлов и сопряжений и т. д.
Отсюда следует необходимость разработки методов оптимизации
режимов, пригодных как для проектных расчетов при создании
машины, так и для корректирования при эксплуатации.
§ 1. МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ
Режимы обработки можно изменять при выполнении любого
технологического процесса. Однако диапазон варьирования в каж-
дом случае различен. Так, скорости протекания некоторых техноло-
гических процессов, связанных с физико-химическими изменениями
обрабатываемого материала (например, термообработки и др.),
выдерживаются в. довольно строгих пределах, диапазон варьирова-
ния весьма ограничен.
В других случаях режимы обработки выбираются в более широ-
ких пределах, не превышающих, однако, некоторых допустимых
значений (например, режимы подачи при чистовой обработке,
операции обработки давлением), где эти пределы ограничиваются
характеристиками обрабатываемого материала, его температурными
режимами, прочностью, пластичностью и т. д.
Наконец, многие технологические процессы допускают варьиро-
вание режимов обработки, а следовательно, и ее длительности
в самых широких пределах без изменения качества обрабатываемых
87

изделий (например, откачка электровакуумных приборов, операции
разливки, дозировки, наполнения и т. д.). К числу таких процессов
относятся и операции обработки резанием, где скорости обработки
варьируются в весьма широких пределах; при этом изменяется,
с одной стороны, длительность обработки (время рабочих ходов),
с другой — стойкость инструмента (внецикловые потери).
Важнейшим критерием выбора режимов обработки на автоматах
и автоматических линиях любого технологического назначения явля-
ются качество продукции и высокая производительность машин,
что является показателем высокой эффективности новой те-
хники.
Рис. IV-1. Типовая эксперименталь-
ная зависимость производительно-
сти от режима обработки
дительность сначала растет,
Поэтому основной принцип выбора режимов обработки заклю-
чается в том, чтобы в пределах того возможного диапазона, который
обеспечивает качество изделий,
найти такие значения режимов,
которые обеспечивают высокую
фактическую производительность
машин.
Многочисленные эксплуатацион-
ные исследования машин различ-
ного технологического назначе-
ния (металлорежущих автоматов,
швейных машин, оборудования
электронной промышленности и др.)
показывают одну и ту же объек-
тивную зависимость производи-
тельности машин от режимов обра-
ботки 1 (рис. IV-1), а именно: с
интенсификацией режимов произво-
зател1 падает; для каждого кон-
кретного случая существует единственное значение показателей
режимов, которое обеспечивает максимум производительности ма-
шины.
Факторы потери качества изделий, как правило, ограничивают
возможный диапазон выбора режимов обработки некоторой пре-
дельной величиной (ц1р, рис. IV-1), ниже которой должны быть
найдены максимальная производительность Qmax и режимы, обеспе-
чивающие ее утах.
Режимы максимальной производительности для действующего
оборудования можно определить экспериментально, путем серии
испытаний достаточной длительности на различных режимах при
неизменных прочих условиях; однако такой путь слишком длитель-
ный и малоперспективный.
Гораздо перспективнее аналитические методы оптимизации режи-
мов^ которые позволяют анализировать ^весь диапазон возможных
вариантов, обеспечивать оптимальное сочетание основных парамет-
ров обработки. При проектировании автоматов и автоматических
линий аналитический метод оптимизации режимов является
единственным.
яя

Каждому конкретному уровню режимов обработки соответствуют
определенные значения длительности рабочего цикла (/р + /х) и
внецикловых потерь по оборудованию te и инструменту
Q = 1/(/р + tx + £ Ci + te) = К/[К (/х + te + £	+ 1]. (IV-1)
Для того чтобы решить задачу выбора режимов обработки,
обеспечивающих высокую производительность машин, необходимо
в пределах технически допустимого диапазона варьирования режимов
знать их влияние на величину всех составляющих затрат времени:
tp9 te, 2 Ci, а следовательно, производительность Q-
Обычно при интенсификации режимов длительность рабочего
цикла сокращается, а внецикловые потери растут. Максимальная
производительность при таком конкретном значении режимов
обработки Vmax достигается тогда, когда сумма составляющих затрат
времени, отнесенная к единице продукции, является минимальной.
Такая методология выбора режимов обработки по критерию высокой
производительности одинакова для автоматов и автоматических
линий любого технологического назначения.
Следовательно, для выяснения функциональной зависимости
производительности от режимов обработки необходимо знать, как
влияет изменение режимов на все составляющие затрат времени
tx. 2 Q.
Определение зависимости длительности рабочих и холостых
ходов от режимов обработки, как правило, не вызывает трудностей.
Длительность обработки сокращается во столько раз, во сколько
повышаются режимы обработки. Холостые ходы сокращаются или
остаются неизменными в зависимости от кинематики и системы
управления (см. гл. IX).
Эта закономерность справедлива для любых типов автоматов
й линий. Для собственных внецикловых потерь по инструменту и
оборудованию единственной закономерностью является их возраста-
ние при интенсификации из^за снижения стойкости инструмента,
возрастания инерционных усилий, вибраций в механизмах и др.
Собственные внецикловые потери автомата или линии при
исходных режимах складываются из потерь всех конструктивных
элементов:
24=4+4+4+ +4-	(IV‘2)
При интенсификации режимов в х раз (у = vox) потери каждого
конструктивного элемента (механизмы, устройства, инструменты)
увеличиваются, но количественно по-разному:
2 tn=tnx"^ + tnxm* + tnxm> + ... + М"1", (IV-3)
где mt — показатель степени, характеризующий «чувствительность»
каждого конструктивного элемента машины к интенсификации
режимов ее работы.
В зависимости от величины показателя т характер роста потерь
при интенсификации режимов t„{ — tn^xmt имеет различный харак-
89

тер (рис. IV-2). Как показывают исследования автоматов различ-
ных типов, обычно эта зависимость носит прогрессивный гипербо-
лический характер (/и > 1).
Если известны показатели степени т для основных конструктив-
ных элементов автомата, задача
Рис. IV-2. Зависимость внецикловых
оптимизации режимов обработки
решается аналитически. Напри-
мер, если при интенсификации
происходит сокращение рабочих
и холостых ходов/ а внецикло-
вые потери растут пропорцио-
нально коэффициенту интенси-
фикации (m = 1, /п = ^пох), про-
изводительность автомата при
варьировании зажимов обработ-
ки выражается уравнением
Qx= <рД+/х/х+Е^т <IV’4)
потерь машины от интенсификации Кривая зависимости Qx =
процессов обработки	= / (х), построенная по уравне-
нию (IV-4), имеет экстремаль-
ный характер и полностью соответствует зависимости, показан-
ной на рис. IV-1.
Значения коэффициентов т можно получить только путем
обширных экспериментальных исследований машин данного типа
на различных режимах. Отсутствие таких данных для большинства
типов автоматов не позволяет научно обоснованно решать задачу
оптимизации их режимов.
5 2. ЗАВИСИМОСТЬ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ОТ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ
Метод оптимизации режимов обработки основан на выявлении
функциональной зависимости производительности от интенсифика-
ции режимов. Для этого необходимо найти такие зависимости для
всех составляющих затрат времени (рабочих ходов, холостых ходов,
внецикловых потерь) и вывести соответствующее уравнение про-
изводительности, которое носит экстремальный характер. Режимы
максимальной производительности определяются путем дифферен-
цирования полученной функции. Рассмотрим эту методику на при-
мере металлорежущих автоматов, где вопросы выбора режимов
обработки исследованы наиболее полно.
Основными факторами режима резания являются скорость реза-
ния, подача и глубина резания. Подача и глубина предопределяют
усилия резания, а следовательно, требования к жесткости и проч-
ности основных звеньев любого станка. Скорость резания, в свою
очередь, при известных подаче и глубине резания предопределяет
как мощность станка, так и стойкость инструмента.
90

Таким образом, при определенном станке и данном обрабатывае-
мом материале известны и допускаемые усилия резания и, наоборот,
известные усилия служат исходными данными для проектирования
нового станка. Глубину резания можно считать заданной величиной,
так как она определяется припуском на обработку, т. е. размерами
заготовки. Это тем более верно для автоматов, так как заранее
известны припуски на заготовках.
На стойкость инструмента, согласно законам теории резания,
сильнее влияет повышение скорости резания, чем увеличение подачи;
поэтому с точки зрения стойкости инструмента выгоднее повышать
подачу. Однако работа с большими подачами сопряжена с увели-
чением усилий резания, которые ограничиваются прочностью и
жесткостью рабочих органов автомата и обрабатываемой детали.
Кроме того, величина подачи ограничивается требованиями к чистоте
обрабатываемой поверхности.
Поэтому основным параметром режимов резания, который
можно изменять в широких пределах, считается скорость резания.
Если изменять только скорости резания, а все параметры процесса
обработки оставить без изменения, то новую скорость v можно
выразить через ранее заданную v0 и фактор (безразмерный коэффи-
циент) изменения скорости резания х.
Практически при решении задачи определения режимов обра-
ботки, обеспечивающих высокую производительность, целесообразно
искать не абсолютное значение скорости v, а коэффициент интенси-
фикации режимов по сравнению с некоторой скоростью, принимае-
мой за исходную, базовую v0:
x=v/v0.	(IV-5)
Особенно это удобно при анализе режимов обработки на дейст-
вующем оборудовании, где у0 — скорость, установленная на авто-
мате. Тогда, например, решение х = 1,5 означает, что для дости-
жения максимальной производительности необходимо существующие
режимы повысить в полтора раза. Для новых проектируемых авто-
матов и автоматических линий исходную скорость у0 можно задать
из опыта эксплуатации однотипного действующего оборудования.
Так как в подавляющем большинстве случаев изменение режимов
обработки происходит в сторону их повышения, обозначим х как
коэффициент интенсификации режимов обработки.
Определим, как изменяются все составляющие затрат времени
по сравнению с исходными значениями (при х — 1) при интенси-
фикации скорости (х> 1).
а) Рабочие ходы. Для металлорежущих станков время обработки
можно выразить как отношение суммы оборотов шпинделя, необхо-
димых на выполнение всех несовмещенных операций пр, к частоте
вращения шпинделя в минуту пш:
== ^р/^ш,
где
Яр =	+ П2 + Я3 + • • •
91

которые, в свою очередь, определяются по формулам:
^i = /i/Si; == ^2/^21 ^з = ^з/$з
Следовательно,
«p = S (6/S/),
где 119 /2, l3,	, li — длины учитываемых рабочих ходов; sx, s2,
s3, ... , Si — подачи за один оборот шпинделя.
Частота вращения пш (об/мин) определяется скоростью резания и-
и диаметром обрабатываемых изделий d:
пш = 1000v/(jid).
При исходной скорости резания t>0 частота вращения шпинделя
пШо= lOOOvo/(jrd).
Время рабочих ходов при исходных режимах
Если изменить скорость резания в х раз (и = vox), а остальные
параметры (d, lit оставить неизменными, то рремя обработки
изменится:
1 ____S (/f/s/) ________ red Д (4'/St) foo
4Р 1000а 1ОООао х х
(IV-7)
Следует отметить, что кинематика современных одношпиндель-
ных и многошпиндельных автоматов и полуавтоматов предопреде-
ляет изменение скорости обработки всеми инструментами на всех
позициях на одинаковую величину — зависимое регулирование
режимов (х = const).	}
б) Холостые ходы. Зависимость длительности холостых ходов
от интенсификации режимов обработки определяется также харак-
тером кинематики автомата или автоматической линии. Здесь
следует отметить два варианта:
1. Холостые ходы не зависят от режимов обработки (tK = const).
Такой вариант характерен, например, для автоматов с РВ и кулач-
ками, работающих по группе II, у которых РВ имеет двойную
скорость вращения: быструю — для совершения холостых ходов и
медленную — для рабочих. Скорость вращения РВ при выполнении
холостых ходов постоянна. Условие tx = const соблюдается во
всех автоматах и автоматических линиях с гидроприводом подачи,
где скорости быстрых ходов и рабочей подачи устанавливаются
независимо друг от друга.
2. Холостые ходы зависят от режимов обработки; поэтому
удельный вес холостых ходов в цикле остается постоянным (коэффи-
циент производительности г] = const). Такой вариант характерен,
например, для одношпиндельных автоматов с постоянной частотой
вращения распределительного вала; в этом случае интенсификация
режимов в х раз вызывает увеличение частоты вращения РВ также
92

в х раз (для сохранения постоянства подачи в мм/об), а следова-
тельно, и сокращение всех холостых ходов, выполняемых от РВ,
также в х раз:
(1V-8)
в) Потери по оборудованию. Потери по оборудованию, как пока-
зано выше (см. гл. III), определяются интенсивностью отказов со
механизмов й устройств, а также длительностью обнаружения отка-
зов 0Ср. При интенсификации режимов величина 0ср не изменяется.
Частота отказов возрастает, но незначительно; оценить это увели-
чение для машины в целом крайне затруднительно, потому что
подавляющее большинство от-
казов приходится на меха-
низмы холостых ходов и упра-
вления (автооператоры, меха-
низмы зажима, поворота, фик-
сации и т. д.), условия рабо-
ты которых при интенсифи-
кации скорости резания не
изменяются. Поэтому в пер-
вом приближении считаем,
что потери по оборудованию
при интенсификации не изме-
няются: te = const.
г) Потери по инструменту.
При интенсификации режи-
мов эти потери, как правило,
резко возрастают, так как
стойкость инструментов па-
Рис. IV-3. Типовая зависимость стойко-
сти инструмента от скорости резания
^дает.
Зависимость стойкости ре-
жущего инструмента от режи-
мов обработки в широком диапазоне скоростей может иметь самый
разнообразный и сложный характер. Наиболее типичной при реза-
нии металлов является зависимость, представленная на рис. IV-3.
Однако практически используемые скорости резания соответствуют
зоне, превышающей правый максимум кривой, в связи* с чем зави-
симость стойкости от режимов обработки принимается монотонной
и выражается так:
T = A/vm,
(IV-9)
где Т — стойкость инструмента, мин; v — скорость резания, м/мин;
т]— безразмерный показатель; А — постоянная резания, которая
зависит от характера обработки и геометрии инструмента, состояния
поверхности заготовки, наличия охлаждения и т. д.
При варьировании режимов, когда основные параметры инстру-
мента и заготовки сохраняются, величину А можно считать неизмен-
ной.
93

Для того чтобы определить зависимость, потерь по инструменту
2 Ci от интенсификации режимов обработки, необходимо функцио-
нально раскрыть потери по инструменту.
При исходных режимах обработки потери станка по вине i-ro
инструмента
Со< = 0Пг/г.	(IV-10)
Возьмем промежуток времени, равный s периодам средней стой-
кости инструмента. За этот промежуток времени станок имеет по
вине /-го инструмента s простоев средней продолжительностью tf.
Число изделий, обработанных станком, а следовательно данным
i-м инструментом,
г = г15 = (7'0,7аг) s,	(IV-11)
где z-i — число изделий, обработанных в среднем инструментом
между двумя его заменами; То/ — стойкость инструмента работы
при исходных режимах, мин; a-t — время участия инструмента при
обработке одного изделия, мин.
Подставляя значения и г в формулу (IV-10), получаем
(IV-12)
Формула (IV-12) показывает, что потери по инструменту зави-
сят от времени участия инструмента в обработке одной детали,
стойкости инструмента и среднего времени единичного простоя
станка для смены и регулировки инструмента.
При исходных режимах ц0 стойкость инструмента в соответствии
с (IV-9)	.1
Toi = A/v^.
При повышении режимов обработки в х раз время участия
инструмента в обработке одной детали сокращается в х раз, время
смены и регулировки инструмента от режимов не зависит.
Стойкость инструмента при новых режимах обработки в соот-
ветствии с (IV-9)
Ti=— = —-— = —-— = 2k.	(IV-13)
• т,	. .т,	т, т,	т,	\	'
V 1	(vcx) ‘	Vq'X ‘	X ‘
Следовательно, при повышении режимов обработки в х раз
стойкость инструмента снижается в хт раз. Например, при повыше-
нии скорости в два раза стойкость быстрорежущих резцов умень-
шается в 256 раз (т — 8).
В итоге потери i-ro инструмента при новых режимах составляют
Ct =	= *‘>-хт‘-' =Coixmi~1.	(IV-14)
(Tai/x 9 toi 
94

Рис. IV-4. Зависимость факторов
производительности от интенсифи-
кации режимов обработки
В общем случае в автомате имеется п различных инструментов,
каждый из которых характеризуется соответствующим значением:
a,, ti, toi,
Сумма всех потерь по инструменту в автомате
I = т i = n
2 с<= 2	(IV’15)
*=1 Or
Итого для каждого из параметров, определяющих производи-
тельность автомата, получаем его зависимость от интенсификации
режимов обработки х.
Графики зависимости всех рассмотренных факторов (/р, /х, /е,
S от коэффициента интенсификации режимов х приведены на
рис. IV-4. Как видно, на началь-
ных этапах интенсификации выиг-
рыш в длительности обработки
Д /р значительно больше, чем
проигрыш из-за возрастания по-
терь по инструменту ДСХ-; в резуль-
тате суммарные затраты времени
сокращаются и производительность
растет.
Однако на дальнейших эта-
пах интенсификации выигрыш все
время сокращается, а проигрыш
из-за резкого роста потерь по ин-
струменту увеличивается.
В случае, когда Д tp Д Ch
дальнейшая интенсификация при-
водит уже не к повышению, а к снижению производительности.
^ Подставляя значения tpi и te в формулу (IV-1), получаем
—---------------т __1----•	\1 ’ W
Со/* *	+^е
Подставляя Ко = 1//р., получаем
Q =-------------.	(IV-16a)
K^x+Koxte + Ko^Caix '+1
Формула (IV-16) представляет собой аналитическую зависи-
мость производительности от интенсификации режимов обработки.
Анализ формулы (IV-16) показывает, что при заданных условиях
обработки имеется лишь одно значение коэффициента интенсифи-
кации режимов Хщах, обеспечивающее максимальную производитель-
ность машины Qmax.
Оставляя в формуле производительности [уравнение (IV-16)J
все факторы постоянными, кроме х и потерь вида I, получаем кривые,
изображенные на рис. IV-5. Эти кривые показывают, что с увели-
чением потерь кривые производительности становятся более
95

пологими. При одном и том же значении агрумента хтах все кривые
характеризуются различными значениями максимума. В то время
Рис. IV-5. Производительность автома-
тов при различных холостых ходах и
режимах обработки
как кривая «идеального»
станка = 0 имеет резкий
подъем и падение при наи-
большей абсолютной вели-
чине максимума, кривые
с большими потерями /х пла-
вно изменяются, не давая
резко выраженного макси-
мума, абсолютная величина
которого меньше, чем при
L = 0.
Таким 'образом, значение
аргумента, обеспечивающего
максимум Хтах, не зависит
от величины /х. Однако кри-
вые (рис. IV-5) показывают,
что в зависимости от величи-
ны /х характер кривых произ-
водительности различен, что весьма важно с точки зрения ра-
ционального использования автомата. Если при малых значениях /х
небольшие изменения значения аргумента х резко снижают или
повышают величину производитель-
ности, то, безусловно, необходимо
работу вести с режимом, близким
К Хтах* Для больших же значений
величины tx измененйя х в ту или
иную сторону не окажут заметного
влияния на производительность. .1
Сохраняя в формуле производи-
тельности все факторы постоянными,
кроме х и потерь вида II (по инстру-
менту), получаем кривые, представ-
ленные на рис. IV-6, которые пока-
зывают влияние потерь времени,
прямо или косвенно связанных со
сменой режущего инструмента, на
производительность станка.
Из графика следует, что влияние
потерь вида II совершенно иное,
чем вида I. С изменением потерь
абсолютная величина макси-
мума функции не только изменяется,
но одновременно перемещается влево
или вправо. Это означает, что сокра-
щение потерь вида II приводит не только к увеличению произво-
дительности, но и к обязательному соответствующему изменению
значения аргумента, обеспечивающего новый максимум произво-
ч Рис. IV-6. Производительность
автоматов при интенсификации
режимов и сокращении потерь
по инструменту:
AQi — увеличение производитель-
ности благодаря сокращению по-
терь; AQ2 — увеличение производи-
тельности благодаря интенсифика-
ции режимов

дительности. В противном случае при работе на прежних режи-
мах при меньших потерях недоиспользуются возможности авто-
мата с точки зрения его производительности.
§ 3. МАКСИМАЛЬНЫЕ И ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ
ОБРАБОТКИ
При работе для каждого конкретного случая можно установить
соответствующий режим работы, обеспечивающий высокую произ-
водительность автомата. Для определения этого режима надо знать
не только технологические особенности обработки изделия на авто-
мате, но и конкретные условия работы, наличие обслуживающего
персонала, готового режущего инструмента и т. д., т. е. все то, что
требуется для определения потерь. /
Режим, обеспечивающий максимум производительности авто-
мата, является максимальным режимом резания для данных условий.
Дальнейшее повышение этого режима х возможно лишь при изме-
нении существующих в цехе условий, обеспечивающих дальнейшее
сокращение потерь вида II.
Значение коэффициента интенсификации, обеспечивающего мак-
симальную производительность, можно получить, взяв частную
производную от производительности Q по х и приравняв ее нулю:
(dQ)/(dx) = 0. Для этого формулу производительности представим
в развернутом виде:
Q =-----------------------—------------------------. (IV-166)
Ках (tx+te) + KuC0lx'"> + K0C0.xn'* + ... + KaCOnxm" +1
Кх
Произведя все преобразования, получаем
/Со (/721 — 1) CoiXmax 4"/Со (^2 — I) Со2*тах +
+ ... 4“/Со	— 1)СОлХтах ~1=0
ИЛИ
/CoS(^-l)CoixX=l.	(IV-17)
Уравнение (IV-17) в общем случае является уравнением высших
степеней, так как для инструментов, применяемых на автоматах
и полуавтоматах, величина т находится в пределах от 2 до 15.
Оно решается аналитически лишь в частном случае, когда весь
инструмент однородный, например все резцы твердосплавные или
сверла из быстрорежущей стали.
В этом случае т/ = const и уравнение (IV-17) принимает вид
/Со — 1) -Xmax S Coi = 1 •
Отсюда можно определить
xmax = 1/?К0(т-1)^Сы.	(IV-18)
Если инструменты в автомате неоднородны, т. е. 'Ф т2 та
и т. д., уравнение (IV-16) решается приближенными методами.
4 Волчкевич и др., ч. I	97

Для данной задачи определение х облегчается еще тем, что
заранее известен порядок искомой величины; практически х нахо-
дится в пределах 0,5—2.. Например, подставляя в левую часть
уравнения (IV-166) значение х = 1, подсчитываем значение
Если окажется, что R = 1, то х = 1 является решением урав-
нения (IV-16). Если R > 1, то х < 1, и если R,<. 1, то х> 1.
В последних случаях х определяется методом последовательных
приближений.
Значение хтах можно получить и графо-аналитическим путем,
последовательно вычисляя Q при различной величине х и строя
плавную кривую до тех пор, пока она не пойдет на убыль. По этой
кривой легко получить значения хтах и Qmax.
Ниже излагается метод аналитического определения прибли-
женного значения искомых величин хтах и Qmax для условий
зависимого регулирования введением среднего показателя тср.
Для этого найдем некоторое среднее значение показателя степени
тср, которое удовлетворяет уравнению (IV-17), т. е.
п
К0(,пср-1)хтч>Х Coi = l.
1	= 1
Следовательно, тср можно найти из условия
(mi — 1) Соз/™1 + (т2 — 1) Со2ХШз + ... + (rnn — 1) COnxmfl =
п
= (mcp-l)x> S Coi.
i=l
Так как значения х обычно находятся около значения, равного
единице, то, принимая в первом п]риближении х = 1, получаем
п	п
2	1) Ст=(/Пср— 1) 2 Coz
i=l	<=1
ИЛИ
У i гщСы— X С0/ = /иср У, Со/— 2
i=l	i=l	i = 0	i=l
откуда
^cp= ^oi/ZCoi.	(IV-19)
i=i
Для примера подсчета mcp примем n = 3:
Col = O,O5, rnjCgi 0,15;
zn2 = 5, C02 = 0,08, m2C02 —0,4;
m3 = 8, Co3 = O,Ol, ^608 = 0,08.
В итоге получаем:
£Cw=0,14, 2>A< = 0,63; mcp = 0,63/0,14 = 4,5.
98

Зная mcp, любой автомат или автоматическую линию с инстру-
ментами, имеющими различные показатели mlt т2,	, тп, можно
рассматривать как многоинструментный с одинаковыми показа-
телями /пср.
Максимальную производительность автомата при т = const
можно определить, подставляя значение хтах в общую формулу
(IV-16). В результате получаем с некоторым приближением
Qmax (х)
^ОХтах
. (IV-20)
Vmax + <е) +	~ О"/Чт
Эта величина соответствует максимуму того, что можно полу-
чить на станке при существующем
потерь. Однако при назначении
режимов обработки необходимо
исходить не только из условий
достижения высокой производи-
тельности станка и высокого ка-
чества продукции, но и эконо-
мичности процесса обработки.
Кривые производительности
(рис, IV-7) показывают, что по
мере приближения к скорости,
обеспечивающей максимальную
производительность (хтах или
Утах), темп роста производи-
тельности Q замедляется и при
Q = Стах падает до нуля:
dQ/dx — 0.
Следовательно, затраты
уровне цикловых и внецикловых
Рис. IV-7. Максимальные и оптималь-
ные режимы обработки
средств, вызванные увеличением
скоростей резания (расходами на инструмент, электроэнергиюит.д.),
дают различный прирост производительности.
При интенсификации режимов обработки (х > 1) суммарные
годовые затраты на эксплуатацию автомата неизбежно возрастают,
в первую очередь за счет увеличения расходов на инструмент,
электроэнергию, а также затрат на Премонт и обслуживание. Это
возрастание имеет прогрессивный характер; поэтому, если годовые
эксплуатационные затраты относят к количеству выпущенной про-
дукции, зависимость себестоимости обработки единицы изделия от
режимов обработки С имеет экстремальный характер (рис. IV-7),
минимальная себестоимость обработки в общем случае не
соответствует максимуму производительности, а смещена «влево»
(Хойт < -^тах).
Введем понятие оптимальных режимов резания yQnT, которые
обеспечивают высокую производительность автоматов и сокращают
производительные расходы инструмента из-за незначительного от-
клонения от максимальной производительности станка, т. е. соот-
ветствуют минимальной себестоимости обработки изделий.
99

При этом частное от деления максимальной производительности
на оптимальную в данных условиях является коэффициентом ре-
зерва производительности по режимам резания:
фх = Qmax/QonT*	(IV-21)
Значение фх следует определять исходя из наибольшей произ-
водительности труда по всему предприятию с учетом той доли рас-
Рис. IV-8. Графоаналитическое опре-
деление оптимальных режимов обра-
ботки
хода, которую занимает ин-
струмент в общей стоимости вы-
пускаемой продукции предприя-
тием.
Задача выбора оптимальных
режимов, обеспечивающих высо-
кую производительность, ре-
шается путем выбора оптималь-
ного значения коэффициента
Фхопт с Учетои удельного веса
расхода инструмента.
Чем выше удельный вес затрат
по инструменту в себестоимости
обработки изделий, тем больше
значения фХопт, которые опреде-
ляются по специальным номо-
граммам. Обычно срх= 1,03—1,12.
Зная значение фх, можно определить значения оптимальной
производительности и снижения производительности:
Coin — Q max/фх^ &Q — Qmax Qon? — Qmax (фх 1)/фх*
Откладывая величину Q0IIT по вертикальной оси (рис. IV-8),
получаем значение хопт.	1
$ 4. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
И ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМАТОВ
Как показано выше, для расчета максимальных режимов обра-
ботки по формуле (IV-18) в качестве исходных данных необходимо
знать: а) длительность обработки /Ро при исходных режимах; б) по-
тери по инструменту 2 CQi при исходных режимах обработки;
в) степенную зависимость стойкости инструмента от изменения ре-
жимов обработки (показатель т).
Если производится расчет режимов обработки при проектиро-
вании машины, определяющие величины /Ро, S и т являются
ожидаемыми.
Ожидаемую длительность обработки при исходных режимах
(и = х = 1) рассчитывают по формуле
ndS(/,-/s,)
^Р“=	1000^	’
100

где — исходная выбранная скорость резания (относительно рас-
четного диаметра d); /х — длина обработки при f-й несовмещенной
операции; S/ — подача при выполнении i-й операции; п — число
несовмещенных операций обработки в рабочем цикле.
Ожидаемые внецикловые потери по инструменту при исходных
режимах обработки рассчитывают по формуле (IV-12):
где ai — время обработки одного изделия Лм инструментом; h —
среднее время замены инструмента при выходе из строя; — сред-
няя стойкость Лго инструмента при
исходных режимах.
Величины th TQi для всех инструмен-
тов являются ожидаемыми и могут быть
определены, как правило, лишь ориен-
тировочно, по справочникам, как и ве-
личина показателя степени mt резания.
Пример 1. Определим оптимальную скорость
при проектировании технологического процесса
обработки кольца на токарном многорезцовом
полуавтомате по схеме, приведенной на рис. IV-9.
Обработка осуществляется четырьмя резца-
ми: 1 — проходным для обточки наружного диа-
метра кольца (резец, оснащенный пластинкой
твердого сплава); 2—фасочным для снятия
наружной фаски (резец из быстрорежущей ста-
ли); 3 —фасочным для снятия внутренней фаски
(резец, оснащенный пластинкой твердого спла-
ва); 4 — подрезным для окончательной подрезки
торца (резец, оснащенный пластинкой твердого
сплава).
Материал обрабатываемых колец — сталь
ИЖ 15, ов = 65 н- 75 кгс/мм2, НВ 207—174.
Подачи выбираем, исходя из необходимой
чистоты поверхности и возможностей станка.
Для нашего случая берем для продольного суп-
порта s = 0,4 мм/об. С такой подачей работают
резцы /, 2 и 3, закрепленные на этом суппорте. Для поперечного суппорта
S4 = 0,2 мм/об. Исходная скорость резания (по наружному диаметру) с учетом
рекомендаций справочника и соответствующей коррекции у() = 68,7 м/миц.
Рис. IV-9. Наладка токар-
ного полуавтомата на обра-
ботку кольца
Время рабочего хода при исходных режимах /р(), учитывая совмещение по
времени всех четырех операций, определяем как время наиболее продолжитель-
ной операции — наружной обточки резцом /:
_ ndli _ 3,14. 140,5 45
% “ lOOOygSo ~ 68,7 1000 • 0,4
= 0,717 мин;
Ко = 1//ро= 1/0,717= 1,4 шт/мин.
Таким образом, /р0 = а±. Остальные значения времени работы tp. = ц
определяем по той же формуле:
а2 = 0,032 мин; а^= 0,096, мин; = 0,232 мин.
Исходные данные, рассчитанные по справочникам, сведены в табл. IV-1.
Отсюда рассчитываем ожидаемые величины внецикловых потерь по инстру-
менту при исходных режимах:
Col =	= (0J17 - 3)/181,5 = 0,012 мин.
101

Таблица IV-1
Резцы	Расчетные данные				
	т.	ч	<ч	Т01	С0с
7— проходной . .	. .	5	3	0,717	181,5	0,012
2—фасочный (быстрорезный). .	8	4	0,032	0,785	0,163
3— фасочный	5	3	0,096	90 .	0,003
4 —подрезной	5	3	0,232	75,2	0,009
Аналогично получаем: Cot- = 0,163 мин; Со3 = 0,003 мин; С0£ = 0,009 мин.
Суммарные потери по инструменту станка при исходных режимах
S C0/ = Coi + G)2+ С0з + С04=0,187 мин.
Так как инструменты разнородные, определяем среднее значение показателя
стойкости тср:
2 Со,-=0,187; 2 C01mz= 1,421;
mcp = S Coj/n./S Coi = 1,421/0,187 = 7,6.
Подсчитаем zmax, vmax и Qmax:
/С0 = ’1//рв= 1/0,717= 1,4 шт/мин;
«max =---------1	----= ................. =	°>93'
V Ko (mcp-1) 2 Cvi 7 1,4.6,6-0,187
Скорость резания, соответствующая максимуму производительности, будет
= Vmax = 68,7 • 0,93 = 63,8 м/мин.
ГПа л (J Шал	9	9	91
Максимальная производительность по формуле (IV-20) при /х + te = 0,55 мин
равна	>
1 4 • 0 93
Qmax =--------------------—’ .............. -	= 0,69 шт/мин.
1,4 0,55 (7,6/7,6-1) 71,4.0,187(7,6-1)
Затем определяем оптимальные режимы обработки и производительность.
Принимая Фх = 1,03, получаем по приближенной формуле:
у _ ________________Хтах_______________
°ПТ (Фх“1)[/<о(\+У«тах + 3)]+1
_______________0.93_______________0 83.
“ (1,03- 1) (1,4 • 0,55 • 0,93 + 3)+ 1 “ ’ ’
оопт = ^оз*опт = 68,7 • 0,83 = 56,6 м/мин.
Оптимальная производительность
<?опт = Зтах/Фх = °’69/1 ’03 = °>67 ШТ/МИН.
По этим результатам можно прогнозировать производительность
машины и проектировать ее кинематическую настройку.
Если оптимизацию режимов обработки производят для действую-
щего оборудования, величина v0 является вполне определенной—
это скорость, на которую настраивают автомат до оптимизации.
102

Все исходные величины для расчета /р, /х, te. 2 Со/ можно "не-
посредственно замерить путем эксплуатационных исследований
(см. гл. II), что значительно повышает достоверность всех расчетов
по оптимизации. Так, время рабочих /Ро и холостых /х ходов опре-
деляют непосредственно из фактической циклограммы.
Внецикловые потери по оборудованию и инструменту рассчиты-
вают по данным баланса затрат фонда времени автомата (см. гл. II):
ZCoJ0ii/0p)T; 4 = (0ш/0Р)Л
где 0ц —простои по инструменту к плановому фонду времени,%;
0т — простои по оборудованию к плановому фонду времени, %;
0р— работа автомата к плановому фонду времени, %; Т — дли-
тельность рабочего цикла автомата.
Как видно, баланс затрат фонда времени (см. гл. II) позволяет
не только определять эксплуатационные характеристики автомата
и резервы повышения его производительности при сокращении
потерь, но и рассчитывать оптимальные режимы обработки. При
этом отпадает необходимость в определении фактических значений
средней длительности замены инструмента ti и его средней стой-
кости tQi\ так, при проектных расчетах искомую величину потерь
рассчитывают сразу для всех инструментов.
Пример 2, Определить, являются ли оптимальные режимы обработки на
токарном многошпиндельном автомате, где все инструменты — твердосплавные
(/и = 5), Согласно проведенным эксплуатационным исследованиям, простои
по инструменту составляют 0П = 10,8% фонда времени, простои по оборудова-
нию 0Ш = 8,3%; работа 06 = 68,0%. Длительность обработки £ро = 24 с =
= 0,4 мин; холостых |ходов ^цикла /х =3,5 с = 0,06 мйн; рабочего цикла
Т = /ро + tx = 27,5 с = 0,46 мин. При изменении режимов обработки длитель-
ность холостых ходов не изменяется (tx = const).
Технологическая производительность автомата при исходных режимах
Ко = 1	= 60/24=2,5 шт/мин.
Внецикловые потери по инструменту и оборудованию:
2 Со, = (0п/0р) Т = (10,8/68,0) (24/60) =0,064 мин/шт;
^=(0in/0p) Г = (8,3/68,0) (24/60) =0,05 мин/шт.
Техническая производительность (без учета организационных простоев)
Q° = fpo + <x + SCo/+^ = 0,46 + 0,064 + 0,05 = 1,74 ШТ/МИН‘
Коэффициент интенсификации режимов, обеспечивающих максимум произ-
водительности,
max m .---------------5 r----------------- ’	•
У Ко (гп - 1) S CQi /2,5 (5-1)0,064
Максимально возможная техническая производительность автомата при
данной наладке
К х
~_______________________'Утах_____________________
max-^raax (\ + + m/<m +1) Кко	» S Со."
2,5-1,04	,
=------------------------------— 	=1,7Я шт/мин.
2,5 • 1,04 (0,06 + 0,05)+5/(5 -1) К2,5 (5 - 1) 0,064
103

Оптимальные режимы обработки при фх = 1,03
Хтах	!’04
у-------------____________________________________0 Q3
(Фх-О^тах + З)^-!	0,03(2,5-0,06.1,03+3)+ 1
Таким образом, режимы, установленные на автомате, близки
к оптимальным.
Глава V
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОПОЗИЦЙОННЫХ
АВТОМАТОВ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
§ 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Основой проектирования любого автомата или линии является
технологический процесс, задачей которого является получение
готовых изделий заданного качества с помощью рабочих инстру-
ментов. При этом под комплектом инструмента понимают то мини-
мально необходимое и достаточное количество орудий обработки,
которые обеспечивают выполнение данного технологического про-
цесса. Величину комплекта определяют объемом и методами обра-
ботки. Комплектом инструмента являются, например, пуансон и
матрица — при штамповке; сверло, зенкер и метчик -4- при обра-
ботке резьбовых отверстий и др.
Таким образом, в любой технологический процесс входят,
с одной стороны, изделие, заключающее в себе материал, требуемую
форму, размеры, показатели качества и т. д., с другой стороны,
методы обработки, способы технологического воздействия на обра-
батываемый материал.
В этом заключается сходство технологических процессов и авто-
матизированного, и неавтоматизированного производства.
Их основное отличие состоит в том, что технологические про-
цессы неавтоматизированного производства проектируют из обеспе-
чения главным образом качества обработки. Технологические про-
цессы автоматизированного производства проектируют исходя из
обеспечения не только качества, но и количества обрабатываемых
изделий, с широким использованием принципа совмещения опера-
ций.
Простейшим вариантом построения любого технологического
процесса неавтоматизированного производства при выбранных ме-
тодах, технологическом маршруте и режимах обработки является
полная обработка изделия в одной позиции при последовательном
выполнении всех составных операций.
В этом случае легко определить итоговую, суммарную длитель-
нэсть протекания технологического процесса /р0, которая зависит,
с одной стороны, от характера детали, ее сложности и т. д., с дру-
104

гой — от прогрессивности выбранных методов и режимов обра-
ботки. Таким образом, технологическая^ производительность
является характеристикой технологического процесса обработки
изделия, безотносительного к структуре машины.
Для примера на рис. V-1 показан чертеж ступенчатого вала.
Технологический маршрут обработки складывается из фрезерова-
ния торцов, их зацентровки, черновой и чистовой обточки всех
ступеней, обработки фасок и канавок. Общее время обработки
равно суммарной длительности всех операций. Время каждой опе-
рации определяется объемом обработки (длина I и диаметр d обра-
батываемой поверхности, ширина обработки и др.) и выбранным
методом обработки, а также его режимами .— скоростью резания v
Рис. V-1. Типовая обрабатываемая деталь — ступенчатый вал
и податей s; для операций обточки это время можно подсчитать
по формуле
^Р1 — пр/пш== (jrdZ)/(1000ttf),
we np — число оборотов шпинделя на выполнение операции; иш —
частота вращения шпинделя, об/мин; v — скорость резания, м/мин;
I — длина хода инструмента, мм; s — подача, мм/об.
Длительность обработки равна суммарному времени всех опе-
раций:
^Ро = -^Рг
Технологическая производительность
Величина К'а характеризует возможности данного технологиче-
ского процесса по выпуску продукции в его простейшем варианте,
который, как правило, и реализуется в неавтоматизированном
производстве. Так, вал, показанный на рис. V-1, можно полностью
обработать на универсальном токарном станке. Такой вариант обес-
печивает требуемое качество обработки, однако является наименее
производительным, так как в любой момент в работе находится
не более одного инструмен та (однопнструментная обработка). После-
довательно, без совмещения во времени совершаются и холостые
105

(вспомогательные) операции (установка заготовок, их зажим и раз-
жим, подвод инструментов, съем готовых деталей и т. д.).
Однако, если для полной обработки тех же изделий спроектиро-
вать однопозиционный автомат или полуавтомат (рис V-2,a), сум-
марное время обработки значительно сократится за счет совмеще-
ния между собой рабочих и холостых ходов. Так, в автоматическом
цикле можно одновременно производить обработку обоих торцов,
обточку нескольких шеек, прорезку всех канавок и снятие фасок
(многойнструментная обработка). Время рабочего хода /Ро <
определится уже суммарной длительностью только цепочки несовме-
щенных операций: обработка одного торца, черновая и чистовая
строения машин, выполняющих одина-
ковый объем обработки:
а — однопозиционный автомат с много-
инструментной обработкой; б — группа
автоматов с дифференцированным техноло-
гическим процессом; в — многопозицион-
ный автомат с дифференцированным и
концентрированным технологическим про-
цессом
обточка одной шейки, прорезка
одной канавки.
Технологическая производи-
тельность
Ко= l/tp=K'9U, (V-1)
где U — количество одновремен-
но работающих инструментов.
Величина характеризует
не только прогрессивность тех-
нологии, но степень совмеще-
ния операций в машине. Тем
самым производительность одно-
позиционного автомата значи-
тельно выше, чем универсаль-
ного станка, даже при тех же
методах, технологических мар-
шрутах и режимах обработки.
Широкое использование метода совмещения операций является
важнейшей особенностью технологических процессов автоматизиро-
ванного производства, основой построения всех многопозиционных
машин и автоматических линий.
Возможность повышения производительности машин благодаря
только многоинструментной обработке, как правило, невелика.
Стремление применить многоинструментную работу часто приводит
к чрезмерному увеличению числа суппортов на станке с несораз-
мерно большим количеством одновременно работающих инструмен-
тов. В этих случаях ограничиваются геометрическим решением
задачи, находя возможности для размещения суппортов, механиз-
мов их привода и резцовых державок. Большое количество инстру-
ментов на рабочей позиции, перегружая рабочее место, затрудняет
сход стружки, ухудшает охлаждение инструмента, увеличивает
усилия, действующие на деталь, и т. д. Все это обнаруживается
уже в процессе эксплуатации станка и нередко приводит к сокра-
щению числа одновременно работающих инструментов.
Повышение производительности можно обеспечить путем даль-
нейшего развития принципа совмещения — дифференциации тех-
106

нологического процесса и концентрации операций, что приводит
к созданию многопозиционных машин.
Любой технологический процесс автоматизированного произ-
водства состоит из отдельных элементов — операций, выполняемых
целевыми механизмами рабочих и холостых ходов. Дифференциация
технологического процесса заключается в том, что технологический
процесс расчленяется на операции, выполняемые на различных рабо-
чих позициях машины или линии, через которые последовательно
проходит обрабатываемое изделие, пока не получит полного объема
технологического воздействия.
При дифференциации любой технологический процесс расчле-
няется прежде всего на составные операции, поэтому объем обра-
ботки, выполняемый каждым конкретным механизмом, может быть
различным.
Составная рабочая операция — это часть технологического про-
цесса, которая может быть выполнена одним целевым механизмом
и одним инструментом в соответствии с требованиями качества.
Если дифференциацию ограничить делением на составные опе-
рации, то для осуществления всего технологического процесса
необходимы минимальный комплект инструмента и система после-
довательно расположенных однопозиционных машин, число кото-
рых равно числу составных операций (рис. V-2,6).
Например, технологический объем обработки вала (см. рис. V-1)
можно дифференцировать на шесть частей: 1) фрезерование и за-
центровка торцов; 2) черновая обточка с одной стороны; 3) черновая
обточка с другой стороны; 4) чистовая обточка с одной стороны;
5) чистовая обточка с другой стороны; 6) обточка фасок и канавок.
Если каждую часть технологического процесса осуществлять на
однопозиционной машине, получим поточную линию из шести авто-
матов или полуавтоматов (одного фрезерно-центровального, четы-
рех токарно-копировальных и одного токарно-отделочного).
Если дифференциацию объема обработки продолжить дальше,
разделяя составные операции на более элементарные части, то про-
цесс обработки даже в пределах одной операции становится дискрет-
ным, требуя одновременно дополнительного количества одноимен-
ных инструментов, которые выполняют уже не составную операцию,
а только часть ее — с неизбежными перерывами в обработке одной
детали. Так, если выполняется операция сверления отверстия на
всю глубину или обработка одним резцом на всю длину согласно
чертежу изделия, то это означает выполнение составной операции
одним инструментом. Если дробить процессы сверления, резания
и другие на более элементарные части (несколько элементарных
однородных операций), то потребуется не один инструмент, а не-
сколько однотипных. При этом комплект инструмента возрастает
по сравнению с технологически необходимым. К такому дроблению
прибегают, чтобы сделать все операции во времени равновеликими
и соизмеримыми.
Последовательное выполнение дифференцированного технологи-
ческого процесса — составных или раздробленных операций —
107

на группе операционных автоматов (рис. V-2, б) обеспечивает пол-
ный объем обработки за время, равное времени одной операции,
выполняемой каждым автоматом. При этом в обработке одновре-
менно находится число изделий, равное числу операций, т. е. числу
операционных автоматов, и готовые изделия выдаются через про-
межуток времени, равный рабочему циклу однопозиционного авто-
мата.
Дифференцируя общий объем обработки в различной степени,
т. е. варьируя число последовательных позиций обработки q, полу-
чаем различную длительность обработки на одной позиции /р,
а следовательно, различную технологическую производительность К.
Если возможно дифференцировать весь объем обработки на равные
части, то
=	K = KQq.	(V-2)
Концентрация операций заключается в том, что отдельные опе-
рации, выполняемые так же одновременно, как и в группе одно-
позиционных автоматов, концентрируются водном автомате
(рис. V-2, в). Так появились много позиционные автоматы, а затем
и автоматические линии последовательного, парал-
лельного и параллельно-последователь-
ного действия. Наиболее характерными для технологии
автоматизированного производства являются сложные технологи-
ческие процессы, состоящие из множества разнородных видов
обработки. Для таких процессов концентрация операций выра-
жается сосредоточением в одной машине последовательно выпол-
няемых разнородных операций дифференцированного технологиче-
ского процесса. При этом один технологический комплект инстру-
мента, который необходим в машине, рассредоточен по позициям,
как в группе однопозиционных машкн, работающих последова-
тельно. В этом случае длительность рабочего цикла автомата или
линии определяется продолжительностью наиболее длительной
операции, а также холостыми ходами цикла — подачей, зажимом,
транспортированием изделий из позиции в позицию.
Если принцип дифференциации технологического процесса,
открытый еще в эпоху мануфактурного производства, характерен
для любых форм современного поточного производства, то приме-
нение принципа концентрации операций — неотъемлемое свойство
автоматизированного производства.
§ 2. ВИДЫ МНОГОПОЗИЦИОННЫХ АВТОМАТОВ
В условиях неавтоматизированного производства при выбран-
ных методах, маршруте и режимах обработки технологический
процесс имеет ограниченную вариантность построения, а следова-
тельно, ограниченную вариантность выбора типов универсального
неавтоматизированного оборудования.
При проектировании автоматизированного оборудования воз-
можно большое число технологических вариантов, отличающихся
108

различной степенью дифференциации и концентрации операций,
а следовательно, вариантов построения машин. Все эти варианты
идентичны по показателям качества обработки (суммарное время
технологического воздействия на каждое изделие /р' = const), но
отличаются по показателям производительности вследствие раз-
личной величины длительности обработки и внецикловых по-
терь.
Это положение можно иллюстрировать на примере технологи-
ческого процесса откачки электровакуумных приборов (вакуумной
обработки). Для выполнения откачки готовый прибор вставляется
специальной трубкой (штенгелем) в вакуумный зажимной патрон;
который подключается к откачной системе (вакуумным насосам)
и обеспечивает не только базирование прибора в процессе обработки,
но и герметизацию вакуумной системы (рис. V-3, а).
Сложность процесса создания требуемой степени вакуума
внутри прибора заключается в необходимости откачать не только
свободные газы, но и адсорбированные стенками колбы, арматурой
и др., что представляет особые трудности. Технологический про-
цесс происходит следующим образом. Сначала вакуумное гнездо
с прибором подключают к мощным вакуумным насосам, которые
производят предварительную откачку, удаляя основную массу
свободного воздуха, после чего производят проверку герметичности
прибора (отсутствие трещин в колбе и т. д.).
Если прибор герметичен, вакуумное гнездо снова подключают
к откачной системе — производят откачку форвакуумными насо-
сами. Затем включают прогрев арматуры прибора, например,
с помощью катушек токами высокой частоты. Начинается бурное
выделение адсорбированных газов, которые также откачивают
насосами. Затем подают ток накала на катод прибора, происходит
его тренировка и обезгаживание. Когда давление газов в приборе
достигает 10"2—10~3 мм рт. ст., вместо механических форвакуум-
ных насосов к вакуумному гнезду подключают высоковакуумные
диффузионные насосы, которые обеспечивают дальнейшую откачку
остаточных газов, окончательный вакуум достигается распылением
химического поглотителя (гетера).
Достижение необходимой степени разрежения требует, таким
образом, разнообразных технологических воздействий, определен-
ных по длительности и согласованности между собой во времени,
что иллюстрируется технологической диаграммой (рис. V-3, б).
Его выполнение обеспечивает постепенное снижение давления
в приборе. Как только вакуум достигает требуемой величины,
происходит нагрев выступающей над патроном части штенгеля
(рис. V-3, а), отпай прибора и его герметизация.
Если для откачки используют однопозиционную машину (так
называемый откачной пост), то суммарное время обработки, время
рабочего хода, согласно технологической диаграмме (рис. V-3, б),
/Ро = 400 с. Как видно, оно складывается из длительности несовме-
щенных- операций, кроме операций прогрева арматуры "и трени-
ровки катода, которые являются совмещенными.
109

При дифференциации и концентрации операций на многопози-
ционном автомате технологический прогресс совершается таким
Рис. V-3. Технологический процесс откачки электровакуум-
ных приборов:
а — откачиваемый прибор в вакуумном гнезде; б — диаграмма
технологического воздействия на изделие
образом, что в каждой позиции выполняется только часть техно-
логического воздействия длительностью
(V-3)
где q — число рабочих позиций. Например, если технологический
процесс дифференцирован на 10 частей, т. е. многопозиционный
ПО

автомат имеет q = 10 рабочих позиций (рис. V-4, а), длительность
обработки на каждой позиции составит
г'р = /ро/7 = 400/10 = 40 с.
Первые семь рабочих позиций (/—VII) согласно диаграмме
(рис. V-4, б) подключают к форвакуумным
к высоковакуумным. На позициях
VI—X устанавливают катушки ТВЧ
для нагрева арматуры, на позициях
VIII—X подают ток накала на катод.
Распыление гетера и отпай прибора
производят на позиции X, удаление
остатка штенгеля — на позиции XI,
установку нового прибора — на пози-
ции XII. Последние две позиции
(XI—XII) являются холостыми.
Легко видеть, что применение
принципа совмещения операций позвЬ-
ляет резко повысить производитель-
ность. Так, для рассматриваемого тех-
нологического процесса время рабо-
чего цикла однопозиционной откач-
ной машины
T=fp.-Hx,
где — время установки и закрепле-
ния прибора в гнезде, подвода и отвода
катушек ТВЧ, разжима и удаления ос-
татка штенгеля из гнезда после отпая.
При /х = 20 с рабочий цикл и
цикловая производительность:
Т = 400 + 20 = 420 с = 7 мин;
Q = 1/7 = 0,144 шт/мин = 8,6 шт/ч.
Для многопозиционного автомата
или полуавтомата рабочий цикл
насосам, последние —
Рис. V-4. Вариантность построе-
ния многопозиционной откач-
ной машины с дифференциро-
ванным и концентрированным
технологическим процессом:
Т1 — t In4-t	а — схема многопозиционной ма-
Ро'т I х’	шины: /-—X/7 — рабочие и холо.
4.	стые позиции; б — зависимость вре-
где 4Х ВреМЯ поворота стола (ШПИН- Мени рабочего хода от числа пози-
дельного блока) ИЗ ПОЗИЦИИ В ПО-	ций обработки
зицию.
Остальные холостые ходы совмещены (загрузка, зажим, удаление
штенгеля), т. е. совершаются на позициях XI и XII во время стоян-
ки шпиндельного блока, когда производятся и рабочие процессы.
Для откачного автомата с десятью рабочими позициями
(рис. V-4, а) при времени поворота tx = 3 с рабочий цикл и произ-
водительность:
7=400/104-3 = 43 с=0,72 мин;
Qu= 1/7= 1/0,72= 1,4 шт/мин = 84 шт/ч.
111

Таким образов, создание автомата с десятью рабочими пози-
циями на основе дифференциации и концентрации технологического
процесса позволяет повысить цикловую производительность по срав-
нению с однопозиционной машиной в ср = 84/8,6 = 9,7 раза.
Так как технологические процессы автоматизированного произ-
водства проектируют с точки зрения как качества изделий, так и
производительности, задачи построения
а)	многопозиционных автоматов и линий
“ДИ	решаются прежде всего с позиций тео-
' Г	рии производительности. Производитель-
5)	9	ность многопозиционных автоматов и
автоматических линий зависит от вы-
бранной степени дифференциации и кон-
центрации операций, т. е. от их числа
позиций.
В общем виде характер зависимости
длительности обработки от числа рабо-
чих позиций показан на рис. V-4, б.
Как видно, увеличение степени диффе-
ренциации и концентрации технологиче-
ского процесса позволяет резко сокра-
тить время рабочих ходов, а следова-
тельно, и длительность рабочего цикла.
Технологические процессы механиче-
ской обработки, как правило, трудно
дифференцировать равномерно на состав-
ные или более мелкие операции. Кроме
того, технологически не всегда возможно
расчленить технологический процесс на
любое числа частей q; обычно существует
минимальное и максимальное число q.
Поэтому производительность много-
позиционных автоматов с однопоточной
обработкой (рис. V-4, а) имеет пределы;
для более высокой производительности
необходимо создавать многопозицион-
ные автоматы и линии с многопоточ-
ной обработкой.
Таким образом, основным движущим
ТОВ
фактором развития многопозиционных
автоматов и автоматических линий являются постоянно растущие
требования к количеству с необходимым качеством выпускаемой
продукции в условиях автоматизированного производства.
При невысоких требованиях к производительности обработку
изделий производят на однопозиционных машинах, которые имеют
технологически необходимый комплект механизмов рабочих и хо-
лостых ходов и инструментов (рис. V-5, а).
Согласно циклограмме рис. V-6, время рабочего хода форми-
руется с учетом некоторого возможного совмещения операций
19
Э
112

между собой, при этом частично совмещены и холостые ходы, однако
общая длительность рабочего цикла весьма велика.
Повышение требований к производительности приводит к диф-
ференциации технологического процесса на отдельные операции,
выполняемые системой однопозиционных машин, каждая из кото-
рых производит, как правило, одну составную и совмещенные с ней
операции, допустимые конструкцией детали и принятым техноло-
гическим процессом (многоинструментная обработка). Тем са-
мым формируется технологическая цепочка, состоящая из q одно-
позиционных машин (рис. V-5, б).
Изделия последовательно передаются из позиции в позицию,
получая постепенно весь объем технологического воздействия.
При этом достигается существенное повышение производитель-
ности, так как интервал выпуска равен длительности одной состав-
ной операции обработки плюс время холостых ходов на загрузку
Механизмы
Механизм поддай
механизм зажима
Суппорт I______
Суппорт U______
Суппорт Щ
Суппорт ff
Рис. V-6. Циклограмма однопозиционного автомата, пол-
ностью выполняющего технологический процесс
изделий, зажим и разжим, подвод инструментов и т. д. Дальней-
ший рост требований к производительности приводит к тому, что
одна технологическая цепочка машин с дифференцированным тех-
нологическим процессом уже не в состоянии обеспечить производ-
ственную программу; поэтому появляются дублеры — р технологи-
ческих цепочек из q машин (рис. V-5, в). Такая система является
конструктивным воплощением дифференцированного технологиче-
ского процесса с первой ступенью концентрации операций (много-
инструментная обработка в одной позиции).
Принцип построения многопозиционных автоматов и автомати-
ческих линий заключается в том, что в них концентрируются или
одноименные, или разноименные, или одновременно те и другие опе-
рации .технологического процесса. В зависимости от типа концентри-
руемых операций различают автоматы и линии последовательного,
параллельного и последовательно-параллельного действия.
В автоматах и линиях последовательного действия концентри-
руют разноименные операции обработки, контроля, сборки, после-
довательно выполняемые на одном изделии (рис. V-5, г).
Если составные операции технологического процесса не диффе-
ренцированы, то машина последовательного действия имеет один
комплект инструмента, рассредоточенный по рабочим позициям
113

в порядке, заданном технологическим маршрутом обработки дан-
ного изделия.
В автоматах и линиях параллельного действия концентрируют
одноименные операции дифференцированного технологического про-
цесса (рис. V-5, д).
В машинах последовательно-параллельного (смешанного) действия
концентрируют как разноименные, так и одноименные операции
(рис. V-5, е).
Наиболее распространенным типом многопозиционных автома-
тов являются автоматы и полуавтоматы последовательного дей-
ствия с дискретным перемещением обрабатываемых изделий из по-
зиции в позицию.
Как показывает циклограмма (рис. V-7), все операции обра-
ботки выполняются одновременно (на различных рабочих пози-
Механизмы
Механизм подачи
Механизм зажима
Суппорт I
Суппорт Д________
Суппорт Ш
Суппорт 1У_______
механизм поворота
механизм фиксации
*Ртах
Рис. V-7. Циклограмма многопозиционного автомата по-
следовательного действия
циях); на холостых позициях происходят подача и зажим заготовок,
которые являются совмещенными операциями и на длительность
рабочего цикла не влияют. Под рабочей позицией понимается зона
действия механизмов рабочих ходов и инструментов, в пределах
которой они могут непосредственно воздействовать на обрабаты-
ваемые изделия. В автоматах последовательного действия позиции
являются стационарными, так как механизмы рабочих и холостых
ходов базируются на неподвижных узлах машины (станина, бабка,
направляющая), совершая по ним возвратно-поступательные, кача-
тельные и иные перемещения, необходимые для технологического
воздействия или вспомогательных операций. Каждое изделие после-
довательно проходит через все рабочие позиции.
Длительность рабочего цикла автоматов последовательного дей-
ствия равна интервалу времени между двумя срабатываниями
основных механизмов (суппортов, механизмов поворота и фиксации,
автооператоров и др.) и соответствует интервалу выпуска одного
изделия (или порций изделий).
Рабочий цикл автоматов последовательного действия при равно-
мерной дифференциации технологического процесса
+	(V-4)
114

где tx — время поворота и фиксации поворотного устройства (стола,
шпиндельного блока, карусели); tp, — суммарное время технологи-
ческого воздействия на обрабатываемое изделие согласно принятому
технологическому процессу; q — число рабочих позиций.
При неравномерной дифференциации технологического процесса
время рабочего хода равно времени наиболее длительной операции
Ux (Рис. V-7):
В автоматах и линиях параллельного действия, как правило,
концентрируются одна составная операция и совмещенные с ней
Механизмы
Механизм подачи
механизм зажима
Суппорт!
механизм подачи
механизм зажима
Суппорт!
механизм подачи
механизм зажима
Суппорта
механизм подачи
механизм зажима
Суппорта.
Рис, V-8. Циклограммы многопозиционных автоматов
параллельного действия:
а — при одновременной обработке на всех позициях; б -? при
смещении рабочих циклов по фазе
(рис. V-5, д). Поэтому каждая позиция имеет один механизм рабо-
чего хода (суппорт, инструментальный блок и т. д.). В простейшем
варианте, обработка на всех позициях машины параллельного дей-
ствия происходит одновременно (рис. V-8, а). Сначала следуют
общие холостые ходы рабочего цикла tx, затем одновременная обра-
ботка на всех позициях (/Pi); итого за длительность рабочего цикла
Т = tfi + 4 выпускается р штук или порций годной продукции.
Не следует смешивать понятия параллельности и одновремен-
ности действия рабочих машин. Термин «параллельность действия»
подразумевает параллелизм в работе одноименных механизмов и
инструментов, т. е. выполнение ими одноименных или сходных
функций, но не одновременность действия. Поэтому автомат парал-
115

дельного действия остается таковым и в случае, если циклы обра-
ботки смещены по фазе (рис. V-8, б), что делается для более равно-
мерной загрузки электродвигателей, сокращения холостых ходов
при загрузке-выгрузке и т. д.
Если количество позиций р велико, время обработки на двух
или нескольких позициях перекрывается, т. е. обработка происхо-
дит одновременно (рис. V-8, б). При кратковременной обработке
и длительных холостых ходах обработка на одной позиции закан-
чивается раньше, чем начинается на следующей. Однако во всех
этих случаях автомат остается автоматом параллельного действия,
в котором на каждый интервал времени работы Т выпускается
р изделий или порций изделий.
Длительность рабочего цикла автоматов параллельного действия
определяется интервалом времени между двумя срабатываниями
основных механизмов (например, суппортов, инструментальных
Рис. V-9. Варианты проектирования шестипозиционных машин:
а — автомат последовательного действия: q = 6, р = 1; б — автомат после-
довательно-параллельного действия: q = 3, р = 2; в — автомат последова-
тельно-параллельного действия: q = 2, р = 3; г — автомат параллельного
действия: q = 1, р = 6
блоков). Однако если в автоматах последовательного действия дли-
тельность рабочего цикла совпадает с ^интервалом выпуска (Т = Тв),
то в автоматах параллельного действия за период рабочего цикла
(для роторной машины, например, равный одному обороту ротора)
выпускается р изделий (Т = Тй р).
Если в автомате или автоматической линии концентрируются
и разноименные и одноименные операции, получаем автомат или
линию последовательно-параллельного или смешанного действия,
где в каждом из р потоков изделие проходит обработку на q после-
довательных позициях (см. рис. V-5, е).
Любой многопозиционный автомат создается, как правило, по
различным вариантам. Так, шестипозиционный автомат можно
спроектировать как автомат последовательного (рис. V-9, а), после-
довательно-параллельного (рис. V-9, б, в) и параллельного дей-
ствия (рис. V-9, г). С увеличением числа позиций количество воз-
можных вариантов построения автомата увеличивается. Так, для
двенадцатипозиционного автомата их имеется уже шесть.
Применение метода совмещения операций позволяет широко
использовать принципы стандартизации при проектировании авто-
матов и автоматических линий, так как большая часть позиционных
механизмов идентичны. Так, в автоматах параллельного действия,
116

где на всех позициях происходят одни и те же операции обработки,
имеется комплект из р идентичных механизмов рабочих и холостых
ходов, которые и по конструкции, как правило, одинаковы. В авто-
матах последовательного действия даже самого различного назна-
чения имеются идентичные механизмы, например поворотный стол,
механизмы его поворота и фиксации, приводы шпинделей и др.,
которые можно унифицировать. Имеются широкие возможности
унификации и позиционных механизмов (агрегатные силовые го-
ловки, силовые и подкатные столы, их направляющие и т. д.).
Подробнее применение принципов унификации при проектировании
автоматов и автоматических линий рассмотрено в гл. JVII, § 3.
§ 3. АВТОМАТЫ И ЛИНИИ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
Автоматы и линии последовательного действия создают для пол-
ной или частичной обработки сложных изделий. В них всю обра-
ботку дифференцируют, разбивая на группы операций, стремясь
к одинаковой их продолжительности и располагая в различных
позициях согласно принятой технологической последовательности.
Обработку ведут во всех позициях одновременно; изделие последо-
вательно проходит через все позиции и обрабатывается в них раз-
Рис. V-10. Развитие структурных схем компоновки автоматов и автомати-
ческих линий последовательного действия
личными группами инструментов согласно технологическому про-
цессу так, что в обработке одновременно находится число изделий,
равное числу позиций.
Как показано выше, полную обработку изделия длительностью
/Ро можно выполнить и в однопозиционном автомате (рис. V-10, а).
Требования к- повышению производительности привели к созданию
автоматов последовательного действия с дифференциацией и кон-
центрацией технологического процесса (рис. V-10, б). При неболь-
шом числе позиций более рациональной является, однако, компо-
новка автоматов с расположением позиций по окружности
(рис. V-10, в). Дальнейший рост требований к повышению произ-
водительности влечет за собой увеличение степени дифференциации
и концентрации операций и числа рабочих позиций (рис, V-10, а).
117

Однако при большом числе позиций нерациональной оказывается
уже круговая компоновка из-за наличия большого «мертвого»
пространства внутри автомата. Отсюда возврат к линейной компо-
новке (рис. V-10, д).
Постепенное возрастание количества последовательных позиций
(рис. V-10, в, г, д) приводит к снижению надежности в работе, так
как любой отказ инструмента или механизма вызывает останов
всей системы из-за наличия жесткой связи между позициями.
Поэтому для уменьшения общих потерь систему делят на отдель-
ные участки, между которыми располагают магазины-накопители
(рис. V-10, е), компенсирующие простои соседних участков. Так,
в случае отказа первого участка второй участок получает заготовки
из накопителя на границе между первым и вторым участком. Если
первый участок работает, а второй простаивает, заготовки посту-
пают в накопитель.
Однако при малом числе позиций в участке становится целесо-
образным возврат к круговой компоновке позиций (рис. V-10, ж).
Приведенный анализ показывает,, что принципиального отличия
между автоматами и автоматическими линиями не существует.
Системы (рис. V-10, б, в, г, д) с равным основанием могут быть
отнесены и к многопозиционным автоматам, и к автоматическим
линиям. И те, и другие имеют единые законы построения, единые
закономерности производительности.
Важнейшей задачей проектирования автоматов и линий после-
довательного действия является выбор оптимальной степени диффе-
ренциации и концентрации технологического процесса, т. е. наивы-
годнейшего числа позиций q. Она решается на основе законов
агрегатирования рабочих машин по критерию высокой производи-
тельности.	(
Производительность однопозиционной машины, полностью вы-
полняющей заданный технологический процесс,
<2i=l/(/p. + /x0 + ^C + 4),	(V-5)
где /Ро — суммарное время технологического воздействия согласно
принятому технологическому процессу; /Хо — суммарное время не-
совмещенных холостых ходов (загрузка и съем изделий, зажим и
разжим, подвод и отвод инструментов и т. д.); 2 С — потери по
инструменту одного комплекта инструмента; te — потери по обору-
дованию одного комплекта механизмов и устройств.
При этом 2 С 4- 4 = 2 tn — собственные внецикловые потери
однопозиционного автомата. Дифференциация и концентрация опе-
раций при создании многопозиционных автоматов приводят к изме-
нению по величине всех составляющих затрат времени — длитель-
ности обработки и потерь.
Для того чтобы найти зависимость производительности автома-
тов последовательного действия от числа рабочих позиций q, необ-
ходимо определить, как изменяются в зависимости от q величины L,
2 С, te,
118

Согласно расчетной схеме (рис. V-l 1), технологический процесс
дифференцируют таким образом, что комплект инструмента рас-
средоточивается на все q рабочих позиций. Если принять, что
дифференциация равномерная, время обработки в i-й позиции
*P=W<7-
Время холостого хода, равное времени поворота шпиндельного
блока из позиции в позицию, не зависит от характера технологи-
ческого процесса и определяется лишь динамическими характери-
стиками машины. Поэтому в первом приближении оно не зави-
сит от числа позиций
= const).
При дифференциации
технологического про-
цесса на q частей в i-й
Рис. V-12. Зависимость рабочих, холостых
ходов и внецикловых потерь автомарв после-
довательного действия от числа рабочих по-
зиций
Рис. V-11. Расчетная
схема для определения
оптимального числа
позиций автоматов по-
следовательного дей-
ствия
позиции имеется \/q часть инструмента, отсюда собственные вне-
цикловые потери i-й позиции
ед+4.
Так как отказ любой позиции приводит к останову всей машины,
ее собственные внецикловые потери
2 ta = tn.q=[(S Ci/q) + te] q = S Ct + teq.	(V-6)
Графики зависимости всех составляющих затрат времени от
числа рабочих позиций q показаны на рис. V-12.
Подставляя значения длительности рабочего цикла и собствен-
ных внецикловых потерь в общую формулу производительности,
получаем функциональную зависимость производительности машин
последовательного действия от числа рабочих позиций:
Q —----i__— _________1------- = ------------------ /V-7)
4 r+S'n	7к0(гх+у + к0Е^ + 1- <V П
119

На рис. V-13 показаны графики зависимости производительности
автоматов последовательного действия от числа позиций. При уве-
личении числа позиций производительность сначала растет, а затем
падает вследствие возрастания внецикловых потерь. Следовательно,
значительное увеличение числа позиций может привести к обрат-
ному результату.
Очевидно, для каждого сочетания конкретных условий работы
можно определить наивыгоднейшую степень дифференциации тех-
нологического процесса, т. е. число позиций автомата ?Шах, при
котором обеспечивается максимальная производительность Qmax.
В неавтоматизированном производстве, когда технологический
процесс выполняется группой из q последовательно работающих
Рис. V-13. Зависимость производительности
автоматов последовательного действия рт
числа рабочих позиций
производную dQq/(dq) в формуле (V-7)
однопозиционных машин,
проблемы определения оп-
тимальной степени диффе-
ренциации операций не
существует. Чем больше
дифференцирован процесс
обработки, тем выше тех-
нологическая производи-
тельность и ниже потери
по инструменту каждой
машины. Поэтому с увели-
чением числа позиций q
производительность группы
независимо работающих
станков монотонно возрас-
тает.
Для расчета наивыгод-
нейшего числа позиций
приравняем нулю, откуда
получим
9m ах—
(V-8)
Как показано выше (см. гл. III), внецикловые потери по обору-
дованию te являются комплексным показателем надежности меха-
низмов и устройств автомата, характеризуя их безотказность и
ремонтопригодность:
te == ^®ср»
где со — параметр потока отказов (см. гл. III), характеризующий
их интенсивность; 0ср — среднее время обнаружения и устранения
отказов.
Подставляя в формулу (V-8) значение te и учитывая, что /Ро =
== 1/К0» получаем
<7maX = //p./(®ecp).	(V-9)
Таким образом, наивыгоднейшее число позиций автоматов по-
следовательного действия зависит только от двух факторов — общей
120

Рис. V-14. Зависимость оптимального числа
позиций от надежности в работе механиз-
мов и устройств
длительности обработки детали и надежности в работе позиционных
механизмов и устройств.
Графики зависимости gw от этих факторов показаны на
рис. V-14.
Формула (V-9) и графики позволяют наглядно объяснить тен-
денции в проектировании многопозиционных машин, сложившиеся
в различных отраслях машиностроения. В металлообработке, осо-
бенно при обработке металлов резанием, интенсивность отказов
очень велика (соток, рис. V-14), поэтому число позиций в много-
шпиндельных токарных автоматах целесообразно выбирать неболь-
шим. При этом пределы их колебаний, вызванные различной вели-
чиной потерь, также невелики. Это хорошо подтверждается, напри-
мер, многолетним опытом
конструирования много-
шпиндельных токарных ав-
томатов, которые создают-
ся с числом позиций
q = 4, 6, 8.
И наоборот, в полупро-
водниковом и электрова-
куумном машиностроении
многопозиционные автома-
ты часто имеют число по-
зиций q = 24, 36, 48 и
выше. Это объясняется бо-
лее легкими условиями
работы — обработка без
снятия стружки, с малыми
рабочими усилиями и, сле-
довательно, малой величи-
ной интенсивности отказов соотк (рис. V-14). Формула (V-9) и гра-
фики (рис. V-14) позволяют объяснить также большую разницу
в числе позиций различных машин. Как наглядно показано на
графиках, в зоне малых внецикловых потерь даже незначительное
их сокращение позволяет резко повысить наивыгоднейшее число
рабочих позиций.
Указанные закономерности .изменения производительности и
выбора числа рабочих позиций в равной степени справедливы и
для автоматических линий последовательного действия с жесткой
межагрегатной связью (см. рис. V-10, б, в, г, д). В автоматических
линиях, разделенных на участки, зависимость длительности рабо-
чего цикла от числа позиций сохраняется полностью, как и для
многопозиционных автоматов. Внецикловые потери одного участка
при делении линии по методу равных потерь и полной компенса-
ции накопителями простоев остальных участков составляют
/уч— .X/цМуч—(feQ 4"	С/)/^уч>	(V-10)
где ггуч — число участков, на которое разделена линия.
121

Если компенсация простоев происходит неполностью, что всегда
имеет место из-за ограниченной емкости накопителей, простои i-ro
участка возрастут в w раз:
^ = [(^ + 2^)/^]^,	(V-11)
где w — коэффициент возрастания внецикловых потерь из-за про-
стоев соседних участков.
Подставляя значение /уч в общую формулу производительности,
получаем
Q’-=T+^ = 'P3+[(^+sc;)/V]“'	(V‘12)
Показанные на рис. V-15 графики зависимости производитель-
ности автоматических линий от числа рабочих позиций при раз-
Рис. V-15. Производительность автоматиче-
ских линий последовательного действия при
различном числе позиций и участков, на
которые разделена линия
личном числе участков по-
казывают, что деление ли-
нии на участки позволяет
повысить наивыгоднейшую
степень дифференциации и
концентрации операций
технологического процесса.
При выборе числа по-
зиций линии следует иметь
в виду, что не всегда
можно создать автомати-
ческую линию с числом
позиций, обеспечивающих
теоретически максималь-
ную производительность.
Обычно характер техноло-
гического процесса и кон-
структивные сообр ажен и я
не позволяют выбирать чи-
сло позиций меньше опре-
деленного^ значения (/mm, учитывая, что в каждой позиции может
совершаться, как правило, лишь один ход механизма и инструмента
за рабочий цикл.
Так как линия может включать несколько технологических
участков, на границах которых происходит перебазировка детали,
то минимальное число позиций, определяемое технологическим
процессом t/min, может значительно превышать число позиций,
обеспечивающее теоретически максимальную производительность
tfmax- Таким образом, автоматическая линия может обеспечить
не производительность (^тах, а значительно меньшую вели-
чину.
С другой стороны, всегда существует и максимально возможное
количество рабочих позиций, определяемое невозможностью диф-
ференцирования таких операций, как чистовая расточка, нареза-
ние резьбы и др.
122

Кроме того, следует иметь в виду, что не всегда линия проекти-
руется на максимальную производительность. Обычно при проекти-
ровании линии задается ее проектная мощность QTp, определяемая
потребностью в данных изделиях и другими соображениями.
Если QTp < Qmax, то, построив зависимость производительности
от числа позиций, можно определить оптимальную степень диффе-
ренциации и концентрации операций, которая обеспечивает задан-
ную производительность QTp.
Если QTp > Qmax, то заданная производительность не может
быть обеспечена.
$ 4. АВТОМАТЫ И ЛИНИИ
ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
Для многих процессов, например обработка давлением (штам-
повка, вытяжка, пробивка, обрезка, чеканка и т. д.), сборка, конт-
роль и др., длительность составных операций дифференцированного
технологического процесса весьма мала (порядка одной секунды
и менее). Это практически исключает возможность дальнейшего
дифференцирования технологического процесса путем дробления
составных операций.
Концентрация разноименных операций в многопозиционных
автоматах, как правило, нерациональна, так как время обработки
меньше времени холостого хода (поворота шпиндельного блока).
Для таких операций более целесообразно создание многопозици-
онных автоматов параллельного действия с концентрацией одно-
именных операций.
В основе создания автоматов параллельного действия использо-
ваны однопозиционные машины, выполняющие отдельные операции
дифференцированного технологического процесса (см. рис. V-5, б).
Однако любая однопозиционная машина (рис. V-16, а) имеет
ограниченную производительность; при более высоких требованиях
приходится применять несколько параллельно работающих машин,
выполняющих одни и те же операции (рис. V-16, б). При объедине-
нии таких автоматов в одну конструкцию появляется простейший
автомат параллельного действия (рис. V-I6, в), который представ-
ляет собой, по существу, группу однопозиционных автоматов, ском-
понованных на одной станине. Это позволяет не только сократить
занимаемую площадь, но и упростить конструкцию по сравнению
с отдельными автоматами. Например, привод получается общий,
а число электродвигателей и их мощность уменьшаются. Вместе
с тем отказы на любом из шпинделей вызывают простои всех осталь-
ных, чего нет в отдельных однопозиционных автоматах.
Более удобным с точки зрения обслуживания является автомат
с расположением рабочих шпинделей по окружности (рис. V-16, а),
как более компактный. Однако при ручной загрузке полуавтомат
нельзя пустить, пока все заготовки не будут сменены. С этой точки
зрения более приемлемой является схема на рис. V-16, д. Здесь
автомат или полуавтомат имеет центральный распределительный
123

вал с равномерным вращением, а блок шпинделей остается непод-
вижным.
При вращении распределительного вала, на котором закреплены
кулачки всех механизмов, циклы обработки на всех шпинделях
смещаются по фазе (см. рис. V-8, б). Иными словами, если на одном
шпинделе происходит загрузка, то на втором в это время — зажим
заготовки, на третьем — обработка и т. д.
Неудобство такой схемы заключается в том, что при ручной
загрузке-выгрузке рабочий вынужден ходить вокруг станка одно-
временно с вращением распределительного вала, так как зона за-
грузки-выгрузки меняется, следуя вращению кулачка. При авто-
матической загрузке по той же самой причине станки практически
Рис. V-16. Развитие структурных схем компоновки автома-
тов и полуавтоматов параллельного действия
невозможно встраивать в автоматическую линию. Производитель-
ность автоматов параллельного действия, построенных по всем трем
указанным схемам (рис. V-16, в, г, д), остается практически по-
стоянной.
Производительность автоматов параллельного действия суще-
ственно не меняется и в том случае, если, не изменяя характера
относительных перемещений, остановить распределительный вал и
дать вращение столу автомата (рис. V-16, е). Обработка деталей
в этом случае производится при непрерывном вращении стола,
на ходу.
Такие автоматы получили название роторных и нашли широкое
применение в самых различных отраслях производства.
При большом количестве позиций расположение их по окруж-
ности становится невыгодным из-за большого холостого простран-
ства в центре. В этих случаях применяется конвейерная схема ком-
поновки (рис. V-16, ж).
Роторный принцип работы дает возможность производить за-
грузку и съем обрабатываемых деталей всегда в одной зоне, что
124

позволяет легко встраивать автоматы в линию, а при ручной за-
грузке обеспечивать максимальную простоту и удобства. Таким
образом, применение роторных автоматов особенно эффективно при
обработке мелких деталей простой конфигурации круглого или
прямоугольного сечения, с короткими рабочими циклами, высокой
частотой загрузки и выгрузки заготовок.
По окружности рабочего ротора (рис. V-17, а), который имеет
непрерывное транспортное движение, расположены рабочие шпин-
дели, которые включают инструментальные блоки для выполнения
заданных операций (на рис. V-17, б — пуансон и матрица для
штамповки изделий типа колпачков). Под действием системы непо-
движных торцовых копиров, расположенных сверху и снизу, неко-
торые элементы инструментальных блоков (пуансоны, выталкива-
Рис. V-17. Схема работы роторного автомата:
а — рабочие и холостые зоны; б — развертка рабочей зоны по окружности ин-
струментальных блоков
тели и т. д.) получают в процессе вращения ротора осевые переме-
щения, которые являются технологическими движениями
(рис. V-17, б).
При вращении рабочего ротора посредством транспорт-
ного ротора, заталкивателя или вручную заготовки поступают на
ходу в рабочие позиции, оснащенные инструментальными блоками.
Затем на ходу в той же зоне происходит быстрый подвод инстру-
мента; после этого—технологическое перемещение (штамповка,
вытяжка и т. д.), а в зоне р2 — отвод инструмента. При прохожде-
нии зоны рз инструментальный блок находится в раскрытом, исход-
ном положении. За это время производятся съем готового изделия,
свободный пробег (в это время может производиться осмотр
инструмента, его замена, очистка и т. д.) и загрузка новой за-
готовки.
Таким образом, роторная машина характеризуется тем, что
орудия обработки (инструментальные блоки) перемещаются непре-
рывно по окружности и многократно дискретным образом воздей-
ствуют на обрабатываемые объекты, которые перемещаются по
окружности с той же транспортной скоростью и вступают одно-
кратно в контакт с орудиями обработки.
125

Выше, на рис. 1-12, а, был показан роторный сборочный автомат,
который состоит из рабочего сборочного ротора и двух транспорт-
ных роторов — загрузки и выгрузки. Транспортный ротор за-
грузки — двухъярусный, передача изделий в рабочий ротор проис-
ходит на ходу в зоне соприкосновения благодаря синхронному
вращению с одинаковой транспортной скоростью. После загрузки
собираемых изделий происходит их сближение благодаря осевым
перемещениям ползунов и штоков, приводимых в действие от не-
подвижных копиров, и их сборка. Скорость движения ползунов
определяет технологическую скорость сборки. Выдача готовых из-
делий производится одноярусным транспортным ротором.
Преимуществом роторных автоматов является не только малая
инерционность системы, позволяющая вести обработку малой дли-
тельности с производительностью до 800—1200 об/мин, но и стацио-
нарность всех рабочих зон, идентичность конструкции загрузочных
и разгрузочных устройств, что дает возможность легко и просто
создавать автоматические роторные линии.
Вместе с тем принципиальная основа всех автоматов параллель-
ного действия, в том числе роторных, является одинаковой —
идентичны все методы анализа и синтеза.
При анализе производительности автоматов параллельного дей-
ствия необходимо учитывать влияние тех же факторов, что и для
автоматов последовательного действия.
Очевидно, в автомате параллельного действия за один рабочий
цикл выдается не одно, а р готовых изделий:
Qp=P/(*P-Hx+S'n>-	<v'13)
Время обработки детали в автоматах параллельного действия
по сравнению с однопозиционной машиной (см. рис. V-16, а) не из-
меняется, следовательно, К Ко', = const.
Суммарные внецикловые потери по сравнению с однопозицион-
ной машиной возрастают в р раз, так как р рабочих позиций имеют
р комплектов инструментов для полной обработки детали. Число
механизмов по сравнению с однопозиционной машиной также уве-
личивается в р раз.
Следовательно, производительность автоматов параллельного
действия можно выразить формулой
О —_________£.__________________2^2_________ ZV-141
Чр *p+*x4-P&+EQ)	»+Я<Л+рКо(^+ЕС<)	• 'v lv
По этой же формуле определяют и производительность кон-
вейерных автоматов (см. рис. V-16, ж).
В случае, если имеется группа из р однопозиционных автоматов,
работающих параллельно (см. рис. V-16, б), производительность,
естественно, увеличивается в р раз, так как внецикловые потери
сохраняются на прежнем уровне. Производительность группы не-
зависимо работающих автоматов определяется по формуле
Ор=р/Со/[1 +К0 + /,) +К0 2 С,].	(V-15)
126

Как показывают графики (рис. V-18, а), в противоположность
машинам последовательного действия автоматы параллельного дей-
ствия не имеют точки максимума производительности. Увеличение
числа параллельных позиций не может привести к падению произ-
водительности. Однако это вовсе не означает, что производитель-
ность можно повысить беспредельно только путем одного увеличения
числа позиций. Графики показывают, что постепенно рост произ-
водительности замедляется, асимптотически приближаясь к некото-
рому пределу, величину которого можно определить при усло-
вии оо:
^Ртах =llm I +	+	+	= te + ^Ci ‘	<V’16)
Все методы повышения производительности роторных (см.
рис. V-16, е) и конвейерных (см. рис. V-16, ж) автоматов — увели-
чение числа позиций ма-
шины, повышение ско-
рости вращения роторов
по окружности—спра-
ведливы и по отношению
к стационарным автома-
там параллельного дей-
ствия (см. рис. V-16, в).
Формула (V-16) позво-
ляет оценить возможный
рост производительности
при проведении этих
мероприятий.
При повышении ок-
ружной скорости ротора
или конвейера угол ра-
бочего хода а = 360° —
01	02 (см*
рис. V-17, а) остается
неизменным, а время
рабочих ходов сокра-
щаете я, сл едовате л ьно,
увеличивается значе-
ние К. Однако факти-
ческа я про и зводител ь-
ность при этом растет
непропорционально по-
Рис. V-18. Производительность автоматов па-
раллельного действия в зависимости от числа
позиций:
вышению скорости вра-
щения из-за снижения
а — при различных внецикловых потерях; б — при
различной длительности обработки
коэффициента использо-
вания машины. Как следует из рис. V-18, б, повышение тех-
нологической производительности при постоянном числе позиций р
имеет свой потолок, определяемый величиной внецикловых потерь
машины. Аналогичный потолок имеет и создание роторных
127

и конвейерных машин с увеличенным количеством рабочих по-
зиций.
Графики (рис. V-18, б) показывают, что, хотя производитель-
ность при этом монотонно возрастает, наступает момент, когда
дальнейшее увеличение р бессмысленно, так как выигрыш в произ-
водительности становится ничтожным, а стоимость растет.
Анализ производительности показывает, что наиболее эффек-
тивно повышение производительности роторных и конвейерных
машин при малом значении внецикловых потерь, поэтому их широко
применяют для операций рубки, штамповки, контроля, физико-
химической и другой обработки.
Автоматические линии параллельного действия представляют
собой систему параллельно работающих однопозиционных автома-
тов (см. рис. V-16, б), объединенных системой автоматической
транспортировки изделий.
§ 5.	АВТОМАТЫ И ЛИНИИ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
По схеме последовательно-параллельного действия создаются
наиболее производительные автоматы и все многопоточные автома-
тические линии.
На рис. V-19 показаны схемы различных вариантов автоматов
и линий параллельно-последовательного действия.
На схеме (рис. V-19, а) представлена система из р параллельных
потоков с линейно расположенными последовательными позициями.
По такой схеме строят автоматические линии с жесткой связью,
когда после каждого шага транспортера две или несколько деталей
последовательно перемещаются иа очередные позиции для обра-
ботки.
По схеме (рис. V-19, б) работают автоматы параллельно-после-
довательного действия с расположением рабочих позиций по ок-
ружности. По этой схеме имеется множество различных конструк-
тивных вариантов. Так, 12-позиционный автомат (рис. V-20) можно
спроектировать в четырех вариантах:
а)	с возможностью осуществления шести последовательных опе-
раций двумя параллельными потоками; в этом случае шпиндельный
блок поворачивается на 60°;
б)	с возможностью осуществления четырех последовательных
операций тремя потоками; при этом необходим поворот на 90°;
в)	с возможностью осуществления трех последовательных опе-
раций четырьмя потоками (поворот на 120°);
г)	с возможностью осуществления двух последовательных опе-
раций шестью параллельными потоками (при повороте на 180°).
С увеличением числа позиций в автомате параллельно-последо-
вательного действия количество возможных комбинаций во-
зрастает.
Автоматические линии последовательно-параллельного действия
можно строить по двум основным вариантам:
128

1) линии из автоматов параллельного действия, соединенных
последовательно; если
матические линии так-
же называются ротор-
ными;
2) линии из много-
шпиндельных автоматов
последовательного дей-
ствия, соединенных па-
раллельно.
На рис. V-19,e изоб-
ражена схема автомати-
ческой линии из ротор-
ных автоматов, связан-
ных между собой транс-
портными роторами.
В каждом роторе парал-
лельно (со смещением
по фазе) обрабатывают-
ся пять деталей. На
каждом из роторов вы-
полняется одна опера-
ция; детали, переме-
ща ясь пос ле до вате л ьно
с одного ротора в дру-
гой, постепенно прохо-
дят весь процесс обра-
ботки. На рис. V-19, г
представлена схема ав-
томатической линии, со-
эти автоматы роторного типа, авто-
Рис. V-19. Варианты построения автоматов и
автоматических линий параллельно-последова-
тельного действия
стоящая из многошпиндельных автоматов последовательного дей-
ствия, работающих параллельно.
Рис. V-20. Варианты построения 12-позиционных автоматов параллельно-
последовательного действия
В автоматах последовательно-параллельного действия в обра-
ботку поступает р изделий, которые выдаются за один рабочий
цикл. Отсюда производительность
Q^p/(T+^tn).
б Волчкевич и др.,	129

Рис. V-21. Производительность
автоматов параллельно-последо-
вательного действия в зависи-
мости от числа последователь-
ных позиций q параллельных
потоков р обработки
Технологический процесс обработки общей длительностью /Ро
дифференцирован на q рабочих позиций, следовательно, время
рабочего хода /р = tpJq^ Длительность рабочего цикла
T=(tpJq) + h.
Величину длительности холостых ходов (время поворота
шпиндельного блока, движения шагового транспортера),
так же как и для автоматов последовательного действия, счи-
таем независимой от .числа позиций.
Внецикловые потери одного по-
тока, так же как и для автоматов по-
следовательного действия,
=	+	(V-17)
где 2 Ci — потери одного комплекта
инструмента; te — потери одного ком-
плекта механизмов и устройств (одной
позиции).
Так как все р потоков сблокиро-
ваны (при отказе любого элемента
выходит из строя весь автомат), сум-
марные потери
S/n=/nip=(SG +
+ qte)p = p ^Ci + pqie. (V-18)
Подставляя значения Т и 2/п
в формулу производительности, полу-
чаем	___
О - р -
Ур?- Т +
"Подставляя в (V-19) значение /<0 = 1//Ро, получаем
Qp? = 1 + qKjx + pqK0 (Е Ci + qte) 	<V"20>
Нетрудно заметить, что приведенная формула производитель-
ности автоматов параллельно-последовательного действия является
наиболее общей. Принимая р = 1, получаем автоматы с последова-
тельным действием; если q = 1, то имеем автоматы параллельного
действия.
Диаграмма производительности автоматов параллельно-после-
довательного действия (рис. V-21) показывает, что и здесь имеется
максимум производительности при определенном значении ^тах.
При этом чем больше число параллельных потоков, тем выше произ-
водительность и ниже значение (/max.
Величину (/max МОЖНО ПОЛуЧИТЬ, ВЗЯВ производную dQpql(dq) и
приравняв ее нулю:
9тах = /1/(рКЛ).	(V-21)
130

В отличие от автоматов автоматические линии последовательно-
параллельного действия имеют, как правило, потоки (см.
рис. V-20, г), число которых не влияет на величину внецикловых
потерь; следовательно, внецикловые потери линии определяются
только потерями последовательно сблокированных станков одного
потока:
in = 2 С’ + tfe-
Производительность автоматических линий последовательно-
параллельного действия с гибкой связью
Чр<? П + qKotK + qK0 (L + qte)\ *
Как видно, автоматы и автоматические линии последовательно-
параллельного действия обладают наиболее высоким потенциалом
производительности К = KQpq. Однако большое количество сбло-
кированных воедино механизмов, устройств и инструментов обус-
ловливает высокие внецикловые потери. Поэтому чем сложнее
автомат (выше значения р и q), тем выше требования к надежности
работы механизмов и устройств, стойкости и стабильности инстру-
ментов, уровню системы эксплуатации.
Глава VI
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТОВ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
$ 1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Согласно принятой в СССР Единой системе подготовки техни-
ческой документации, процесс проектирования оборудования имеет
следующие основные этапы: техническое задание, техническое пред-
ложение, технический проект, разработку рабочей докумен-
тации.
При проектировании универсальных и специальных автоматов
достаточно широкого назначения, согласно рабочей документации,
создают опытный образец машины, который испытывают у изгото-
вителя и заказчика, после чего производят доработку конструкции
и технологии, корректировку технической документации, а затем
налаживают выпуск образцов или серии. Аналогичным образом
производят проектирование и запуск в серию типовых автоматиче-
ских линий для изготовления массовых изделий, например подшип-
никовых колец, шестерен и т. д.
Рассмотрим содержание и задачи основных этапов проектиро-
вания автоматизированного оборудования применительно к наибо-
лее сложному случаю — созданию специальных полуавтоматов,
автоматов, автоматических линий, которые проектируют для кон-
кретных изделий и условий производства.
5*	131

Техническое задание является исходным докумен-
том для проектирования. Оно включает чертежи заготовки и обра-
батываемой детали с указанием всех требований по точности
размеров и взаимного расположения поверхностей; требуемую произ-
водительность по возможности с расшифровкой по годам эксплуа-
тации; дополнительные данные о конкретных условиях цеховой
эксплуатации (напряжение в электросети, давление в пневмосети,
характеристика смазочно-охлаждающей жидкости и др.). Для авто-
матических линий, кроме того, заказчиком представляется план
участка, где предполагается смонтировать линию, с указанием
сетки колонн, предполагаемых мест подачи заготовок и выдачи
обработанных на линии изделий, проходов и проездов.
При проектировании технологического оборудования для обра-
ботки специфических изделий или для выполнения оригинальных
(недостаточно апробированных) технологических процессов, напри-
мер электрофизических и электрохимических методов обработки,
в техническом задании часто указывают и технологические режимы
обработки, методы контроля качества и т. д.
Техническое предложение включает в себя раз-
работку технологического процесса и принципиальной схемы автома-
та или линии как предлагаемого проектантами варианта реализации
требований, изложенных в техническом задании. Разработка тех-
нологического процесса включает в себя выбор методов и после-
довательности обработки, технологических баз, режущего и измери-
тельного инструмента, что предопределяет качественную сторону
разработки технологического процесса, т. е. обеспечение требуе-
мого качества изделий, обусловленного расчетами ожидаемой точ-
ности обработки.
Количественная сторона разработки технологического процесса
включает расчет и выбор режимов обработки, оценку возможностей
его дифференциации и концентрации операций в рабочих позициях,
их совмещения. В результате разработки технологического процесса
определяется величина /Рв — суммарное время цепочки несовме-
щенных рабочих операций, т. е. суммарная длительность технологи-
ческого воздействия на изделие.
Разработка принципиальной схемы автомата включает выбор
принципа действия (последовательного, параллельного или сме-
шанного), числа рабочих и холостых позиций, направления геомет-
рической оси машины, ее компоновочной схемы.
Для автоматической линии, кроме того, решают вопросы выбора
числа параллельных потоков обработки, количества межоперацион-
ных накопителей и их емкости, шага рабочих позиций и т. д. Эти
задачи определяют уже по критериям обеспечения заданной произ-
водительности и оптимальных показателей экономической эффектив-
ности проектируемого оборудования. Для этого после разработки
принципиальной схемы производят расчеты ожидаемой производи-
тельности и показателей эффективности, часто с уточнением
и корректировкой технологического маршрута и режимов обра-
ботки.
132

На этапе технического предложения решают также вопросы
выбора типа системы управления (с упорами, копирами, распред-
валом и т. д.), разработки кинематических, пневмогидравлических,
электрических схем проектируемых автоматов и автоматических
линий.
Для наглядности принципиальную схему автомата представляют
графически в виде комбинированной технологической, кинематичес-
кой, пневмогидравлической и других схем, изображенных в соот-
ветствии с предполагаемыми компоновочными решениями для каж-
дого из элементов.
Для проектируемых автоматических линий со сложными техно-
логическими процессами техническое предложение реализуют в виде
технологической схемы обработки, планировки линии с привязкой
к планировке участка согласно техническому заданию, техническим
условиям на поставку линии.
Таким образом, на этапе технического предложения решают все
принципиальные вопросы проектирования автоматов и автомати-
ческих линий и тем самым создают условия для последующей кон-
структивной разработки. Техническое предложение обсуждают и
согласовывают с заказчиком.
Технический проект охватывает основную часть
конструкторской разработки новогооборудования. Он включает в себя
проработку основных целевых узлов и механизмов проектируемо-
го автомата или линии с соответствующими расчетами, составле-
ние циклограммы, разработку заданий на проектирование элек-
тропривода, гидравлических, пневматических, вакуумных систем,
систем смазки и охлаждения. В нем разработаны общие виды
всех механизмов и устройств автомата (в том числе электро-
привод, гидропривод и т. д.) и его общие виды с обязательной
проработкой вопросов взаимной увязки. Для этого на чертежах
общих видов тонкими линиями вычерчивают базовые детали и поверх-
ности, сопряженные части смежных узлов с указанием координирую-
щих размеров, величин рабочих перемещений и т. д. Одновременно
прорабатывают для каждого узла технические условия на изготов-
ление, сборку, регулировку.
Для автоматических линий разрабатывают кроме механизмов и
общих видов встроенных станков общие виды механизмов транспор-
тировки, изменения ориентации, накопления изделий, удаления от-
ходов и др.
Разработка рабочей документации включает
деталирование всех механизмов и узлов согласно разработанным
общим видам и спецификациям, контроль, окончательную отработку
и размножение всей документации, включая паспорт автомата с его
технической характеристикой, руководство по монтажу, наладке и
обслуживанию.
Широкое внедрение комплексной автоматизации производства
требует высокой организации массового производства проектов
новых полуавтоматов, автоматов, агрегатных станков и автомати-
ческих линий, что можно реализовать в первую очередь за счет
133

сокращения сроков и трудоемкости проектирования, повышения
производительности труда конструкторов и технологов.
Эта задача решается путем организации в станкостроительной
промышленности системы специальных конструкторских бюро
(СКВ), способных решать на высоком уровне' самые слож-
ные проблемы комплексной автоматизации обработки, контроля,
сборки.
Наличие крупных конструкторских организаций позволяет ис-
пользовать в процессе проектирования основные принципы, прису-
щие любому поточно-массовому производству, а именно: дифферен-
циацию общего объема работ, .совмещение различных этапов во
времени, углубленную специализацию, автоматизацию и ме-
ханизацию отдельных стадий проектно-конструкторских работ
и т. д.
На рис. VI-1 показана типовая организационная структура СКВ,
специализированного по проектированию автоматов и автомати-
ческих линий, которая сочетает принцицы разделения труда, едино-
началия и персональной ответственности за конкретный участок,
начиная от руководства до рядовых исполнителей. Как показано
на схеме, конструкторские отделы делят на основные и спе-
циализированные, хотя и те и другие имеют узкую специали-
зацию.
Основные конструкторские отделы по проектированию различ-
ных типов автоматов, специальных станков и автоматических ли-
ний, а также унифицированных узлов имеют предметную специали-
зацию; к специализированным относят конструкторские отделы
по проектированию шпиндельных узлов, электропривода, гидро-
привода, инструмента и т. д. Все отделы состоят из конструкторских
секторов; специализированные отделы имеют специальные группы
по разработке нормализованных узлов, деталей, схемных решений
и руководящих материалов к ним.
Экспериментально-исследовательский отдел включает лабора-
торию долговечности и надежности, которая осуществляет обратную
связь между эксплуатационными организациями и конструкторами
путем проведения исследований работоспособности внедренных ав-
томатов и автоматических линий в условиях эксплуатации. Тем са-
мым оценивается качество и перспективность принимаемых техно-
логических и конструктивных решений, создаются предпосылки
для постоянного совершенствования проектируемого оборудо-
вания.
Обсуждение и утверждение всех разрабатываемых проектов
осуществляется на заседаниях Научно-технического совета, пред-
седателем которого является начальник СКВ.
Такие организационные принципы построения СКВ позволяют
осуществлять четкую систему перспективного и оперативного пла-
нирования проектно-конструкторских работ, для чего применяют
сетевые графики. Применение сетевых графиков позволяет выявлять
в каждом конкретном случае «критический путь», определяющий
календарные сроки выполнения проекта.
134

Рис. VI-1. Типовая организационная структура СКВ по проектированию автоматов и авто-
матических линий

§ 2. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
И МАРШРУТА ОБРАБОТКИ
Как отмечалось выше, проектирование любого автомата или ав-
томатической линии согласно принятому техническому заданию на-
чинают с разработки технологического процесса обработки, контро-
ля и сборки, в соответствии с которым затем выбирают принципиаль-
ную схему машины.
Любой технологический процесс заключается в том, чтобы из
сырья или заготовок получить готовое изделие заданной конфигу-
рации и точности в требуемом количестве.
Начальным этапом разработки технологического процесса явля-
ется выбор технологических методов и маршрута обработки в соот-
ветствии с заданной точностью обработки изделий и производитель-
ностью. Точность обработки изделий, как известно, зависит от
большого количества факторов, связанных с нестабильностью поло-
жений элементов системы станок — приспособление — инструмент
— деталь (СПИД) при ее переходах из одного состояния в другое,
особенно из исходного в рабочее.
К числу этих факторов относятся: 1) погрешность установки
заготовок в приспособлениях с учетом колебаний размеров базовых
поверхностей, контактных деформаций, точности изготовления и ве-
личины износа; 2) упругие деформации системы СПИД под действием
переменных нагрузок в условиях переменной жесткости; 3) погреш-
ность настройки машины на заданный размер обработки; 4) размер-
ный износ инструмента.
Методы оценки ожидаемой точности обработки при разработке
технологических процессов с учетом перечисленных факторов под-
робно рассмотрены в курсе «Технология машиностроения». Слож-
ность и громоздкость аналитических расчетов и большой практичес-
кий опыт применения типовых технологических методов и процессов
обусловили появление типовых рекомендаций по применению процес-
сов и маршрутов обработки в зависимости от требований точности
обработки.
Так, при обработке наружных цилиндрических поверхностей
различными методами достигаются типовые показатели точности
размеров и качества поверхности, приведенные в табл. VI-1.
Таблица VI-1
Метод обработки	Класс точности размеров	Класс шероховатости поверхности
Черновое обтачивание	5—7	2—3
Чистовое обтачивание	3—За	4—6
Тонкое, алмазное обтачивание	2—2а	7—8
Предварительное шлифование	3	6—7
Чистовое шлифование	2—2а	7—8
Тонкое шлифование	1—2	8—10
Притирка, суперфиниш	1	8—10
Обкатывание, алмазное выглаживание . . .	1—За	7—11
136

Рис. VI-2. Типовой технологиче-
ский маршрут обработки отверстия
в сплошном материале по второму
классу точности
Таким образом, каждому методу обработки соответствует опре-
деленный диапазон классов точности и шероховатости поверхности,
а также степеней геометрической точности изделий (некруглости,
нецилиндричности изделий и т. д.).
При современных требованиях к изделиям заданная точность
достигается обычно только путем многопроходной обработки — на-
чиная от черновых операций со значительным съемом припуска,
кончая чистовыми, доводочными.
Так, например, для обработки от-
верстий по второму классу точности
в сплошном материале (стальные
изделия) требуется пять последова-
тельных операций обработки: 1 —
первое сверление, 2 — второе свер-
ление, 3— зенкерование, 4 — чер-
новое развертывание, 5 — чистовое
развертывание (рис. VI-2), которые
выполняются пятью последователь-
но действующими инструментами.
Так как в автоматах и автома-
тических линиях широко приме-
няются принципы дифференциации
и концентрации технологического
процесса (см. гл. V), число после-
довательно действующих инстру-
ментов определяет и число рабочих
позиций для обработки данной по-
верхности. Определив число пози-
ций для всех несовмещенных опе-
раций обработки, получают общее
минимальное число рабочих пози-
ций, необходимое для обработки
данных изделий с требуемой точ-
ностью, т. е. минимальный техно-
логический маршрут обработки.
Увеличение числа позиций можно
получить за счет дифференциации
отдельных составных операций (например, дробления длины обра-
ботки с целью повышения производительности).
В настоящее время в классической технологии металлов имеется
большое разнообразие видов обработки, обеспечивающих сходные
показатели точности.
Так, обработку плоскостей можно осуществлять строганием,
фрезерованием, протягиванием и т. д. В пределах каждого вида
можно применить несколько методов, выбор которых определяется,
в первую очередь, достигаемой производительностью машин.
Все указанные виды обработки различаются_между собой не
только качественно, но и количественно. В каждом отдельном слу-
чае требуются различные ходы для инструментов и режимы обработ-
137

ки, возникают различные усилия, вследствие чего для каждого
способа обработки имеются конструктивно различные станки и ав-
томаты с различными производительностью и мощностью.
Это положение является исходным при выборе соответствующего
технологического процесса, который обусловливает проектирование
автоматов и линий. Однако для каждого частного случая учитывают
специфические условия (на-
Рис. VI-3. Технологический маршрут то-
карной обработки колец подшипника на
многошпиндельном автомате:
II —VI — рабочие позиции; I — позиция за-
грузки и съема изделия
пример, малая прочность де-
талей), которые предопреде-
ляют выбор способа обра-
ботки.
Выбор технологических ме-
тодов и маршрутов обработки
является творческим, непре-
рывно развивающимся, про-
грессирующим процессом.
Технологический процесс,
представляющий определен-
ное достижение на данном эта-
пе, спустя некоторый проме-
жуток времени может ока-
заться устаревшим и поэтому
должен уступить место более
совершенному с точки зрения
высокого качества продукции,
большей производительности
и экономичности процесса,
который, в свою очередь,
явится промежуточной сту-
пенью прогрессивной техно-
логии.
Для примера рассмотрим
развитие токарной обработки
подшипниковых колец на ав-
томатах и полуавтоматах.
Традиционный метод то-
карной обработки внутрен-
него кольца шарикоподшип-
ника из штучной заготовки (наружная обточка) представлен
на рис. VI-3. В загрузочной позиции / заготовка с пред-
варительно обработанным отверстием и торцом устанавливается
в шпиндель. Последовательность обработки, номенклатура режущих
инструментов составлена в соответствии с общими правилами.
Представленный метод обработки получил широкое применение.
Основным его недостатком является то, что резервы повышения про-
изводительности типовых многошпиндельных автоматов практи-
чески исчерпаны. За последние четверть века производительность
таких автоматов возросла не более 50% с учетом не только совершен-
ствования их конструкции, но и повышения качества режущих ин-
138

струментов и обусловленного этим увеличения режимов обработки.
Отсюда необходимость постоянного поиска и отработки новых,
прогрессивных технологических методов и маршрутов обработки
как основы для создания высокопроизводительных автоматов и авто-
матических линий.
Рис. VI-4. Обработка колец подшипников методом попутного
точения:
а — эскизы обработки кольца (1—20 — номера резцов); б — схема
снятия припуска
На кафедре «Станки и автоматы» МВТУ им. Баумана под руко-
водством проф., докт. техн, наук Г. А. Шаумяна успешно разрабо-
тан новый процесс токарной обработки — попутное точение, на
базе которого созданы принципиально новые конструкции токарных
станков, в том числе многошпиндельный токарный автомат не-
прерывного действия.
139

Рабочие шпиндели многошпиндельного автомата непрерывного
действия смонтированы в барабане, который постоянно вращается
вместе с центральным валом. Режущие инструменты (резцы) за-
креплены неподвижно на станине станка. При вращении барабана
каждый вращающийся шпиндель, последовательно проводя мимо
всех резцов, обеспечивает полную обработку наружной поверхности
детали. Загрузка и выгрузка деталей происходят автоматически
(см. гл. VII, § 5).
Схема резания для наружной обработки внутреннего кольца
шарикоподшипника 310/02 (рис. VI-4, а) предусматривает предва-
рительную и окончательную обработку поясков, желоба, внутренней
и наружной фасок и одного торца. Припуск распределен так, чтобы
максимально использовать стандартные неперетачиваемые пластин-
ки твердого сплава одинаковой формы (рис. VI-4, б). Окончательная
обработка желоба осуществляется стандартными круглыми пластин-
ками. Торец обрабатывается также однотипными резцами с равно-
мерным перепадом по высоте обработки. Окончательная зачистка
торца выполняется одним резцом.
Повышение точности и чистоты обработки по новому методу
в сравнении с обычной токарной обработкой достигается вследствие
высокой жесткости станка, меньших усилий резания и благоприят-
ного распределения тепла при резании. Последнее объясняется тем,
что наибольшее количество тепла (60—65%) отводится стружкой,
примерно 25—30% тепла уходит в окружающее пространство и
с охлаждающей жидкостью. Каждый резец участвует в резании
очень незначительное время (0,3 4- 0,5 с), что позволяет при той же
стойкости инструмента применять высокие режимы резания (v =
= 200 —250 м/мин, sKp = 1 4- 1Д мм/об шпинделя) при толщине
снимаемого припуска до 1—1,2 мм.	1
Использование нового метода обработки позволило создать
многошпиндельные автоматы непрерывного действия с произво-
дительностью в три-четыре раза выше, чем в существующих кон-
струкциях автоматов последовательного действия при той же по-
требляемой мощности электродвигателя и меньшей занимаемой
площади.
г
§ 3. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПОВ СТАНДАРТИЗАЦИИ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
Одной из важнейших характерных особенностей развития со-
временного производства является широкое применение принципов
стандартизации во всех звеньях производственного процесса, начи-
ная с технологической и конструкторской подготовки производства,
т. е. разработки технологических процессов обработки, контроля
и сборки, проектирования машин и агрегатов. Так, введенная Еди-
ная система конструкторской документации (ЕСКД) устанавливает
для всех без исключения предприятий и организаций единый поря-
док организации разработки, оформления и выполнения чертежей,
что обеспечивает сокращение длительности и трудоемкости проект-
140

но-конструкторских работ, создает все условия для применения вы-
числительной техники.
В основу Единой системы технологической документации (ЕСТД)
положен принцип максимального сокращения, унификации и упо-
рядочения действующей технологической документации, создание
единых методов оформления типовых технологических процессов,
групповых и типовых методов обработки. Единая система техноло-
гической документации (ЕСТД), как и ЕСКД, предусматривает ши-
рокое внедрение обработки документации на базе ЭВМ.
Этим же целям служит и единый классификатор изделий маши-
ностроения и приборостроения, который позволяет типизировать
технологические процессы обработки, технологическое оборудова-
ние, вплоть до типовых автоматических линий для производства
массовых изделий.
Таким образом, применение принципов стандартизации в совре-
менном производстве носит комплексный характер, что нашло наи-
большее воплощение в Единой системе технологической подготовки
производства (ЕСТПП), в основе которой применены следующие’по-
ложения:
1)	единая система конструкторской документации;
2)	единая система технологической документации;
3)	типовая технология;
4)	стандартная технологическая оснастка;
5)	агрегатированное технологическое оборудование, основан-
ное на использовании нормализованных узлов и компоновок машин;
6)	максимальная механизация и автоматизация инженерно-тех-
нических работ, основанная на унификации математического обес-
печения процессов подготовки производства.
Таким образом, применение принципов стандартизации при про-
ектировании машин заключается прежде всего в том, что в процессе
еоздания новых автоматов и автоматических линий в максимальной
степени используются известные, апробированные конструктивные
решения в виде нормализованных деталей, устройств, механизмов и
узлов.
Только на первых стадиях автоматостроения конструктор всякий
раз проектировал машину целиком заново, конструируя крепежные
изделия, подшипники, источники энергии и другие детали, норма-
лизация которых явилась первым этапом применения принципов
стандартизации при конструировании.
Начиная с 30-х годов стали создаваться целые станки-автоматы
и полуавтоматы, скомпонованные в основном из нормализованных
элементов. Они получили название агрегатных станков.
Широкие возможности унификации в автоматостроении обуслов-
лены в первую очередь общностью автоматов и автоматических
линий различного технологического назначения (см. гл. 1), которая
выражается прежде всего в общности функционального назначения
механизмов холостых ходов и управления, приводных и передаточ-
ных механизмов и устройств. Это позволяет осуществлять внутри-
ведомственную и межведомственную нормализацию не только

элементов привода и управления, но и целевых механизмов (загруз-
ки, зажима, поворота, фиксации и др.).
Применение нормализованных элементов при создании новых
машин позволяет:
а)	значительно сократить сроки и стоимость проектирования
благодаря снижению его трудоемкости;
б)	снизить стоимость проектируемого оборудования за счет
применения дешевых нормализованных элементов, изготовление
которых производится на специализированных предприятиях в усло-
виях массового производства;
в)	повысить долговечность и надежность машин в эксплуатации
за счет высоких эксплуатационных характеристик нормализованных
элементов, что обеспечивается благодаря длительной отработке их
конструкции и технологии изготовления,
В настоящее время в принципах стандартизации при проектиро-
вании машин используют два основных пути:
1. Создание базовых моделей, на основе конструкции и компо-
новки которых создаются гаммы машин одинакового или близкого
технологического назначения. Увеличивая или уменьшая в опреде-
ленном масштабе все элементы базовой модели и варьируя при этом
вариантами некоторых из них, можно получить конструктивно сход-
ные станки, при этом с различной степенью автоматизации (автома-
ты, полуавтоматы), отличающиеся возможностью обработки изделий
различных размеров.
2. Создание комплекса унифицированных узлов, из которых
компонуются машины различного технологического назначения.
Имея различные типоразмеры унифицированных узлов применитель-
но к различным габаритам изделий, усилиям их обработки и т. д.,
можно получать разнообразные конструктивно-компоновочные ре-
шения, отличающиеся направлением геометрической оси, количест-
вом позиций, конструктивной сложностью, степенью автомати-
зации.
Первый путь применяется чаще всего при создании универсаль-
ного оборудования, автоматов и полуавтоматов для обработки тел
вращения, второй путь — при создании агрегатных станков-авто-
матов и автоматических линий для разнообразных изделий, непод-
вижных при обработке.
Еще при создании первого отечественного типажа токарных авто-
матов и полуавтоматов было предусмотрено создание гамм типораз-
меров машин на одной базе, отличающихся лишь размерами обра-
батываемых изделий или числом шпинделей (токарно-револьверные
1112, 1118, 1124; 1136; токарные многошпиндельные 1261М, 1262М,
1261П, 1262П и др.), с высокой степенью унификации механизмов,
устройств и отдельных деталей.
В дальнейшем по этому принципу была создана гамма токарных
гидрокопировальных полуавтоматов 1712, 1722, 1732 и другие гаммы
оборудования различного назначения.
Затем этот принцип был успешно применен и при создании типо-
вых автоматических линий, например, подшипниковой промышлен-
142

ности. Идентичность конструкций подшипников и их деталей, про-
цессов их обработки, контроля и сборки позволяют создавать авто-
матические линии из типового технологического оборудования с ти-
повыми транспортно-загрузочными системами. Такая система
(рис. VI-5) включает технологическое оборудование — одношпин-
дельные или многошпиндельные автоматы, оснащенные автоопера-
торами, а также комплект элементов транспортной системы, кото-
рый идентичен для любых участков и линий: подъемник, транспор-
тер-распределитель, лотковая система, отводящий транспортер,
накопитель колец. Эти механизмы в различных линиях отличаются
в основном лишь габаритами в соответствии с диаметром обрабаты-
ваемых колец.
Рис. VI-5. Типовая автоматическая линия токарной обработки:
I — подъемник линии; 2 — распределяющий и отводящий транспортеры; 3 — под-
водные лотки автоматов; 4 — подъемники обработанных изделий; 5 — привод
транспортера; 6 — отводящий лоток линии; 7 — отводные лотки автоматов;
8 — параллельно работающие автоматы
Дальнейшим развитием принципа базовых моделей является
переход от внутритиповой унификации к межтиповой, когда на
одной базе создается оборудование не только одинакового, но и раз-
личного технологического назначения с едиными компоновочными
решениями и конструкцией основных механизмов.
На рис. VI-6 показана схема межтиповой унификации продоль-
но-обрабатывающих станков, выпускаемых Минским заводом им.
Октябрьской революции. На базе гаммы продольно-строгальных
станков, состоящей из четырек типоразмеров, унифицированы кон-
струкции продольно-фрезерных и продольно-шлифовальных станков,
одностоечных и двухстоечных.
Межтиповую унификацию на основе базовой модели можно при-
менять к оборудованию, которое функционально весьма различно
между собой, но имеет детали и узлы, близкие по конструкции,
размерам и назначению. Для станков, согласно рис. VI-6, такими
узлами являются станины, стойки, соединительные траверсы, столы,
элементы привода и т. д.
143

В результате из 36 типоразмеров станков, охваченных унифика-
цией по данной схеме, 6 типоразмеров полностью скомплектованы
Рис. VI-6. Схема межтиповой унификации продольно-обрабатывающих станков
из унифицированных узлов, в других количество унифицированных
деталей составляет до 90%.
Второй путь применения принципов стандартизации при проекти-
ровании машин — создание агрегатированного оборудования из
144

унифицированных узлов широкого назначения — берет свое начало
с первых отечественных агрегатных станков, созданных в ЭНИМСе
еще в первой половине 30-х годов для обработки корпусных изде-
лий. Оно исходит из того, что в станках самого различного техноло-
гического назначения всегда можно выделить значительное количест-
во конструктивных элементов, функции которых идентичны. К их
числу относятся: базовые элементы (станины, кронштейны, осно-
вания), подвижные опорные элементы (салазки, суппорты, столы),
силовые элементы — источники движений и рабочих усилий (сило-
вые головки, силовые столы, бабки, пиноли); механизмы привода,
управления и др.
Рис. VI-7. Компоновка силовых узлов агрегатов из унифицированных эле-
*	ментов:
/ — силовой стол; 2 — сверлильно-расточная головка; 3 — фрезерная головка;
4 — дополнительные салазки; 5,6,7— шпиндельные коробки
Так, например, поворотный стол независимо от характера
обрабатываемых изделий и длительности обработки обеспечивает
периодический поворот на заданную часть окружности и надежную
индексацию во время стоянки, когда осуществляется обработка.
Силовой стол независимо от вида обработки (обточка, расточка,
сверление, зенкерование, развертывание и др.) выполняет идентичный
рабочий цикл — быстрый подвод, рабочую подачу, быстрый отвод,
останов в исходном положении.
Залогом проектирования станков и автоматических линий из
унифицированных элементов является создание такого комплекта
механизмов и узлов, которые при минимальном количестве их типо-
размеров обеспечили бы возможно большее количество их разнооб-
разных комбинаций, что можно иллюстрировать схемой (рис. VI-7).
На силовой стол 1 с приводом подачи устанавливаются либо неса-
модействующие силовые головки (сверлильно-расточная 2, фрезер-
ная 3 и др.), либо вспомогательные салазки 4 с возможностью допол-
нительных перемещений.
К силовой головке 2, закрепленной на силовом столе /, могут
присоединяться разнообразные шпиндельные коробки 5, 6, 7, отли-
145

чающиеся типом инструментов, их количеством и расположением,
направлением и скоростью вращения. Образуются разнообразные
агрегаты, способные выполнять обработку широкого круга изделий
благодаря наличию главного движения и подачи.
В настоящее время в агрегатных станках — полуавтоматах^ и
автоматах унифицированы все узлы, кроме шпиндельных коробок
ю
Рис. VI-8. Компоновка агрегатных станков различного назначения на
основе пинольных силовых головок:
1 — силовой стол; 2 — силовая головка; 3 — обрабатываемая деталь; 4 — верти-
кальная стойка; 5 — приспособление для изделий; 6 — промежуточная плита;
7 — центральная станина; 8 — поворотный стол; 9 — шпиндельная коробка;
10 — односторонняя станина; 11 двусторонняя _станина; 12 — наклонное
основание
(насадок) и приспособлений для закрепления обрабатываемых изде-
лий. Схема компоновки для обработки различных изделий приведена
на рис. VI-8.
Еще более широкий ассортимент унифицированных узлов при-
меняется при создании автоматических линий из агрегатных станков
для того же круга изделий (неподвижных при обработке); к ним от-
носятся: силовые столы и головки, шаговые транспортеры, поворот-
ные столы, кантователи, кбмандоаппараты, гидростанции, инстру-
ментальные шкафы и т. д. Это позволяет проектировать линии в
кратчайшие сроки и с минимальными затратами.
$ 4. ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИХ РАБОТ
Типизация обрабатываемых изделий и технологических процес-
сов, широкая унификация типовых конструктивных элементов ма-
шин позволяют по-новому подходить к проектированию автоматов и
автоматических линий, взяв за основу компоновку механизмов из
нормализованных деталей и устройств, а также компоновку машин
из нормализованных узлов и механизмов. Это открывает возмож-
ности автоматизации проектно-конструкторских работ, сокращения
их длительности и трудоемкости, повышения качества проектов.
Рассмотрим методику автоматизации расчета и конструирования
на примере шпиндельных коробок агрегатных станков и автомати-
ческих линий.
146

Шпиндельные коробки монтируют на силовых головках, и они
предназначены для «размножения» рабочих движений в соответ-
ствии с особенностями конструкции и технологии обработки кон-
кретных изделий, главным образом корпусных. Осуществляя бази-
рование и привод режущих инструментов, шпиндельные коробки
являются сложными оригинальными узлами с различным количест-
вом, расположением, числами оборотов и типоразмерами рабочих
шпинделей.
Шпиндельная коробка имеет один входной вал, соединяемый
с выходным валом силовой головки (часто — валом электродвига-
Рис. VI-9. Схема последовательности этапов автома-
тизированного процесса проектирования и изготовле-
ния шпиндельных коробок
теля), и до 25—30 выходных шпинделей, в которых закрепляются
режущие инструменты. При проектировании шпиндельных коробок
исходными данйыми являются координаты обрабатывающих инстру-
ментов и шпинделей, их числа оборотов и усилия обработки, а также
координаты и число оборотов выходного вала и габариты коробки,
определяемые выбранными типоразмерами силовой головки.
Обычные методы расчета и проектирования шпиндельных коро-
бок требуют больших затрат квалифицированного инженерного
труда прежде всего на: «раскатку» шестерен, выбор их диаметров и
координат промежуточных валов; прочностные расчеты и подбор
подшипников, проектирование шпинделей, втулок, шайб; проверку
совместимости (неподрезания) шестерен, валов, стенок коробки;
вычёрчивание коробки, пересчет всех координат шпинделей от
единой базы, составление спецификации и т. д.
Проектирование и изготовление шпиндельных коробок охваты-
вает следующие основные этапы (рис. VI-9): 1) получение и анализ
147

чертежа обрабатываемой детали, определение координат рабочих
шпинделей; 2) проектирование шпиндельной коробки; 3) вычерчи-
вание сборочного чертежа шпиндельной коробки; 4) разработку
спецификации; 5) подготовку программы для станка с ЦПУ; 6) по-
лучение перфоленты с информацией о координатах валов и шпин-
Рис. VI-10. Блок-схема программы автоматиче-
ского проектирования шпиндельных коробок
делей для обработки кор-
пуса и крышки коробки;
7) обработку деталей
шпиндельной коробки
на многооперационном
станке с программным
управлением; 8) подго-
товку других деталей
шпиндельной коробки;
9) сборку шпиндельной
коробки; 10) монтаж
шпиндельной коробки в
автоматической линии.
Комплексная автома-
тизация процесса расче-
та, проектирования и
управления, разработан-
ная в Минском СКВ
автоматических линий,
требует унификации всех
без исключения кон-
структивных элементов:
шпинделей и мест креп-
ления инструментов, ва-
лов, втулок, шайб, уплот-
нений, ширины шестерен
ит. д., с тем чтобы в со-
ответствии с результа-
тами расчетов эти эле-
менты лишь подбирались
из имеющихся типораз-
меров, без чего машин-
ное проектирование не-
возможно.
Кроме того, для вы-
бора координат валов,
сечения шпинделей и
других параметров типизированы основные расчетные схемы. Это
позволяет разработать комплексную программу для ЭВМ «Минск-32»,
принципиальная схема которой приведена на рис. VI-10. В машину
вводятся необходимые исходные данные по количеству, расположе-
нию и числам оборотов рабочих шпинделей,усилиям обработки и т. д.
Машина производит следующие операции: 1) геометрические рас-
четы по определению координат всех шпинделей и промежуточных
148

валов кинематической цепи; 2) проверку пространственной совмести-
мости всех кинематических и базовых элементов; 3) кинематические,
динамические и прочностные расчеты всех нагруженных элементов,
а.также расчеты их долговечности; 4) выбор типоразмеров шпиндель-
ных узлов, промежуточных валов и подшипников качения; 5) сос-
тавление и печать спецификации и другой технической документа-
ции; 6) разработку программы работы чертежного автомата и печа-
тание перфоленты; 7) разработку и печатание программы для стан-
ка с программным управлением по изготовлению оригинальных де-
талей коробки,(корпуса и крышки).
Система автоматизации обладает высокой мобильностью и дис-
танционностью. Аналогичным образом можно построить системы
проектирования и других сложных машинных узлов.
Широкое внедрение автоматических линий во все отрасли произ-
водства, постоянно растущие требования к их производительности,
надежности в работе, мобильности, экономической эффективности
делают важнейшей проблему автоматизации расчета и проектиро-
вания систем в целом с комплексной оптимизацией технологических,
конструктивных и структурных параметров. Как правило, при соз-
дании линий имеется ограниченный круг исходных данных и требо-
ваний по качеству и количеству выпускаемых изделий. Остальные
параметры, выбираемые в процессе проектирования: методы, марш-
рут и режимы обработки, количество последовательных рабочих
позиций и параллельных потоков обработки, число участков-секций
и емкость межоперационных накопителей, количество наладчиков
при обслуживании линии и т. д.,—как правило, варьируются
в достаточно широких пределах. Поэтому'требуемому качеству из-
делий и заданной производительности соответствуют многие вари-
анты конкретных сочетаний указанных выше параметров, которые
отличаются между собой экономическими показателями.
Известные на сегодняшний день методы оптимизации и выбора
технических параметров по экономическим критериям (минимальная
себестоимость и сроки окупаемости, максимальный рост произво-
дительности труда) основаны на варьировании одного параметра при
фиксированных значениях всех остальных. Комплексный анализ и
выбор оптимального сочетания важнейших автоматических линий
можно произвести только с помощью ЭВМ, на базе теории произво-
дительности машин и труда.
Глава VII
ВЫБОР ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТА
Выбор принципиальной схемы автомата является важнейшей
частью процесса разработки технического предложения как основы
дальнейшего конструирования механизмов и устройств. Принципи-
альная схема автомата выбирается, когда уже определены
и рассчитаны методы,, маршрут и режимы обработки, которые
149

лишь в известной степени могут корректироваться на по-
следующих этапах проектирования.
Рис. VII-1. Принципиальная схема полуавтомата ионно-плазменного
напыления:
1 — катод; 2 — ионизатор; 3 — напыляемые подложки; 4 — анод; 5 — за-
слонка; 6 — карусель с мишенями; 7 — фокусирующая катушка; 8 — вен-
тиль; 9 — вакуумный агрегат; 10 — форвакуумный насос; 11 — водяное
реле; 12 — вакуумметр; 13 — клапан напуска воздуха
Выбор принципиальной схемы автомата включает решение таких
задач, как определение степени автоматизации, направления геомет-
рической оси, принципа действия и количества позиций, типа
150

системы управления, компоновочного решения основных функцио-
нальных узлов, проработку кинематической, гидравлической, ва-
куумной и других схем, системы смазки и охлаждения и т. д. Прин-
ципиальную схему автомата принято показывать графически как
комбинированную технологическую, кинематическую, гидро- и
пневмосхему и др. Как правило, отдельные элементы изображают
в контуре машины соответственно их компоновке. Такая схема до-
статочно полно раскрывает принцип действия машины, взаимодей-
ствие основных механизмов, их привод и управление.
На рис. VI1-1 приведена принципиальная схема полуавтомата
для ионно-плазменного напыления многослойных пленок на плоские
пластины-подложки.
Технологический процесс происходит в вакууме, который соз-
дается посредством вакуумного агрегата, включающего механичес-
кий и диффузионный насосы и коммутационную аппаратуру. Заря-
женные ионы из ионной пушки бомбардируют распыляемое вещество,
вызывая его разогревание и распыление в рабочем пространстве
камеры. На толщину напыленного на подложке слоя влияют энер-
гия первичных ионов, физические характеристики распыляемого
вещества, длительность напыления.
Рабочйй цикл изготовления партии-подложек начинается с их
закрепления при поднятом колпаке камеры. Затем следует опускание
колпака специальным механизмом (на схеме не нумерован) и герме-
тизация камеры, после чего начинается откачка камеры. При дости-
жении заданной степени вакуума включается ионная пушка и начи-
нается процесс напыления. После того как получена необходимая
толщина пленки, происходит переключение карусели с лодочками
распыляемого вещества й начинается напыление очередного слоя.
По окончании процесса напыления ионная пушка выключается
и подложки, нагретые в процессе напыления, охлаждаются до задан-
ной температуры, после чего происходит напуск воздуха в камеру
через специальное устройство, подъем колпака, снятие изделий.
Представленная схема в сочетании с заданной длительностью вы-
полнения всех технологических операций позволяет рассчитывать
все кинематические параметры полуавтомата, длительность процес-
са откачки и т. д., выбирать тип и характер всех конструктивных
элементов, составлять циклограмму.
Ниже рассмотрены решения ряда задач выбора принципиальной
схемы автомата: выбор числа позиций (рабочих и холостых) для
различных типов, выбор геометрической оси (вертикальной, гори-
зонтальной или наклонной), выбор компоновочного решения авто-
мата.
$ 1. РАСЧЕТ ЧИСЛА ПОЗИЦИЙ АВТОМАТОВ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
Как уже известно, основным критерием выбора числа позиций
любых много позиционных автоматов и автоматических линий, в том
числе последовательного действия, является их высокая произво-
дительность. Согласно законам построения многопозиционных ра-
151

бочих машин (см. гл. V), производительность автоматов последова-
тельного действия как функция числа рабочих позиций имеет экстре-
мальный характер (рис. VI1-2, а). С увеличением числа позиций q
сокращаются длительность обработки на каждой позиции tp и вели-
чина рабочего, цикла:
T=(tPof </) + **,	(VII-1)
где /р, — суммарное время несовмещенных операций обработки,
т. е. общая длительность технологического воздействия на изделие.
Однако при этом рас-
тут потери по оборудо-
ванию te и, следователь-
но, суммарные собствен-
ные внецикловые по-
тери S/n
+	(VII-2)
где Ci — потери одного
комплекта инструмента,
рассредоточенного по ра-
бочим позициям.
Следовательно, с уве-
личением числа рабочих
позиций и ростом цик-
ловой производительно-
способности автоматов последовательного дей-
ствия от числа рабочих позиций:
а — производительность; б — коэффициент техничес-
кого использования
сти коэффициент технического использования автомата монотонно
убывает: '
Птм = i+(1:^/7) = 1+[(^2ЬЕс.)/(/Рв/9+/х)]-
Графики зависимости т]„с f (q) * при неизменных значениях
/х, SC/, 4 и /Ро приведены на рис. VI-2, б.
Расчет и выбор числа позиций универсальных и специальных
автоматов и полуавтоматов последовательного действия имеет ряд
особенностей.
Универсальные автоматы проектируют для широкого диапазона
обрабатываемых изделий и условий использования, которые раз-
личны для различных конкретных образцов. Поэтому при расчете
числа позиций исходят из максимальной возможности производи-
тельности при обработке типовых изделий с использованием фор-
мулы (V-8):
flmax = V
где /Ро — суммарная длительность несовмещенных операций, рассчи-
танная по выбранному типовому объекту обработки; te — внецик-
ловые потери механизмов и устройств одной рабочей позиции, опре-
деляемые путем эксплуатационных исследований автоматов анало-
гичного технологического назначения.
Отсутствие достоверных значений tc при наличии достаточного
152

количества прототипов часто предопределяет выбор числа позиций
универсальных автоматов последовательного действия по аналогии
с уже известными, апробированными конструкциями. Так, токарные
универсальные автоматы последовательного действия строят, как
правило, с числом позиции q = 6 ч- 8.
Специальные автоматы и полуавтоматы, а также подавляющее
большинство автоматических линий проектируют для конкретных
обрабатываемых изделий и конкретных условий применения — для
обеспечения определенной заданной производственной программы,
которая может оказаться значительно ниже максимально возмож-
ной для данного типа автоматов. Поэтому число позиций специальных
автоматов и полуавтоматов рассчитывают исходя из требуемой про-
изводительности, согласно выбранным методам, технологическому
маршруту и режимам обработки для данных конкретных изделий.
Таким образом, число позиций автомата выбирают по критериям
качества (необходимая длительность технологического воздейст-
вия /Ро) и количества обрабатываемых изделий (необходимая произ-
водительность QTp).
Рассмотрим методику расчета на примере выбора числа позиций
полуавтомата для откачки приемно-усилительных ламп. Для выпол-
нения процесса откачки откачиваемый прибор через стеклянную
трубку — штенгель закрепляют в специальном зажимном патроне —
вакуумном гнезде, которое выполняет функции не только надежного
зажима штенгеля, но и герметизации (см. рис. V-3, а). Вакуумное
гнездо подключают сначала к форвакуумным, потом к высокова-
куумным насосам, которые производят откачку прибора. Одновре-
менно производится нагрев арматуры лампы для ее обезгаживания,
подача тока начала на катод для его тренировки.
По окончании процесса откачки, который контролируют задан-
ным временем подключения прибора к насосам вакуумной системы,
происходит отпай лампы посредством разогрева верхнего конца
штенгеля, который оплавляется и, разделяясь на две части, обеспе-
чивает герметичность откачиваемого прибора. Готовую лампу
сбрасывают, остаток штенгеля удаляют из гнезда, после чего в
гнездо устанавливают очередной прибор.
Откачку выполняют обычно на многопозиционных полуавтоматах
последовательного действия с периодическим поворотом стола
(карусели).
Средства откачки — насосы, как правило, неподвижны и со-
единяются с откачными гнездами через трубопроводы и специальное
устройство — золотник, который состоит из двух половин: верхней
подвижной, скрепленной с поворотным столом, и нижней неподвиж-
ной. Обе половины имеют одинаковое число отверстий, равное числу
позиций машины q. При стоянке карусели отверстия совпадают,
вакуумные гнезда подключаются к соответствующим насосам, во
время поворота отверстия не совпадают и откачка не происходит.
Следовательно, суммарное время стоянок каждого шпинделя
(вакуумного гнезда) в рабочих позициях равно заданному суммар-
ному времени технологического воздействия /Р9.
153

Расчет числа позиций произведен по исходным данным, приве-
денным на технологической диаграмме процесса откачки (см. рис.
V-3, б). Длительность основных несовмещенных операций техноло-
гического процесса: предварительная откачка и проверка герметич-
ности прибора /Р1 = 15 с; откачка форвакуумными насосами 1Рг =
= 260 с; откачка высоковакуумными диффузионными насосами
/Ра = 120 С; отпай и сброс лампы /р„ = 5 с.
Суммарная длительность технологического воздействия на
прибор, которая обеспечивается при любой принципиальной
Рис. VII-З. Расчетная схема многопозицион-
ного откачного полуавтомата:
/ — форвакуумные насосы; 2 — вакуумметр для
проверки герметичности откачиваемых приборов;
3 — нагревательное устройство; 4 — катушки
ТВЧ; 5 — высоковакуумные насосы; 6 — меха-
низм отпая и сброса прибора
= 12—15 с; время удаления остатка
схеме машины, составляет
^Ро= ^pi 4* tpi 4" ^Рз 4- /р, =
= 15 + 260+1204-5 =
= 400 с.
Совмещенные рабочие
операции, длительность ко-
торых в цикле не учиты-
вается: прогрев арматуры
= 200 с; тренировку ка-
тода /р, = 160 с, их совме-
щение с основными опера-
циями указано в техноло-
гической диаграмме (см.
рис. V-3, б).
Время ручных опера-
ций, выполняемых опе-
ратором, (очистка гнез-
да, загрузка и ориента-
ция лампы в вакуумном
гнезде), составляет tXl =
штенгеля из гнезда =
= 5—7 с.
Требуемая производительность из условия выполнения заданной
производственной программы QTp = 4,5 шт/мин.
Расчетная схема многопозиционного откачного полуавтомата
последовательного действия с указанием подключения позиций
к форвакуумным и высоковакуумным насосам приведена на
рис. VH-3.
Расчет производим в такой последовательности:
1.	По заданной производительности определяем требуемую дли-
тельность рабочего цикла Т(с) полуавтомата согласно формуле (П-14):
Отсюда
<2 = (1/Г)т]Ис.
т=(пИс/<?тр) 60,
(VI1-4)
где QTp — заданная производительность полуавтомата, шт/мин.;
Лис — ожидаемая величина коэффициента использования.
154

Так как величина т]ис зависит от числа позиций q (см. рис. V11 -2, б),
которое пока еще не выбрано, в формулу можно подставлять лишь
ориентировочные значения, основным источником которых является
анализ эксплуатационного опыта машин аналогичного назначения.
Так как для откачных полуавтоматов т)тсх = 0,85—0,90, то с учетом
неизбежных организационно-технических потерь в первом прибли-
жении можно принять г|ис = 0,80.
По окончании расчета и получения числа позиций у необходимо
проанализировать, сможет ли полуавтомат обеспечить данную ве-
личину коэффициента использования, определить, не могут ли быть
отклонения в меньшую сторону, так как в этом случае требуемую
производительность полуавтомат не обеспечит.
Подставляя в (VI1-4) значения QTp и т]ис, получаем
r=(T]„c/QTp) 60 = (0,8/4,5) 60= 10,6 с.
Эта величина соответствует интервалу времени между двумя
поворотами карусели, т. е. суммарному времени ее простоя и пере-
вода из позиции в позицию.
2.	Определяем величину рабочего хода цикла — длительности
стоянки карусели по рабочей позиции:
T = t, + t^
В многопозиционных откачных полуавтоматах последователь-
ного действия единственными холостыми операциями, не совмещен-
ными с обработкой (откачкой), являются поворот и фиксация кару-
сели; остальные холостые операции (загрузка, ориентация, зажим
и т. д.) совершаются на специальных холостых позициях, их дли-
тельность в рабочем цикле не указывается.
Время поворота и фиксации карусели определяется динамикой
машины и во многом зависит от выбранной группы автомата по прин-
ципу совершения холостых ходов (См. гл. VIII). В откачных автома-
тах группы I с равномерным вращением распределительного вала
/х — (1/6—1/4)7", т. е. в данном случае /х = 1,7—2,7 с. В автоматах
группы II с двойной скоростью вращения распределительного вала
время поворота от времени простоя не зависит и составляет /х =
= 1,5—2 с. Принимаем tx = 1,6 с. Тогда /р = 10,6—1,6 = 9 с.
3.	Определяем предварительно число рабочих позиций qv путем
деления общей длительности технологического воздействия /Ро
на длительность воздействия при простое в одной позиции /р:
?р=/Ро/^=400/9,0^44.
4.	Определяем число холостых позиций (на совмещенные опера-
ции) и общее число позиций полуавтомата:
а)	на чистку гнезда, загрузку и ориентацию лампы
<7Х1= 15/9 = 2;
б)	на удаление остатка штенгеля
</х, = 8/9= 1.
155

Итого
?.= ‘7р + <Л = 44 + 3 = 47.
5. Для уточнения определяем необходимое число позиций на
отдельные рабочие операции:
а)	на предварительную откачку и проверку герметичности
?Р1 = /₽.//₽ =15/9 = 2;
б)	на откачку форвакуумными механическими насосами
?p, = Wp = 260/9 = 29;
в)	на откачку высоковакуумными диффузионными насосами
^Pj =/Рз//р= 120/9 а=! 13;
г)	на отпай и сброс готовой лампы
^р«= ^р»/^Р = 3/9 = 1.
6. Уточняем число позиций полуавтомата:
9p==<7pi + <7p2 + (7p3 + <7p4 = 2-|-294-13+1 =45;
7 = Vp + ?x = 48.
7 Распределяем выполнение отдельных рабочих и холостых
операций по номерам рабочих позиций, считая первым номером
позицию загрузки:
1-я позиция —очистка гнезда, загрузка приборов;
2-я позиция — ориентация приборов и их зажим в патроне;
3-я позиция — предварительная откачка;
4-я позиция — проверка герметичности откачиваемых приборов
с выключением полуавтомата при попадании в гнездо приборов
с треснутыми колбами и т. д.;	1
5—33-я позиции — откачка форвакуумными насосами;
34—46-я позиции —откачка высоковакуумными насосами;
47-я позиция — отпай и сброс лампы, на этой же позиции про-
изводится распыление помещенного внутри лампы химического
поглотителя —-гетера;
48-я позиция — удаление из патрона остатка штенгеля.
8. При заданных углах поворота распределительного вала на
совершение рабочих а и холостых 0 ходов рабочего цикла опреде-
ляем необходимую скорость вращения распределительного вала
на рабочем и холостом ходу. Принимаем а = 0; а + 0 = 2л:
а)	на рабочем ходу
Л1 = (60//р) (а/2л) = 60/9 • 180/360 = 3 об/мин;
б)	на холостом ходу
/г2 = (60//х) (0/2л) = 60/1,6 180/360= 18,8 об/мин.
рв
Согласно результатам расчета вычерчиваем комбинированную
вакуумно-технологическую схему полуавтомата как составную
часть ее принципиальной схемы.
156

При большой величине требуемой производительности приходится
строить несколько однотипных автоматов. Так, например, при
требуемой производительности QTp = 10 шт/мин длительность сто-
янки карусели на позиции должна быть не более ЗДс. Между тем
операция отпая штенгеля продолжительностью 5 с не может быть
дифференцирована (распределена) на две рабочих позиции. В таких
случаях необходимо исходя из продолжительности недифференци-
руемых операций определить максимально возможную производи-
тельность автомата при заданном технологическом процессе.
Дл^’ откачного полуавтомата
7\nin = Ч- — 5,0	1,6 — 6,6 с,
Стах = (1/Г) Лис = 60/6,6 • 0,8 = 7,2 шт/мин.
Следовательно, для обеспечения требуемой производительности
10 шт/мин необходимо иметь два одинаковых откачных полуавтомата.
Требуемая производительность одного полуавтомата
QiTp = 10/2 = 5 шт/мин <Qmax,
после чего расчет числа рабочих и холостых позиций производится
в указанной выше последовательности.
Во многих случаях ограничения по выбору количества рабочих,
позиций существуют как по минимальному, так и по максимальному
их числу. Минимально возможное количество позиций pmin опре-
деляется из условия выполнения цепочки последовательных состав-
ных операций, каждая из которых выполняется на отдельной
позиции, например, сверления и зенкерования отверстий, зенковки
фасок, нарезания резьбы и др.
Увеличение числа позиций q > ^min возможно путем дифферен-
циации одной или нескольких составных операций, например
дробления длины обработки. Максимально возможное число пози-
ций ^тах, а следовательно, минимально выполнимый рабочий цикл
Tmiii, как и в рассмотренном выше случае, определяются невоз-
можностью дальнейшей дифференциации технологического процесса
из-за потери качества (например, нельзя дробить длину обработки
при чистовой расточке). Диапазон ^min < q < qmax- и определяет
возможность варьирования числом рабочих позиций.
§ 2. РАСЧЕТ ЧИСЛА ПОЗИЦИЙ АВТОМАТОВ
ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
Производительность автоматов параллельного действия как функ-
ция числа рабочих позиций имеет асимптотический характер (см.
гл. V). С увеличением числа позиций производительность монотонно
возрастает, приближаясь к пределу, который определяется на-
дежностью работы механизмов и инструмента (рис. VI1-4, а).
При этом внецикловые потери автомата растут пропорционально
числу позиций р:

157

где te — потери комплекта механизмов и устройств одной рабочей
позиции; 5С/ — потери одного комплекта инструмента (в одной
позиции).
Коэффициент технического использования автоматов параллель-
ного действия
__ 1 1
’1тех ~ 1 + (Е t„/T) ~ 1 + [р (te+S	+ /х)] *
На графике (рис. VI1-4, б) показано, что коэффициент техничес-
кого использования
(VII-5)
мость показателей ра-
ботоспособности авто-
мата параллельного
действия от числа ра-
бочих позиций:
а — производительность;
б — коэффициент техни-
ческого использования
уменьшается с увеличением числа позиций.
Как и для автоматов последовательного дей-
ствия, число позиций для универсальных
автоматов параллельного действия выбирается
по максимуму производительности, специаль-
ных — по заданной производительности.
Монотонное увеличение производительно-
сти с ростом числа позиций не означает целе-
сообразности создания автоматов с весьма
большим числом позиций. Увеличение числа
позиций приводит к росту конструктивной
сложности, стоимости и ремонтосложности.
Следовательно, в каждом случае имеется эко-
номически оптимальное число позиций по кри-
териям минимальной себестоимости эксплуата-
ции, максимума производительности общест-
венного труда и т. д. При этом универсальные
автоматы параллельного действия широкого
применения не получили, большинство авто-
матов и полуавтоматов этого вида относится
к специальному оборудованию.
Автоматы параллельного действия в настоя-
щее время строят, как правило, в двух ва-
риантах: роторном и конвейерном, расчет по-
зиций которых производят идентично.
Рассмотрим методику расчета числа пози-
ций на примере роторного автомата для штам-
повки изделий типа колпачков. На автомате
на всех позициях при непрерывном транспорт-
ном. вращении ротора выполняется одна рабочая операция дли-
тельностью ^Ро — 0,5 с. Требуема я производительность автомата
QTp = 260 шт/мин.
Искомые величины согласно расчетной схеме (рис. VI1-5) рас-
считываем в такой последовательности:
1.	Определяем угол вращения а ротора, на котором выполня-
ется обработка. Этот угол зависит прежде всего от габаритов и рас-
положения транспортных роторов приема и выдачи изделий, опре-
деляющих угол на котором инструментальный блок должен
находиться в исходном положении. К этому необходимо прибавить
углы на подвод инструментов р2 и отвод после обработки р3, которые
158

зависят от величины хода инструмента и допустимых углов подъема
на соответствующих участках неподвижных копиров. Обработка
может производиться на оставшемся угле поворота ротора:
а = 2л - фх + Рг + рз).	(VII-6)
Как правило, в роторных автоматах, особенно встроенных в
линии, а = р = л, т. е. рабочие опрации совершаются на половине
окружности ротора.
2.	Определяем длительность рабочего цикла автомата — время
одного оборота ротора:
T = tp, (2л/а) =0,5-1 = 1,0 с.
3.	Определяем число позиций автомата согласно общей формуле
производительности (см. гл. V):
QP = (P/T) Пис
Отсюда
QTpT 260(1,0/60)
Р~ Пис “	0-80	5,4‘
Принимаем р = 6 позиций.
4.	Вычисляем скорость вра-
щения ротора:
/1^=1/7 = 60/1 = 60 об/мин.
5.	Находим радиус делитель-
ной окружности ротора, кото-
рый зависит от числа позиций р
и расстояния между позициями
(шага позиций) йр:
/?p=pftp/2n- (VII-7)
Рис. VII-5. Расчетная схема для вы-
бора числа позиций роторного авто-
мата
Величину ftp определяем из конструктивных соображений —
габаритов инструментального блока, диаметра обрабатываемых из-
делий и т. д. (см. рис. V-17, б). При ftp = 200 мм
7?р=(6-200)/(2 -3,14) = 190 мм.
Для примера рассмотрим также расчет числа позиций конвейер-
ной откачной машины параллельного действия по тем же исходным
данным, что и для полуавтомата последовательного действия:
/Ро = 400 с, QTp = 4,5 шт/мин.
Расчетная схема приведена на рис. VII-6.
Все операции обработки и холостые операции выполняют на
ходу при непрерывном движении конвейерной цепи, с которой скреп-
лены откачные позиции; каждая из них оснащена полным комплек-
том средств получения и измерения вакуума. Суммарное время хо-
лостых операций tx = 25 с (удаление остатка штенгеля, очистка
патрона; установка, ориентация и закрепление откачиваемых при-
боров). Расчет ведем в такой последовательности:
159

1.	Длительность рабочего цикла
Т =/Ро4-/х = 4004-25 — 425 с.
2.
3.
Число позиций конвейерной машины*
QlpT 4,5 (425/60)
р	----= 40 позиции.
к Чис 0.8
Длина конвейера при шаге позиций hK — 0,5 м
£ = р/гк = 40-0,5 = 20 м.
4.	Скорость перемещения цепи конвейера
V — L/T =(20- 60)/425 = 2,8 м/мин.
5.	Зона выполнения отдельных рабочих и холостых операций
(по длине конвейера):
h
Рис. VII-6 Расчетная схема конвейерного автомата па-
раллельного действия:
2	, 3, р — номера рабочих позиций
а)	удаление остатка штенгеля, установка и ориентация приборов
= (tjT) L = (25/425) 20=1,2 м;
б)	предварительная откачка и проверка герметичности
/2=(/Pi/7’)L = (15/425) 20 = 0,7 м;
в)	откачка форвакуумными насосами
/3 = (tPs/T) L = (260/425) 20 = 12,2 м;
г)	откачка высоковакуумными насосами
/4 = (1Рз/Т) L = (120/425) 20 = 5,6 м;
д)	отпай и сброс лампы (может выполняться как ручная опера-
ция)
1Ъ = (tPe/T) L = (5/425) 20 = 0,3 м.
160

Соответственно этим данным рассчитываю^ местонахождение пу-
тевых упоров, выполняющих команды управления циклом обработ-
ки. Например, упор переключения вакуумного патрона с форва-
куммного на высоковакуумный насос устанавливают на расстоянии
14,1 м (1,2 + 0,7 + 12,2 = 14,1) от места, где производится сброс
ламп (по ходу конвейера).
§	3. РАСЧЕТ ЧИСЛА ПОЗИЦИЙ АВТОМАТОВ
НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
В автоматах непрерывного действия обработка происходит без
пауз на холостые ходы, Поэтому обычное для автоматов цикличес-
кого действия понятие рабочего цикла Т здесь неприменимо. При
расчетах ожидаемой производительности эквивалентным ему яв-
ляется понятие интервала выпуска — промежутка времени между
выдачей двух обработанных изделий при безотказной работе
автомата.
В соответствии со специфическим характером рабочих движений
в автоматах непрерывного действия — непрерывным транспортиро-
ванием обрабатываемых изделий сквозь рабочие зоны, оснащенные
средствами обработки, —- расчет числа позиций имеет ряд специфи-
ческих особенностей и учитывает габариты рабочих зон.
При расчете числа позиций автоматов непрерывного' действия
за исходные данные принимают количество и номенклатуру инстру-
ментов, их шаг и разбивку по блокам, длину зоны загрузки-разгрузки
деталей и контроля размеров после обработки.
Методику и порядок расчета числа позиций автоматов непрерыв-
ного действия иллюстрируем на конкретном примере токарной об-
работки внутреннего кольца шарикоподшипника 310/02.
Согласно разработанной схеме съема припуска, при обработке
подшипникового кольца (см. рис. VI-4) количество резцов в оснастке
принято 32.
Для удобства изготовления резцовых блоков, монтажа их на
автомат и регулировки инструментов на требуемый размер все резцы
комплекта сгруппированы в блоки. Так, резцы № 1—8 объединены
в первый блок, резцы № 9—16 — во второй, резцы № 17—24 —в
третий блок. Четвертый блок объединяет шесть резцов и пятый
блок — два резца.
С учетом одинаковой конструкции механизмов крепления резцов
и сечения резцовых державок шаг между резцами составляет 4 =
= 45 мм и является постоянным в каждом из первых четырех рез-
цовых блоков.
Для размещения на станке комплекта режущих инструментов
требуется зона протяженностью (см? рис. VII-7)
= *г+ ^2 + ^8 + 4 + + 4/3,
где £и — зона расположения резцов, мм; /г, ..., Z5 — длина каждого
резцового блока, мм; 13 — ширина зазора между соседними резцо-
выми блоками
6 Волчкевич и др,, ч. I
161

Длина блоков 1—3 одинакова и составляет
4-3 = 4 (п—1)4-26 = 45 74-2-20 = 355 мм.
Здесь t± — шаг между резцами, мм; п± — число резцов
в блоке, шт.; 6 —толщина стенки резцового блока, мм.
Длина четвертого блока соответственно
4 = 45 > 54-2 • 20 = 265 мм.
Длина пятого блока определяется конструктивно и в рассматри-
ваемом случае составляет /5 = 190 мм. При ширине зазора между
Рис. VI1-7. Расчетная схема для выбора числа
позиций однопоточного автомата непрерывного
действия
соседними резцовыми
блоками 13 = 5 мм зона
расположения режущих
инструментов
Аи = 3/14- 4 4- 4 4- М =
= 3-3554-2654-1904-
4- 4 5= 1540 мм.
Для загрузки и вы-
грузки деталей дополни-
тельно требуется зона
L3 =* 200 мм, а для раз-
мещения контрольно-из-
мерительного устройства
LK = 120 мм.
В результате суммар-
ная протяженность тех-
нологической зоны для
одного потока обработки
Z/T == /'и “Ь L3 “F =
= 15404-2004-120 =
= 1860 мм.
При круговом расположении режущих инструментов и устройств
загрузки, разгрузки и контроля размеров деталей усредненный
диаметр DT окружности определится в виде
От = Ат/л= 1860/3,14 = 590 мм.
Тогда диаметр окружности центров шпинделей барабана при
диаметре детали dR = 70 мм определяем согласно рис. VI1-7:
£)'Ш=ОТ —б/д = 590 —70 = 520 мм.
Получив основной размер шпиндельного барабана из усло-
вия размещения технологической оснастки (инструментные блоки,
контрольно-измерительное и загрузочное устройства) определяем
количество шпинделей, которое может быть размещено в шпиндельном
барабане, в соответствии с расчетной, схемой, представленной на
рис. VI1-7.
162

Рис. VI1-8. Расчетная схема для выбора числа
позиций двухпоточного автомата непрерывного
действия
Наибольший диаметральный размер шпиндельного узла
для обработки заданной детали при расчетах без особых погреш-
ностей можно заимствовать из конструкции шпиндельного узла
типового многошпиндельного автомата такого же типоразмера. В рас-
сматриваемом случае за прототип можно принять шпиндельный узел
многошпиндельного полуавтомата 1265ПМ-6, для которого макси-
мальный диаметр с1ш = 280 мм.
Наружный диаметр центрального вала шпиндельного барабана
из условий жесткости и виброустойчивости ориентировочно прини-
маем DK = 300 мм.
Считая величину ми-
нимального радиального
зазора между централь-
ной колонной и габарит-
ным диаметром шпин-
дельного узла /= 10 мм,
определяем минималь-
ный констр у кти вны й
диаметр Ош, на котором
можно разместить ра-
бочие шпиндели:
Ош = DK 4“ dm + 2t =
= 300 + 280 + 2-10 =
= 600 мм.
Сравнивая рассчи-
танные зйачения величин
Dw и Ош, можно опреде-
лить количество шпин-
делей автомата для одно-
поточной обработки.
При условии Ош Ош и неизменной длине технологической
зоны Лт рабочие шпиндели не вписываются в шпиндельный
барабан.
Если же соблюдается условие Ош Ош, то количество шпинделей
автомата непрерывного действия можно рассчитать по формуле
?=(лО'ш)/(б/ш + 0.
Для данного примера соблюдается условие Ош = 600 > Ош =
= 520. Поэтому для размещения шпинделей в барабане станка при
сохранении одного потока обработки диаметр окружности располо-
жения технологической зоны необходимо увеличить до значения
DTl =	= 600 + 70 = 670 мм.
При этом длина технологической зоны
£Т1 = лОТ1 = 3,14-670 = 2100 мм,
6*
163

т. е. должна быть увеличена на 300 мм, что приводит к снижению
производительности автомата при одинаковом числе рабочих пози-
ций почти на 20%.
По этой причине целесообразным в данном случае является соз-
дание двухпоточного автомата последовательно-параллельного не-
прерывного действия. Произведем расчет числа позиций для рассмат-
риваемого примера при новом условии в соответствии со схемой
(рис. VI1-8).
Протяженность технологической зоны автомата для двух потоков
обработки
£Ts = 2£т = 2 • 1860 = 3720 мм.
Соответственно усредненный диаметр DTi окружности распо-
ложения технологической зоны
От. = £Т2/л = 3720/3,14=1180 мм.
Диаметр окружности центров шпинделей барабана
£)ш? = ОТг — б/д=1180 —70=1110 мм.
Рассчитаем количество шпинделей автомата при двухпоточном
исполнении:
лЛ 3,14.1110
q----rf-дгйг = -29яоТТ= 12’23~ 12-
Zou-j-o
Таким образом, наиболее рационально в данном случае число
позиций автомата принять равным 12.
§ 4.	ВЫБОР ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОСИ АВТОМАТОВ
Геометрической осью автомата называют ее главную ось, по
отношению к которой координируют и компонуют все основные меха-
низмы.
В однопозиционных автоматах геометрическая ось совпадает с
осью шпинделя, в многопозиционных — с осью шпиндельного
блока (поворотного стола, карусели). Выбор направления геометри-
ческой оси (вертикальной, горизонтальной или наклонной) в значи-
тельной степени предопределяет компоновку машины, конструкцию
основных механизмов, занимаемую площадь, удобство обслуживания
и является качественной задачей, которая решается прежде всего
путем анализа целого ряда факторов.
Основными критериями выбора направления геометрической оси
автомата являются:
1.	Занимаемая площадь. По этому показателю пре-
имущество следует отдавать вертикальной оси, так как вертикальные
автоматы занимают площадь в 2—3 раза меньшую, чем горизонталь-
164

пыс автоматы с одинаковым технологическим назначением и иден-
тичными характеристиками.
2.	Удобство загрузки и заправки об раба
тываемого материала. По этому критерию выбор гео-
метрической оси зависит прежде всего от характера обрабатываемого
материала. Так, в полуавтоматах с ручной загрузкой штучных заго-
товок предпочтительной является вертикальная ось, так как загруз-
ка наиболее удобна сверху в вертикальный шпиндель.
Аналогичное положение оси рекомендуется и для автоматов,
обрабатывающих тяжелые корпусные изделия в специальных при-
способлениях.
При прутковом питании более рациональной является горизон-
тальная ось, так как заправлять длинные прутки длиной до 5 м в
направляющие трубы шпинделей, проталкивать их сквозь пода-
ющие цанги и доводить до упоров значительно легче по горизон-
тали.
3.	Удобство наладки и обслуживания. Наи-
более удобны наладка и обслуживание автоматов, если все основные
механизмы расположены на одинаковой и при этом относительной
высоте, которая рекомендуется в пределах 1000—1200 мм. Поэтому
автоматы с большим количеством рабочих позиций следует строить
с вертикальной осью, где горизонтальная плоскость поворотного
стола предопределяет одинаковую высоту компоновки и зоны дей-
ствия всех основных механизмов, обслуживающих рабочие позиции.
В автоматах с небольшим числом позиций (4—8) или в автоматах
малых типоразмеров этот критерий существенной роли не
играет.
4.	Удобство удаления стружки и других
отходов обработки. По этому критерию предпочтитель-
ными являются автоматы с горизонтальной осью. В автоматах с вер-
тикальной осью происходит, как правило, значительное скопление
стружки на горизонтальной плоскости стола, особенно вокруг рабо-
чих шпинделей.
5.	Прочность обрабатываемых изделий.
Для хрупких изделий (например, стеклянных и др.) необходимо
строить автоматы с вертикальной осью. Так, при обработке изделий
из стеклянных трубок при горизонтальной компоновке сила тяжести
свободных концов трубок при их вращении в шпинделе вызывает по-
ломки. Аналогично, при повороте стола суммирование сил инерции
и сил тяжести также приводит к нарушению прочности. Для массив-
ных механических заготовок этот признак значения не имеет.
6.	Возможность унификации конструкций
машин. По этому признаку следует отдавать предпочтение тому
варианту, где выше возможности унификации с однотипными кон-
струкциями. Так, если существуют горизонтальные автоматы, це-
лесообразно и полуавтоматы аналогичного назначения также строить
горизонтальными, чтобы унифицировать большинство механизмов
и тем самым снизить стоимость конструкций, повысить их надеж-
ность в работе и т. д,
165

Любую конструкцию автомата или полуавтомата, как правило,
можно реализовать и в горизонтальном, и в вертикальном варианте.
Выбор наиболее рационального из них производится путем рассмотре-
ния приведенных выше критериев для каждого конкретного слу-
чая, при этом с точки зрения различных критериев могут быть и
противоположные заключения, которые необходимо анализировать
в комплексе.
Рассмотрим методику выбора геометрической оси автоматов на
конкретных примерах.
А. Токарные прутковые многошпиндельные автоматы можно
построить как с горизонтальной, так и с вер-
тикальной осью (рис. VI1-9). В обоих вариан- '
тах при одинаково выбранном числе пози- М
ций идентичны комплекты механизмов рабо- f П
чих, холостых ходов и управления, а при об-
работке одних и тех же изделий — и одинако-
вые комплекты режущих инструментов.
а)
Рис. VI1-9. Токарные прутковые многошпиндельные автоматы:
а — с горизонтальной осью; б — с вертикальной осью
Тем не менее вследствие различного направления геометрической
оси, а следовательно компоновочных решений, автоматы значительно
отличаются по ряду технических и эксплуатационных характерис-
тик; каждый из вариантов обладает рядом достоинств и недостатков.
По критерию занимаемой площади предпочтение отдается вари-
анту с вертикальной осью, так как при горизонтальном положении
оси (рис.^УП-9, а) автомат занимает в 2,5—3 раза больше места,
прежде всего за счет прутковой головки с направляющими трубами,
внутри которых помещаются обрабатываемые прутки.
По критерию удобства заправки обрабатываемого материала,
наоборот, более рациональным является вариант с горизонтальной
осью, потому что в автоматах с вертикальной осью для этой цели
необходимо применять лестницы-стремянки; использование спе-
циальных антресолей для хранения и заправки прутков не всегда
возможно.
166	/

По критерию удобства обслуживания преимущество имеют авто-
маты с горизонтальной осью, так как при наладке автоматов с вер-
тикальной осью наладчику приходится работать в основном с под-
нятыми руками.
Отвод стружки также более удобен в автоматах с горизонтальной
осью, где стружка падает сквозь люк в станину с транспортером
отвода стружки. В автоматах с вертикальной осью стружка скапли-
вается на станине, вокруг нее и на суппортах.
Таким образом, лишь по занимаемой площади автоматы с верти-
кальной осью более предпочтительны. По всем остальным критериям,
прежде всего по условиям обслуживания, автоматы с горизонталь-
ной осью лучше, поэтому в СССР токарные многошпиндельные
прутковые автоматы выпускают только в горизонтальном исполнении.
Рис. VI1-10. Токарные многошпиндельные полуавто-
маты:
а — с горизонтальной осью; б — с вертикальной осью
Б. Токарные многошпиндельные полуавтоматы также могут
быть в горизонтальном и вертикальном исполнении (рис. VI1-10).
Они обладают такими же технологическими возможностями, как и
многошпиндельные прутковые автоматы (см. рис. VI1-9), и имеют
идентичный с ними комплект механизмов и устройств, кроме загру-
зочных. Вместо прутков здесь используют штучные заготовки в виде
отливок, поковок, загрузку и съем которых производят вручную.
Однако именно это, внешне незначительное, отличие предопреде-
ляет рациональность иных компоновочных решений. Так, вследст-
вие отсутствия длинных прутков и направляющих труб в полуавтома-
тах с вертикальной осью не нужна верхняя компоновка шпиндель-
ного блока с продольной обточкой снизу вверх. Поворотный стол
компонуют непосредственно в станине; на оптимальной высоте
обработку ведут сверху вниз, весь привод с двигателем располагают
наверху (рис. VI1-10, б). Полуавтоматы с горизонтальной осью по
конструктивно-компоновочному решению отличаются от автоматов
только отсутствием прутковой головки (рис.VII-10» а).
При сравнении обоих вариантов по занимаемой площади верти-
кальная ось предпочтительнее и в полуавтоматах, хотя выигрыш
по площади не столь велик, как у автоматов. По критерию удобства
167

загрузки наблюдается уже совершенно иная картина: на полуав-
томатах предпочтительнее является не горизонтальное, а вертикаль-
ное расположение оси, так как загрузку и съем изделий удобно
производить в вертикальной плоскости. Особенно важно это преиму-
щество в полуавтоматах для обработки изделий больших диа-
метров. По критерию удобства наладки оба варианта относитель-
но равноценны, потому что в полуавтоматах с вертикальной осью
доступ к шпинделям, механизмам поворота, фиксации и другим осу-
ществляется сверху вниз. Верхняя компоновка двигателя и редук-
тора не представляет затруднений, так как эти механизмы не тре-
буют частой наладки.
По критерию удобства удаления отходов для полуавтоматов,
как и для автоматов, более предпочтительным является горизон-
тальное направление геометрической оси. Признак прочности изде-
лий не играет существенной роли. По критерию унификации
преимущество на стороне полуавтоматов с горизонтальной осью,
которые можно на 70—80% унифицировать с соответствующими
конструкциями автоматов.
Таким образом, для многошпиндельных полуавтоматов преиму-
щества и недостатки обоих компоновочных вариантов более соиз-
меримы, чем для автоматов. При выборе направления геометричес-
кой оси необходимо из всех рассмотренных факторов выделить
наиболее важные.
К их числу прежде всего относятся:
1.	Удобство загрузки и съема обрабатываемых изделий. Пред-
почтение отдается полуавтоматам с вертикальной осью; однако их
преимущество проявляется прежде всего в крупных изделиях —-
диаметром 200—300 мм и выше.
2.	Возможность унификации с другими моделями;Преимущество
имеют полуавтоматы с гориз9нтальной осью (см. рис. VI1-9, а и
рис. VI-10, а)\ однако следует отметить, что оно справедливо лишь
для полуавтоматов при обработке изделий малых и средних диамет-
ров, так как прутковые автоматы строятся для изделий диаметром
до 100 мм.
Отсюда вывод о рациональном выборе геометрической оси: полу-
автоматы для изделий диаметром менее 200 мм следует строить
с горизонтальными осями, что обеспечивает их широкую унифи-
кацию с соответствующими моделями автоматов; полуавтоматы для
изделий диаметром более 200 мм надо строить с вертикальными
осями, что обеспечивает существенное облегчение их обслужи-
вания.
Аналогичным образом, согласно указанным критериям, можно
сделать анализ и выбор направления геометрической оси автоматов
и полуавтоматов любого технологического назначения, а также
оценить правильность уже сложившихся конструктивно-компо-
новочных решений. Так, например, для откачных полуавтоматов
(см. § 1) все критерии подтверждают вертикальное исполнение
конструкции, бесцентрово-шлифовальные автоматы строят только
горизонтальными,
168

§ 5., ВЫБОР КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТОВ
Компоновочная схема определяет пространственное расположение
механизмов и устройств автомата относительно геометрической оси.
На выбор компоновочной схемы влияют следующие показатели:
а) метод и технологический маршрут обработки изделия; б) кон-
струкции основных целевых механизмов автомата; в) число пози-
ций; г) положение геометрической оси автомата.
Разработка компоновочной схемы автомата является заключи-
тельным этапом перед разработкой конструкции механизмов и
устройств. К критериям выбора компоновочной схемы относятся:
1) удобство обслуживания станка; 2) техническая эстетика; 3) тре-
бования к производительности и качеству изделий.
Последний из названных критериев несет в себе количественные
требования к жесткости, виброустойчивости, долговечности и т. д.
Все критерии, определяющие компоновочную схему автомата,
не остаются постоянными, неизменными. Кроме того, с развитием
техники изменяется значимость того или иного критерия. Так, до
недавнего времени критерий технической эстетики практически
учитывался мало. С другой стороны, с развитием техники, с совер-
шенствованием конструкций отдельных механизмов и машины
в целом повышается ее надежность и долговечность, а также степень
автоматизации, в результате чего критерий удобства обслужива-
ния автомата может стать не определяющим, а второстепенным.
Таким образом, компоновочные схемы автоматов неизменно раз-
виваются. Проследим обоснование выбора компоновочной схемы
на примере токарного многошпиндельного автомата для попутного
точения колец (см. § 3).
Первый вариант его компоновки (вертикальное расположение
геометрической оси) представлен на рис. VI1-11, а. Шпиндельный
‘барабан, имеющий одну нижнюю опору, непрерывно вращается,
обеспечивая круговую подачу деталей, вращающихся в шпинделях
со скоростью резания, относительно неподвижного блока режущих
инструментов, который расположен в центре шпиндельного бара-
бана. ^Сакая компоновка станка компактна, но имеет целый ряд
недостатков. К ним относятся: а) невозможность доступа к режу-
щим инструментам в процессе работы станка; б) затрудненный
отвод стружки из зоны резания; в) трудность обслуживания станка
в связи с расположением коробки привода в основании станины;
г) недостаточная жесткость и виброустойчивость станка; д) ограни-
ченность объема для размещения системы подачи смазочно-охлаж-
дающей жидкости (СОЖ) й смйзки в станине автомата.
Более развитая компоновочная схема автомата непрерывного
действия представлена на рис. VI1-11, б. Она отличается от схемы
(рис. VII-11, а) тем, что инструментные блоки расположены сна-
ружи шпиндельного барабана на верхней плите станины. Непо-
движность режущих инструментов и их расположение вокруг
шпинделей исключают первый из перечисленных недостатков ком-
поновочной схемы (рис. VI1-11, а) и позволяют производить регу-
7	Волчкевич и др., ч, I	169

Рис. VII-11. Компоновочные варианты токарного многошпиндельного автомата попутного точения непрерыв-
ного действия

Рис. VII-12. Конструктивная схема токарного многошлиндельного
автомата непрерывного действия
7*
171

лировку и замену изношенных инструментов непосредственно в про-
цессе обработки деталей.
На рис. VII-11, в приведена компоновочная схема, существенно
отличающаяся от схем на рис. VII-11, а, б. Здесь шпиндельный бара-
бан установлен в верхней и нижней опорах, что в совокупности с пор-
тальной станиной значительно повышает жесткость системы станок —
приспособление — инструмент—деталь (СПИД). Перенесение ко-
робки привода в верхнюю часть автомата высвобождает часть по-
лости станины для дополнительного размещения системы подачи
СОЖ и масла. Основной недостаток рассматриваемой компоновочной
схемы — крайне затруднительный отвод стружки из зоны станка.
Компоновочная схема автомата с верхним расположением шпин-
дельного барабана (рис. VII-11, г) устраняет этот важнейший недо-
статок. К несовершенству такой схемы следует отнести ухудшенные
условия обслуживания режущих инструментов (регулировку и
замену), а также увеличение занимаемой площади по сравнению
с предшествующими вариантами компоновки автомата.
Анализ приведенных вариантов позволил создать более совер-
шенную схему компоновки (рис. VII-11, 5). Эта схема объединяет
в себе все преимущества компоновочных схем (рис. VI1-11, а, б, в, г).
Здесь имеется хороший доступ к неподвижным в процессе работы
станка инструментам, свободный сход стружки в верхнюю полость
станины, удобное верхнее расположение коробки привода, доста-
точная жесткость и виброустойчивость автомата благодаря жесткой
связи верхней части со станиной, значительный свободный объем
нижней части станины для размещения СОЖ и масла.
В результате анализа возможных компоновочных вариантов
принята компоновочная схема, приведенная на рис. VII-12. На этой
схеме двигатель и весь привод вращения шпинделей и барабана
скомпонованы сверху. Благодаря этому в станине имеется доста-
точно места как для схода стружки, так и для размещения бака со
смазочно-охлаждающей жидкостью. Центральная колонна имеет
две опоры, что в сочетании с портальной конструкцией станины
обеспечивает высокую жесткость конструкции. Блоки инструментов
расположены по периферии, что позволяет легко и просто осущест-
влять их наладку и даже замену инструментов без останова
автомата.
Глава VIII
ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
§ 1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКОВ
Системы управления, применяемые в современных станках,
весьма разнообразны как по своему назначению, так и по кон-
структивному оформлению. Однако в любом станке, автомате или
автоматической линии можно выделить две основные части: управ-
172

лякнцее устройство и управляемые узлы — агрегаты или другие
рабочие органы, выполняющие заданный технологический процесс.
Технологический процесс имеет один или несколько параметров
(подача, скорость, усилие и т. д.), которые для правильного хода
процесса поддерживаются постоянными или изменяются по опре-
деленному закону. Управляющее устройство воздействует на управ-
ляемый рабочий орган станка в соответствии с программой управ-
ления.
Программа работы станка — совокупность команд, которые
должен выполнять станок. Механизмы и устройства, обеспечиваю-
щие по заданной программе точное и согласованное во времени
воздействие рабочих органов и агрегатов станков, автоматов и
автоматических линий, составляют систему управления.
Основным назначением системы управления станка является
выполнение заданных команд с целью поддержания требуемых зна-
чений параметров выполняемого технологического процесса при
определенной точности с наибольшей производительностью.
Команды, задаваемые станку в системах программного управле-
ния, делят на три категории:
1.	Технологические команды, обеспечивающие перемещение ра-
бочих органов станка на заданные расстояния в процессе обработки.
2.	Цикловые команды, к которым относят переключение ско-
рости и подач, выбор инструмента, выключение охлаждения,
реверс.
3.	Команды на выполнение служебной или логической инфор-
мации, обеспечивающие правильность отработки станком всех
задаваемых ему команд (обозначение адресов, знаки разделения
команд, контрольные числа). Эти команды зависят от принятой
системы кодирования команд.
Кодирование перемещений тесно связано с выбором системы
счисления, в которой цифровую информацию вводят в систему
управления. Поэтому при кодировании желательно использовать
такой код, который можно было бы применять в любых системах
управления.
Кодом называют совокупность буквенных и цифровых символов,
каждая из которых однозначно эквивалентна какой-либо команде,
необходимой для управления станком.
В качестве программоносителей кодированной информации в со-
временных системах программного управления находят применение
почти исключительно перфоленты, имеющие значительные техниче-
ские и эксплуатационные преимущества.
Станок, работающий в автоматическом режиме, имеет систему
управления, заставляющую его выполнять определенную программу
без вмешательства человека.
На неавтоматизированном станке оператор составляет порядок
обработки и изготовляет деталь. Программа обработки задается
ему в виде технологического процесса. Если все функции управле-
ния изъять у оператора и передать их станку, то станок должен са-
мостоятельно выполнить всю работу по программе. При этом чело-
173

век подготавливает станок для выполнения функций, заданных
программой.
При ручном управлении станком ошибки, допущенные в про-
грамме, можно исправить в ходе обработки. При автоматической
обработке корректировать программу простыми средствами, как
правило, трудно. Здесь надо предвидеть износ инструмента, изме-
нение температуры, изменение припуска, непостоянство сил тре-
ния, жесткость, инерционность механизмов, быстродействие и ряд
других факторов.
На обычном токарном станке при работе резец быстро подводят
к обрабатываемой заготовке и начинают обточку. На автомати-
чески работающем станке инструмент 3 необходимо подводить
к заготовке 2 на медленной скорости й для этого предусматривать
величину подвода Д/ (рис. VII1-1); в противном случае он может
Рис. VIII-1. Схема движения инструмента при работе на
автомате:
а — при обточке; б — при фрезеровании
проскочить по инерции и врезаться в заготовку на большой ско-
рости, вследствие чего неизбежна поломка. При выходе из резания
инструмент также должен быть автоматически выведен в поло-
жение 1.
Главное отличие автомата от обычного универсального станка
в том, что он по точной программе выполняет определенный повто-
ряющийся цикл работы.
Современное развитие техники требует применения качественно
новых методов автоматизации производства, выдвигая основной
задачей достижение высокой технологической гибкости производ-
ства. Такую задачу нельзя решить традиционными средствами
автоматизации, поэтому за последнее время автоматизация полу-
чила принципиально новое направление — в виде создания широ-
коуниверсальных систем цифрового управления.
Современные станки с цифровым программным управлением,
как и другие виды автоматического оборудования, работают по
заранее составленной программе, но сама программа составляется
и передается станку принципиально другим методом.
При традиционных методах автоматизации весь объем инфор-
мации, необходимый для изготовления деталей, реализуется в ку-
лачках, копирах, шаблонах, упорах и др., с помощью которых
174

эта информация затем передается технологическому оборудованию
как программа обработки данной детали. Подобный способ подго-
товки и задания станку программы обработки связан с изготовле-
нием всех этих средств автоматизации, что, естественно, усложняет
их применение.
В станках с цифровым программным управлением на всех эта-
пах подготовки программы обработки, вплоть до ее задания станку,
оперируют только информацией в цифровой (дискретной) форме
с рабочего чертежа детали, что позволяет применять математиче-
ские методы для подготовки программ и автоматизировать весь
процесс их изготовления с помощью электронных вычислительных
машин.
Появление цифрового программного управления позволяет
создавать и внедрять в производство адаптивные самонастраиваю-
щиеся, самоорганизующиеся и самообучающиеся системы управле-
ния оборудованием, способные автоматически выбирать оптималь-
ные режимы обработки в ходе технологического процесса. Подоб-
ные системы управления характеризуются нежестким циклом об-
работки изделия в отличие от систем управления с распредели-
тельным валом, систем управления упорами, копировальных си-
стем управления и др., которые осуществляют управление жестким
циклом обработки.
Выбор системы управления во многом зависит от специфики
технологического процесса, от конкретных производственных усло-
вий, в которых эксплуатируется рабочая машина, и от требований
экономики.
Кроме того, система управления накладывает свои особенности
на кинематику и конструкцию станков, агрегатов линии, так как
кинематика и конструкция станков, транспортных и вспомогатель-
ных устройств неотделимы от системы управления. Однако любая
система управления, независимо от характера технологического
процесса, для которого она предназначена, должна максимально
отвечать следующему ряду основных требований: 1) исполнение
команд с высокой степенью быстроты и точности; 2) мобильность
при смене объекта производства; 3) синхронизация перемещений
в различных циклах; 4) высокая надежность работы; 5) автомати-
ческое регулирование процесса обработки и поддержание опти-
мальных параметров в ходе обработку; 6) простота конструкции,
низкая стоимость и удобство обслуживания; 7) многокоординат-
ность и многоинструментноСть обработки; 8) короткий цикл под-
готовки программы работы; 9) выполнение большого количества
технологических команд (переключение подач, чисел оборотов
шпинделя, поворот резцовой головки, включение и выключение
охлаждения, смена инструмента); 10) управление продолжитель-
ными циклами обработки без смены программоносителя.
Системы управления станков-автоматов и автоматических линий
можно классифицировать по различным признакам: по принципу
синхронизации, степени централизации управления, методу воз-
действия, виду программоносителя, числу управляемых координат,
175

способу программирования, наличию обратной связи, технологи-
ческому назначению, числу потоков информации, виду информа-
ции, глубине обратной связи, типу привода и другим признакам.
По степени централизации системы упра-
вления станки разделяют на централизованные, децентрали-
зованные и смешанные.
Централизованные, или независимые, системы управления харак-
теризуются тем, что управление всем технологическим циклом
станка-автомата или автоматической линии производится с цен-
трального командного устройства (командоаппарата, пульта, рас-
пределительного вала, лентопротяжного устройства, копира) .неза-
висимо от действия и положения исполнительных рабочих органов.
В таких системах управления продолжительность рабочего цикла
для каждого исполнительного рабочего органа станка является
постоянной величиной (в механических системах управления,
обычно равной периоду одного оборота распределительного вала).
Благодаря простоте схемы управления, надежности в работе,
удобству обслуживания и наладке централизованные системы управ-
ления получили наибольшее применение в автоматах.
К числу недостатков подобных систем можно отнести необходи-
мость иметь дополнительные предохранительные устройства, так как
команды с центрального командного пункта подаются вне зави-
симости от действия и положения исполнительных рабочих
органов.
Цецентрализованные системы управления (называемые иногда
путевыми) осуществляют управление при помощи датчиков (чаще
всего путевых переключателей и конечных выключателей), вклю-
чаемых движущимися исполнительными рабочими органами. Эти
системы основаны на управлении упорами; все исполнительные
органы связаны между собой так, что каждое последующее движе-
ние одного может происходить после окончания движений преды-
дущим.
Преимуществом этой системы управления является отсутствие
сложной блокировки, так йак команды подаются после окончания
предыдущей операции. Однако датчики, расположенные в рабочей
зоне станков, нередко выходят из строя из-за попадания стружки,
пыли, масла, выдают неправильные команды вследствие .закора-
чивания электрических цепей; кроме того, многочисленные датчики
и элементы промежуточных цепей в целом являются еще недоста-
точно надежными в работе.
Смешанные системы управления являются комбинацией первых
двух систем. Здесь управление некоторыми элементами цикла осу-
ществляется, как в децентрализованной системе, а остальными —
от центрального командного устройства. Например, центральный
командоаппарат управляет всем циклом автоматической линии,
а параллельно с этим осуществляется контроль выполнения оче-
редных команд при помощи путевых датчиков. Вал командоаппа-
рата при нормальной работе линии вращается непрерывно, а при
невыполнении очередной команды командоаппарат отключается.
176

Несмотря на то, что смешанные системы обладают некоторыми
недостатками первых двух систем, они имеют большие перспективы
применения, как более гибкие и универсальные.
Наиболее важным и характерным признаком любой системы про-
граммного управления является способ задания про-
граммы обработки,,выбор которого во многом зависит от назна-
чения системы управления, от структурной особенности и экономи-
ческой целесообразности. Способ задания программы, как пра-
вило, определяет основные особенности системы управления, струк-
туру управления, степень постоянства действия сигналов управ-
ления, степень централизации и т. д.
Любая автоматическая система управления выполняет строго
определенный, заранее намеченный (запрограммированный) ком-
плекс операций по обработке изделия, составленный в виде про-
граммы работы автомата или автоматической линии в соответствии
с принятым технологическим процессом. Поэтому система программ-
ного управления имеет элемент или устройство, называемое про-
граммоносителем, который в той или иной форме содержит про-
грамму работы управляемого исполнительного органа.
По виду программоносителя все системы управ-
ления рабочими машинами можно классифицировать на четыре
группы (табл. VII1-1).
Таблица VHI-1
Системы управления станков
Программо- носители	группа 1	группа 2	группа 3	группа 4
	Упоры	Копиры	Кулачки	Перфоленты и магнитные ленты
Программоноситель является наиболее важным и характерным
признаком системы управления; он содержит программу исполне-
ния рабочего цикла и выдает требуемое число команд в зависимости
от сложности и конфигурации обрабатываемого изделия и приня-
того технологического процесса. Следовательно, программоноси-
тель является как бы главным распорядителем системы управле-
ния, от которого поступают сигналы на перемещение того или иного
исполнительного органа.
Главными характеристиками программоносителя являются ме-
тод фиксации программы, наибольшее число команд, которое можно
записать (емкость информации), скорость считывания, плотность
записи информации, долговечность, длительность работы без потерь
информации, наименьшая стоимость, надежность, удобство хра-
нения, удобство транспортирования, простота построения и изго-
товления, а также быстрота смены программоносителя.
На рис. VIП-2 представлена классификация систем управления
станков по виду программоносителей. По вертикали представлены
177

четыре группы программоносителей, а по горизонтали — типы
программоносителей. Характерной особенностью каждой системы
управления является наличие программоносителя 1 и считываю-
щего устройства 3, которое считывает программу (рис. VIП-2, а).
Причем конструкция считывающих устройств может быть самая
разнообразная для каждой системы управления в зависимости от
178

требуемых условий. В современных системах управления встре-
чаются механические считывающие устройства, электромеханиче-
ские, электрогидравлические и др. Кроме того, для ввода про-
граммы в станок необходимо устройство ввода программы 2. Кон-
струкция устройств ввода программы также разнообразна по
сложности —от линейки в системах управления упорами до слож-
ных вводных устройств в системах управления перфолентами и
магнитными лентами.
Системы управления упорами (группа 1,
рис. VIII-2) обычно имеют ряд упоров/, установленных в устрой-
стве ввода программы 2 в соответствии с требованиями технологи-
ческого процесса.
Системы управления упорами при всех своих преимуществах
(конструктивная простота, малая стоимость, дистанционность управ-
ления и т. п.) имеют существенный недостаток, заключающийся в от-
сутствии управления положением исполнительного органа станка
в процессе его перемещения, что затрудняет синхронизацию управ-
ления несколькими исполнительными органами. Эти системы нашли
широкое применение в современных автоматических станках и
автоматических линиях.
Системы управления копирами (группа 2,
рис. VIП-2) имеют в качестве программоносителя копир /, уста-
новленный в устройство ввода программы 2. Эти системы управле-
ния обладают целым рядом преимуществ: возможность обработки
детали со сложными поверхностями, универсальность, мобильность
при наладке, широкая возможность автоматизации станков при
обработке деталей сложного фасонного профиля; однако они имеют
недостатки, основным из которых является автоматизация только
рабочих ходов й довольно высокая трудоемкость изготовления.
Системы управления кулачками с распре-
делительным валом (группа 3, рис. VI11-2) имеют
в качестве программоносителя кулачки 1 различного вида, распо-
ложенные на валу 2 (устройство ввода программы): дисковые, тор-
цовые, цилиндрические или барабанные, плоские и др. Рассматри-
ваемые системы управления представляют собой классический при-
мер централизованных систем управления без обратных связей,
обеспечивающих надежную и точную синхронизацию всех движе-
ний рабочего цикла любой сложности. Недостатком этих систем
управления является большая сложность и трудоемкость изготов-
ления программоносителей (кулачков).
Системы управления перфолентами и маг-
нитными лентами (группа 4, рис. VI П-2) имеют в качестве
программоносителей перфокарты, перфоленты и магнитные ленты.
Их можно выполнить на бумаге, фотопленке, латунной фольге,
стальной ленте, мейларовой ленте и другом материале. Такие
системы управления обеспечивают высокую гибкость и перенала-
живаемость оборудования, позволяют автоматизировать сложные
технологические процессы с огромным количеством операций и
широко использовать вычислительную технику и автоматическое
179

программирование. Это новые системы управления, получающие
в настоящее время широкое внедрение в машиностроительное про-
изводство.
В зависимости от структуры и трудоемкости выполняемого на
станке технологического процесса программоносители комбини-
руют в различной последовательности; так, для управления циклом
применяют программоносители линейного (рис. VIП-2, б) или
объемного типа (рис. VII1-2, в).
Традиционные системы управления не могут обеспечить высо-
кой гибкости и переналаживаемости оборудования на изготовление
новой детали. Появление станков с цифровым программным управ-
лением позволяет коренным образом решить эту задачу. Однако,
несмотря на то что эти системы управления за короткое время про-
шли большой путь развития — от построения на электронных лам-
пах до применения твердых или интегральных схем, позволивших
уменьшить габариты и значительно увеличить надежность, — они
еще остаются дорогими и сложными в эксплуатации.
Применяют комбинации из указанных программоносителей;
так, например, в некоторых конструкциях токарно-револьверных
автоматов с цикловым программным управлением можно встре-
тить все четыре вида программоносителей.
Комбинация различных видов программоносителей в устрой-
ствах ввода программ позволяет значительно расширить возмож-
ности автоматизирования технологического процесса. Так, напри-
мер, установка упоров на торце диска (рис. VIП-2, в) позволяет
увеличить скорость ввода программы, установка нескольких копи-
ров — обеспечить многопроходную обработку ит. д. На рис. VI П-2, г
представлена схема расположения программоносителей при много-
проходной обработке. На рис. VIП-2, д представлена схема
программоносителей для многокоординатной обработки по осям
х, у, г.	’
Кроме программоносителей и считывающих устройств в систему
управления включают и устройства для передачи информации от
программоносителя к движущемуся рабочему органу станка.
При этом информация передается с определенной точностью и ско-
ростью и преобразуется в вид, удобный для управления рабочим
органом станка. Следовательно, кроме программоносителя система
управления имеет передаточно-преобразующее устройство и испол-
нительный механизм.
На рис. VIП-3 представлена принципиальная схема системы
управления станка. Сигнал х от программоносителя 1 считывается
считывающим устройством 2 (рис. VIП-3, а) и преобразовывается
в передаточно-преобразующем устройстве 3, после чего передается
на исполнительный механизм 4, который рабочему органу станка 5
создает подачу s. Точность получения этой подачи зависит от каче-
ства работы всех промежуточных механизмов. Полученная вели-
чина подачи автоматически не измеряется и не контролируется;
поэтому при неточном изготовлении подобной системы управления
она создает большую накопленную ошибку.
180

Если система управления дополнена измерительным устрой-
ством 6 (рис. VIII-3, б), которое измеряет выходную величину пере-
мещения s и сравнивает ее в устройстве 3, обеспечивая автоматиче-
ское поддержание на заданном уровне величины sb получаем воз-
можность в значительной мере увеличить точность системы. Такое
измерительное устройство называют устройством обратной связи,
а систему управления с обратной связью называют замкнутой си-
стемой управления станка. Однако, как следует из рассматривае-
мой схемы, эта система управления не учитывает изменения таких
факторов, как износ инструмента, изменение твердости обрабаты-
ваемого материала, измене-
ние отдельных параметров
элементов системы управле-
ния.
Для учета этих факторов
систему управления снабжают
дополнительным измеритель-
ным устройством 7, которое
позволяет автоматически учи-
тывать изменение режима об-
работки и приспосабливать
систему к оптимальному ре-
жиму (рис. VIII-3, в); их на-
зывают адаптивными систе-
мами управления станков,
В системах управления
станков обратная связь, как
правило, стремится умень-
шить величину рассогласовав
ния и свести ее к минимуму.
Такие обратные связи назы-
вают отрицательными обрат-
а)
Рис. VII1-3. Принципиальные схемы си-
стем управления станков:
а — прямого управления; б — с обратной
связью; в — с адаптивным управлением
ними связями.
Выбор той или иной системы управления оказывает существен-
ное влияние на ,все технико-экономические показатели станков,
автоматов и автоматических линий, их производительность, точ-
ность, надежность в работе и экономическую эффективность.
Производительность автоматизированных станков есть вели-
чина, обратная длительности рабочего цикла и суммарных внецик-
ловых потерь:
Q=l/(T + S/n).
Учитывая при сравнительном анализе различных вариантов по-
строения машин только собственные внецикловые потери, получаем
Q = 1 /(/₽ +1. + S Ct + te + /пер),	(VII f-1)
где /р — время рабочих ходов цикла; tK — время холостых ходов;
SC,-— потери вида II (по инструменту); te — потери вида III (по
оборудованию); /пер — потери вида VI (по переналадке).
181

При этом
4ep = 6nep/Z,	(VI11-2)
где вПер — время, затрачиваемое на переналадку станка при пере-
ходе на обработку другого изделия; г — размер партии обрабаты-
ваемых изделий (1 < г < со). Применение различных систем
управления и их вариантов связано с различной величиной прежде
всего холостых ходов рабочего цикла и длительности перена-
ладки ©пер.
По принципу осуществления холостых ходов все рабочие ма-
шины с системами автоматического управления можно разделить
на три группы.
В автоматах группы I система управления построена
таким образом, что изменение величины рабочих ходов вызывает
пропорциональное изменение и холостых ходов таким образом, что
величина коэффициента производительности не изменяется:
T]I = const.	(VIII-3)
По этому принципу построены системы управления почти всех
неметаллорежущих автоматов с РВ — текстильных, пищевых,
электровакуумных и др., а также металлорежущих станков для
нетрудоемких работ. Их общим конструктивным признаком яв-
ляется наличие РВ с постоянным вращением, при изменении ско-
рости которого скорости рабочих и холостых ходов изменяются
пропорционально. К группе I принадлежат и станки с программным
управлением, управляемые, например, от магнитной ленты с по-
стоянной скоростью протягивания. Изменение скорости лентопро-
тяжного механизма также приводит к изменению скоростей и
рабочих и холостых перемещений:
Л = /р/Т = фц//<.
Отсюда формула цикловой производительности для автоматов
группы I
=	(VIII-4)
т. е. цикловая производительность растет пропорционально техно-
логической.
В автоматах группы II система управления построена
таким образом, что изменение величины рабочих ходов и техноло-
гической производительности не влияет на длительность холостых
ходов, которые остаются постоянными. К автоматам группы II
относятся, например, гидрокопировальные станки, в которых дли-
тельность зажима изделий, быстрого подвода и отвода суппортов и
других холостых ходов не зависит от варьирования режимами и
длительностью обработки. К группе II относятся также токарные
многошпиндельные автоматы, автоматические линии из агрегат-
ных станков с системой управления упорами и т. д. Их общим
признаком является условие
An = const.	(VIII-5)
182

Цикловая, производительность автоматов группы II опреде-
ляется, как указывалось выше, по формуле
Qn-K/(A7xn + l).	(VIII-6)
Автоматы группы III (промежуточной) сочетают ха-
рактерные признаки автоматов групп I и II. Их системы управле-
ния строят таким образом, что при варьировании длительности
рабочих ходов одна часть холостых ходов изменяется пропорцио-
нально, вторая остается неизменной. Следовательно, для автоматов
этой группы характерны оба признака:
t]i = const; /XJI= const.	(VII1-7)
По этому принципу построены, например, многие автоматы
в электровакуумном машиностроении, которые кроме.основного РВ
с постоянной скоростью вращения имеют периодически включае-
мый быстровращающийся вал, от кулачка которого происходит
поворот карусели.
В автоматах группы III длительность рабочего цикла
Г = /р + /Х1+/Х11,	(VIII-8)
где /Х1 — холостые ходы, совершаемые по группе I (зависимые от
изменения /р); /Хп — холостые ходы, совершаемые по группе II
(независимые от изменения^ /р).
Так как
*Xj — Т (1 тц).	J
Подставляя последнее выражение в формулу (VIП-8) и преоб-
разуя ее, получаем
Т = /р + Т(1 - тц) + /хи, 7 = (/p + /XI1)/T)i.
Отсюда
Qm — l/T = r1I/(/p + /XI1) = KiliWxIi+ 1) = /Ob Пи	(VIII-10)
Здесь t)i — коэффициент производительности без учета холостых
ходов группы П; т)ц —коэффициент производительности без учета
холостых ходов группы I.
Формулы производительности (VIII-4), (VIII-6), (VIII-10) авто-
матов всех трех групп выражают величину цикловой производи-
тельности Q в зависимости от К, которая является переменной вели-
чиной, и параметра, являющегося для данной группы автоматов
постоянным (т)!, /хп). Это дает возможность сравнивать величину
цикловой производительности при различных вариантах построе-
ния систем управления, выбирать для каждого конкретного слу-
чая самые производительные варианты.
На рис. VIП-4 показаны кривые производительности всех трех
групп автоматов, причем кривая III соответствует автомату про-
межуточной группы. Как видно, эта кривая аналогична кривой II
183

Рис. VII1-4. График зависимости про-
изводительности автомата от техноло-
гической производительности
автоматов группы II. Кривая I показывает, что производитель-
ность автоматов группы I находится в линейной зависимости от
величины К.
Кривая III (рис. VIП-4) показывает, что рассматриваемая
группа автоматов занимает промежуточное место между автома-
тами групп I и II, ибо в определенных диапазонах изменения
технологической производительности от до К2 автоматы проме-
жуточной группы обеспечивают большую производительность, чем
автоматы групп I и И. Вне указанных пределов автомат промежу-
точной группы менее производителен, чем автоматы группы II
(К < Ki) и группы I (при К > К2).
Из этих же кривых можно установить диапазон использования
автоматов групп I и II. Точка пересечения М кривых / и II пока-
зывает, что результаты работы
на двух различных автоматах
с точки зрения производитель-
ности одинаковы. Вправо или
влево от этой точки производи-
тельность для станков групп
I и II совершенно различная.
Очевидно, что если одна и та же
работа технологически осущест-
вима на автоматах обеих групп,
то выбор автомата надо сделать
исходя из приведенных законо-
мерностей.
Исходными данными при вы-
боре наиболее целесообразной из
возможных систем управления,
_ как уже известно, являются
структура технологического процесса и величина технологической
производительности. На основе анализа конструкций и динами-
ческого исследования большого количества целевых механизмов
металлорежущих автоматов и полуавтоматов, а также построения
кривых использования автоматного парка можно сделать следую-
щие ориентировочные выводы: если К > Ю шт/мин, то автоматы
строятся по схеме группы I; если К <Z 1 шт/мин, то автоматы
строятся по схеме группы II; если К находится в пределах от 0,5
до 10 шт/мин, то автомат может иметь принципиальную схему
группы III (промежуточной).
Для мелких и легких работ следует создавать автоматы группы I;
для мелких и средних работ, требующих сложной последовательной
обработки, — автоматы группы III (промежуточной); для средних
и тяжелых работ — автоматы и полуавтоматы группы II.
Для более точного выбора принципиальной и структурной
схемы автомата необходимо произвести подробный анализ при-
меняемых целевых механизмов и определить технологическую про-
изводительность и ориентировочное значение коэффициента про-
изводительности для смежных групп автоматов. Тогда можно окон-
184

чательно выбрать схему, отдавая предпочтение той; при которой
при всех прочих равных условиях получается наибольшее произ-
ведение двух > величин К и q, т. е. наибольшая производительность
автомата.
В качестве примера рассмотрим, в каких случаях и какую
группу выгоднее применять, если имеется три автомата со следую-
щими характеристиками из холостых ходов: автомат группы I,
т]1 = 0,8; автомат группы II, /хц = 10 с; автоматы группы III,
т]! = 0,96 и /хц = 5 с.
По вышеприведенным формулам подсчитаем, какую производи-
тельность имеет каждый автомат при обработке деталей различной
трудоемкости с технологическим фактором К от 0,5 до 4 шт/мин.
Результаты подсчета приведены в табл. VIII-2.
Таблица VIII-2
Группа автоматов	Холостые ходы		Производительность Q, шт/мин			
	П1	*х11	при К = 0,5	при К = 1	при К = 2	при К = 4
I	0,8			0,4	0,80	1,6	3,2
II	—	10	0,46	0,86	1,5	2,4
III	0,96	5	0,435	0,88	1,7	2,67
Результаты вполне соответствуют характеру вышерассмотрен-
ных кривых. Для трудоемких деталей (Д' = 0,5) выгоднее приме-
нять автоматы группы II и наименее выгодно применять автоматы
группы I; для деталей средней трудоемкости (К = 1 и К = 2)
выгоднее применять автоматы группы III и-наименее выгодно при-
менять автоматы группы I (при К = 1); а при К = 2 — автоматы
группы II. Для легких работ (К = 4) наиболее выгодно применение
автоматов группы I.
Вторым параметром, определяющим выбор той или иной системы
управления при создании автомата, является длительность перена-
ладки на обработку других изделий, которая в основном опреде-
ляется длительностью смены программы обработки. При массовом
и крупносерийном производстве (г -> ~) потери на переналадку
равны или близки нулю (/пер-^0); поэтому выбор системы управ-
ления определяется максимальной величиной цикловой производи-
тельности (см. рис. VIП-4). Однако в условиях серийного и мелко-
серийного производства (г > 1) важнейшим определяющим фак-
тором становится мобильность систем управления, быстрота их
переналадки. На рис. VIП-5 показаны графики зависимости про-
изводительности автоматов от размера обрабатываемых партий
между переналадками г при различной длительности перена-
ладки 0пер.
Как видно, при плохой мобильности фактическая производи-
тельность автоматов в условиях серийного производства оказы-
вается во много раз ниже производительности при массовом про-
изводстве (QM на рис. VIП-5). Малая длительность переналадки
185

обусловливает широкое применение систем программного управ-
ления, как наиболее мобильных, в то время как для массового ста-
бильного производства основой автоматизации-являются системы
управления кулачками с распределительным валом.
Разнообразные методы осуществления команд, которые широко
применяют в современном автоматостроен и и (механические, гид-
равлические, пневматические, комбинированные и др.), вызывают
появление автоматов со сложной структурой. Поэтому для нагляд-
ной иллюстрации способов управления сложными циклами исполь-
зуют структурные схемы управления. На рис. VII1-6 приведены
Рис. VIII-5. График зависимости про-
изводительности автоматов от длитель-
ности переналадки и размера партии
изделий
примеры структурных схем ав-
томатов различных групп.
Структура управления авто-
мата выявляет функции и прин-
ципиальное построение тех меха-
низмов, которые осуществляют
его цикл; она определяет его
кинематику и характер основ-
ных механизмов управления.
Структурная схема автомата
необходима для ясного понима-
ния работы цикла и оценки воз-
можных вариантов систем упра-
вления. Принцип построения
структурных схем заключается
в том, что с помощью условных
обозначений механизмов станка-
автомата показывают существен-
ные, важные связи между ними.
На структурной схеме отобра-
жают как связи между двигате-
лем, передаточным и исполни-
тельным механизмом, так и связи
системы управления, которые отличаются весьма большим разно-
образием. Так, показанная на рис. VII1-6 схема 1 имеет один рас-
пределительный вал РВ, который управляет и рабочими Р и холо-
стыми XX механизмами станка. Шпиндель Ш автомата получает
вращение от электродвигателя М через звено настройки а. Вал б
является узловым, с которого происходит отбор вращения на РВ.
Число оборотов РВ, а следовательно, и время цикла могут регули-
роваться сменой колес звена настройки в. По такому принципу
построены отечественные одношпиндельные автоматы группы I
моделей 110, 1110а и др.
В отличие от схемы 1 схема 2 (рис. VIП-6) содержит распреде-
лительный вал РВ, имеющий в течение одного оборота две ско-
рости вращения: медленную для рабочих ходов и быструю для
холостых (заштрихованный сектор). Схема работает так: РВ через
механизм управления У включает муфту / быстрого хода. РВ вра-
щается быстро, и осуществляются холостые ходы. К моменту окон-
186

чапия холостого хода механизм управления У дает команду на
выключение муфты и тем самым обеспечивается переключение ско-
рости РВ на рабочий ход. При этом вращение на РВ поступает от
Рис. VIII-6. Структурные схемы автоматов:
/ — автомат группы I; 2 — автомат группы II; 3 — автомат груп-
пы III; 4 — автомат с распределительным валом, имеющим останов
узлового вала г через звено настройки в. Таким образом, холостые
ходы при данной схеме осуществляются на больших скоростях.
По такой схеме построены многие отечественные многошпиндель-
ные автоматы (два шпинделя на схемах указывают на многошпин-
дельность станка). Это автоматы типов 1240, 1265 и другие авто-
маты группы II.
187

На схеме 3 (рис. VIII-6) показана схема автомата, имеющего РВ
и вспомогательный вал ВВ. Оба вала в течение цикла вращаются
с постоянными, но разными скоростями. РВ вращается медленнее,
чем ВВ, и число его оборотов настраивается с помощью звена на-
стройки в. Вспомогательный вал ВВ через механизмы холостых
ходов XX управляет вращением шпинделя Ш. Муфты I и II, уста-
новленные на шпинделе, по командам (+1) и (+2) от ВВ осуще-
ствляют реверс и изменение числа оборотов шпинделя. По такой
схеме выполнено большинство автоматов группы III (модели 1136,
ГБ136, 1Б140, 1124 и др.).
Многие современные автоматы и полуавтоматы имеют очень
сложные рабочие циклы. В качестве примера на схеме 4 (рис. VI П-6)
показана структурная схема одного из таких полуавтоматов. Здесь
РВ имеет участок медленного вращения (черный сектор), а В В —
останов (линия-радиус на условном обозначении). Командой от
руки (+ 1) включается муфта I и приводится во вращение ВВ.
Затем ВВ дает команду (+ 2) на включение муфты А, вследствие
чего РВ получает быстрое вращение. Затем ВВ дает команду (— 3)
на самовыключение. Потом РВ выключает муфту III рабочей
цепи, в результате чего РВ получает рабочий ход. После этого РВ
выключает муфту III (команда 6) и включает муфту II, что вызы-
вает быстрое вращение РВ, осуществляющее холостые ходы.
По окончании холостого хода РВ дает команду на включение ВВ
и самовыключение.
§ 2. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ УПОРАМИ
Система управления упорами является децентрализованной
системой, в которой управление осуществляется при помощи не-
подвижных упоров, воздействующих на датчики (обычно путевые
переключатели или конечные выключатели). Все исполнительные
органы станка или автоматической линии управляются системой
упоров таким образом, что каждое последующее движение одного
исполнительного органа производится после окончания движения
предыдущим. Например, перемещение обрабатываемой детали’ на
автоматической линии транспортером возможно только тогда, когда
все заготовки уже разжаты и силовые головки находятся в исход-
ном положении. Подобные системы управления получили широкое
применение при автоматизации управления обработкой на авто-
матах и полуавтоматах и особенно на автоматических линиях из
агрегатных станков, где система управления с упорами обеспечи-
вает дистанционность управления, простоту обслуживания.
Программа обработки задается путем соответствующей расста-
новки упоров на специальных сменных линейках, закрепляемых
на рабочем столе или станине станка (см. рис. VI П-2). Упоры воз-
действуют на путевые переключатели, которые при помощи электри-
ческих, гидравлических и реже пневматических сигналов пере-
дают команды на соответствующий привод исполнительного ме-
ханизма.
IHK

В автоматических линиях других типов система упоров исполь-
зуется для путевого управления работой смежных агрегатов при
подаче команд от одного агрегата к другому, для управления Цик-
лами силовых головок, рабочих столов, для системы блокировки и
сигнализации. Смена и подготовка программы обработки не тре-
бует'больших затрат времени, что создает известную мобильность
и технологическую гибкость систем управления с упорами. Упоры
могут выполнять две функции: ограничение перемещения и управле-
ние очередностью перемещений. В первом случае для этого исполь-
зуют жесткие упоры, воздействующие на привод исполнительного
органа в его конечном положении, во втором случае применяют
путевые переключатели.
Рис. VIП-7. Общий вид силовой агрегатной головки, управляемой от упоров
При использовании гидравлического привода в момент сопри-
косновения жесткого упора с исполнительным органом происходит
повышение давления в цилиндре до максимальной величины, опре-
деляемой настройкой предохранительного клапана. Если предусмо-
треть конструкцию упора в сочетании с электрическим контактом
и предохранительной муфтой, то происходит быстрое отключение
подачи с высокоточным остановом исполнительного органа. В резуль-
тате силового контакта в кинематической цепи привода исклю-
чается влияние зазоров на точность перемещения, которая при
соответствующей конструкции жестких упоров может достигать
величины 0,01—0,02 мм. При выполнении упорами функций управ-
ления они переключают кинематические цепи, воздействуют на
электрические переключатели и золотники гидравлических и пнев-
матических приводов.
На рис. VI П-7 дан общий вид силовой агрегатной головки, в кото-
рой управление циклом осуществляется путем использования жест-
ких 4 и путевых 3 упоров. Силовая агрегатная головка 5 может
иметь как горизонтальное перемещение, так и вертикальное (в этом
случае электродвигатель 6 устанавливается в положение 7). В кор-

пусе головки размещены привод главного движения, вращающий
шпиндель 8 и гидропанель 13, осуществляющая подачу. К корпусу 9
крепят линейку 10 с упорами управления 11, которые устанавли-
вают таким образом, чтобы осуществить цикл — быстрый подвод
головки к обрабатываемому изделию, рабочую подачу, быстрый
обратный ход и останов в исходном положении.
В процессе движения головки ролик ,12 (считывающее устрой-
ство) касается упоров 11 (программоносителей, установленных по
Рис. VII1-8. Схема управления автоматической линии, составленной из агре-
гатных станков:
1 — вертикальная стойка; 2 — гидропанель; 3 — кантователь; 4 — направляющие;
5 — наклонная силовая головка; 6 — механизм зажима; 7 — транспортер стружки;
8 — горизонтальная силовая головки; 9 — аппаратура управления; 10 — гидравли-
ческий бак; 11 — коробка уйравления; 12 — упор; 13 — горизонтальная силовая
головка; 14 — станина; 15 — линейка для крепления упоров; 16 — электрический
переключатель; 17 — поворотный стол; 18 — направляющая транспортера; 19 — ша-
говый транспортер; 20 — пульт управления; 21 — основание; 22 — приспособление;
23 — вертикальная головка
определенной программе на устройстве ввода программы 10), произ-
водит считывание программы, осуществляя управление головкой.
Упоры управления 3 могут размещаться и на подвижной линейке,
а ролики 2 (считывающие устройства) конечных выключателей 1
устанавливаются неподвижно на корпусе. Характер управления
принципиально при этом не меняется, изменяется лишь тип меха-
низмов.
На рис. VIП-8 показана типовая компоновочная схема управле-
ния автоматической линии из агрегатных станков, работающая по
упорам. Рабочий цикл обработки начинается подачей команды
с пульта управления 20 на движение транспортера 19 вперед с пере-
мещением всех деталей на один шаг. В конце хода путевые упоры
транспортера, воздействуя на конечные выключатели, выдают
команды на останов транспортера, что служит также сигналом на
190

выполнение следующих элементов рабочего цикла: выключение меха-
низма зажима 6 и фиксации деталей в специальных стационарных
приспособлениях 22 на рабочих позициях.
Все механизмы на позициях работают независимо друг от друга
и только подают сигналы об окончании зажима детали, например
окончание зажима контролируется РД, а окончание фиксации —
конечным выключателем.
После получения последнего сигнала дается общая команда на
пуск всех агрегатных силовых головок 5, S, 13. 23. причем каждая
головка имеет свою автономную систему управления. В исходном
положении головки самовыключаются и подают сигнал об оконча-
нии своего цикла. Как только подан сигнал об окончании обра
ботки на позиции с самым продолжительным циклом, вновь вклю
чаются механизмы зажима и фиксации, которые освобождают обра
батываемые детали в приспособле-
ниях. Затем происходит новый ход
транспортера и цикл возобновляет-
ся. Возврат транспортера в исход-
ное положение до упора происхо-
дит во время обработки, когда де-
тали зажаты в приспособлениях.
Система управления контроли-
рует только начальное и конечное
положения исполнительного орга-
на, что ведет к недостаточной син-
Рис. VII1-9. Общий вид бесконтакт-
ного путевого переключателя
хронизации управления несколь-
кими исполнительными органами,
работающими на одной позиции.
Как правило, такие системы управления применяют при обработке
деталей по так называемым прямоугольным- циклам (позиционное
управление) — обточка ступенчатых валиков, фрезерование плоских
поверхностей, расположенных на разных уровнях, и др. Управле-
ние системой упоров осуществляется исполнительным органом
только по одной координате, что делает невозможным применение
их для обработки деталей со сложным криволинейным профилем.
Путевые переключатели и конечные выключатели рабочей зоны
станков нередко выходят из строя из-за попадания стружки, пыли,
масла, закорачивания электрических цепей; кроме того, большин-
ство элементов промежуточных цепей, а также датчики в целом Ие
являются еще достаточно надежными в работе. Стремление к повы-
шению надежности срабатываний элементов в системах управления
упорами привело к созданию бесконтактных путевых переключате-
лей, в которых отсутствуют контакты и механически изнашиваю-
щиеся части.
Переключатель состоит из чувствительного элемента, которым
является индуктивный датчик, контролирующий перемещение фер-
ромагнитного упора, жестко связанного с рабочим органом
(рис. VIП-9). При приближении ферромагнитного упора к индук-
тивному датчику в его обмотках происходит возрастание напряже-
191

ния, что вызывает увеличение тока, воздействующего на схему
управления.
В настоящее время все большее число новых автоматов и автома-
тических линий строят на основе бесконтактных систем управле-
ния, например все линии, выпускаемые Минским заводом автомати-
ческих линий.
Таким образом, системы, управления упорами конструктивно
просты, позволяют осуществлять дистанционное управление, а в со-
Рис. VIII-10. Схема быстроперенала-
живаемого командоаппарата с упорами
четании с электромеханическими,
электрогидравлическими и элек-
тромагнитными устройствами
дают возможность автоматизиро-
вать одноинструментную об-
работку простых и сложных де-
талей. Широкая универсальность
рассмотренных систем позволяет
применять их для управления
самыми различными технологи-
ческими процессами. Однако от-
сутствие высокой надежности и
технологической гибкости огра-
ничивает применение этих систем
управления.
В практике применяются и
сложные программные команд-
ные аппараты, обеспечивающие
управление сложным циклом и
допускающие быструю перена-
ладку. На рис. VIII-10 представлен такой командоаппарат, со-
стоящий из нескольких рядор осевь!х золотников 1 (можно раз-
местить 10—20 рядов), на ролики которых воздействуют упоры 4,
расставляемые по определенной программе на стержнях 6. Командо-
аппарат приводится в движение мотором 2 через шестерни 3 и
цепную передачу 5. Настройку производят ручным поворотом ру-
коятки 7. Этот пример характеризует централизованную систему
управления рабочим циклом автоматической машины.
§ 3. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОПИРАМИ
Системы управления копирами (копировальные системы управ-
ления) получили широкое применение главным образом для управ-
ления обработкой деталей с плоским и объемным криволинейным
профилем по одной, двум или трем координатам. Программа обра-
ботки представляется в виде физического аналога в металле или
другом материале (копиры, шаблоны, модели). В простейшем слу-
чае копиром можно считать сам инструмент (фасонный резец, мо-
дульная дисковая фреза, протяжка).
Копировальные системы управления являются высокомобиль-
ными системами благодаря возможности быстрой смены программо-
192

носителя и поэтому широко применяются для автоматизации серий-
ного производства.
Копировальные системы можно разделить на две основные
группы:
1. Системы, в которых копир выполняет функцию управления
рабочим перемещением инструмента и функцию механизма подачи
инструмента — силовые копиро-
вальные системы.
2. Системы, в которых ко-
пир выполняет только функции
управления.
Копировальные системы пер-
вой группы конструктивно про-
сты и выполняются с жесткой
связью между копиром и инстру-
ментом. Основным недостатком
копировальных систем этой груп-
пы является непосредственное
восприятие рабочей нагрузки
копиром, что приводит к его ин-
тенсивному износу и снижению
точности обработки. В связи
с этим к программоносителю
предъявляются особые требова-
ния по износостойкости — копир
должен изготовляться из высоко-
прочного материала с последую-
щей термообработкой.
Более широкое применение
в машиностроении получили ко-
тировальные системы управле-
ния второй группы, где необхо-
димое рабочее усилие передается
о)
инструменту соответствующим
СИЛОВЫМ следящим приводом, Рис. VIII-11. Принципиальная схема
управляемым ОТ программоноси- копировального устройства:
теля 8 (рис. VIII-11). Основным а — контактное; б - бесконтактное
элементом таких систем управле-
ния является чувствительный элемент 7, или щуп, скользящий
по копиру и выполняющий функцию считывания программы.
При этом щуп 7 может либо входить в соприкосновение с копиром
(рис. VIII-11, а) — контактная система управления, или двигаться
на расстоянии б от копира (рис. VIII-11, б) —бесконтактная система
управления копированием. Бесконтактная копировальная система
позволяет устранить износ копира в процессе работы (бесконтакт-
ные системы в настоящее время еще недостаточно разработаны).
Основное преимущество следящих копировальных систем со-
стоит в том, что копир здесь выполняет только функции управления
и воспринимает очень незначительные нагрузки, что позволяет
193

использовать более дешевые и простые копиры — шаблоны, обес-
печивающие достаточно высокую точность изготовления изделия
сложной конфигурации. Следящая копировальная система дает
возможность управлять мощными исполнительными органами станка
с помощью маломощных элементов управления.
В настоящее время применяются электрические, гидравлические,
электрогидравлические, электромеханические, пневмогидравли-
ческие и другие следящие копировальные системы.
В следящих электрокопировальных системах механические
перемещения копировального щупа преобразуются в электрические
командные импульсы (сигналы), которые воздействуют на силовой
привод рабочего инструмента.
В гидрокопировальных следящих системах щуп воздействует
непосредственно на золотники, управляющие потоком масла, посту-
пающего в исполнительные двигатели, сообщающие рабочим орга-
нам станка соответствующую подачу.
Принципиальная схема копировального устройства рассмотрена
на рис. VIII-11. Она состоит из копировальной головки 6 с щупом 7
и силового привода 4, сообщающего инструменту 3 следящую по-
дачу при обработке изделия 2. Копировальная головка и силовой
привод связаны устройством обратной связи 5, назначением кото-
рой является устранение рассогласования, возникающего в про-
цессе работы следящего привода. Если механизм обратной связи
в процессе работы стремится уменьшать величину рассогласования,
то такую обратную связь называют отрицательной. На рис. VIII-11
рассмотрен случай, когда обратная связь выполнена в виде жест-
кого скрепления копировальной головки 6 с двигателем 4, В этом
случае имеется жесткая единичная отрицательная обратная связь.
В практике возможны и другие виды обратной связи.
Задающая подача 5зад имрет постоянное направление и осу-
ществляется либо с постоянной скоростью (копировальная система
с независимой задающей подачей), либо с переменной скоростью
(копировальная система с зависимой задающей подачей), в то время
как направление и скорость следящей подачи зависят от профиля
копира. Во время обработки шуп направляется по участку профиля
копира, имеющего угол подъема а, образованный касательной,
проведенной через точку касания щупа с копиром и горизонтальной
осью; его называют углом копирования профиля. Величина соот-
ношения задающей s3aA и следящей sCJI подач обеспечивает вели-
чину и направление результирующей подачи spe3 рабочего
инструмента относительно обрабатываемой детали также под
углом а.
Если столу 1 станка (рис. VIII-11) сообщить задающую подачу
s3afl, то копир 8 сместит щуп на величину х (мм); одновременно
силовой привод 4 сместит инструмент с небольшим запозданием
на величину sCJI. При этом можно определить величину смещения
или величину запаздывания Д по формуле
% $СЛ------
(VIII-11)
194

Чем выше быстродействие системы, тем меньше величина запаз-
дывания при движении инструмента. Следовательно, скорость
перемещения инструмента пропорциональна величине смещения Д,
а именно:
dsZJJdt = C&.
Из этой формулы
д = (1/C) (dsZJJdt) = TdsJdt.
Подставив значение Д в формулу (VIII-11), получим
x-szn = TdsJdt.	(VIII-12)
Выражение (VIII-12) можно представить в виде
TdsZJl/dt + $сл = Кх.	(VIII -13)
В результате Получим дифференциальное уравнение, в котором
Т представляет собой постоянную времени, а А — коэффициент
усиления, или передаточное число (в данном случае К = 1). Диф-
ференциальному уравнению (VIII-12) соответствует характеристи-
ческое уравнение
Тр+1=0,
корнем которого является значение р = — \/Т Вместо дифферен-
циального уравнения (VIII-13) можно представить передаточную
функцию привода
scl,/X = K/{Tp+ 1).
Эта передаточная функция означает, что следящий привод
копировального устройства в простейшем случае имеет переходный
процесс, изменяющийся по апериодическому закону,j характе-
ризующемуся постоянной времени Т (динамическая характери-
стика) и передаточным числом К (коэффициент усиления), характе-
ризующим статические свойства следящего привода.
В электрокопировальных устройствах для получения электри-
ческого сигнала, пропорционального механической величине рас-
согласования положения щупа и режущего инструмента, применя-
ется индуктивный принцип, позволяющий сравнительно просто
конструктивно осуществить и удобно трансформировать сигнал.
Этот сигнал усиливается и преобразуется таким образом, что может
управлять рабочим органом станка.
На рис. VIII-12 показана схема устройства индуктивного копи-
ровально-измерительного прибора электрокопировального станка
модели 6441А. При обходе контура копира 10 щуп 9, закрепленный
на стержне 3, имеющем осевое и поворотное смещения относительно
опоры 7, воздействует через седло 6 и шарик 5 на рычаг 3, сво-
бодно поворачивающийся относительно оси 4. Благодаря переда-
точному отношению плеч стержня 3, равного единице, обеспечива-
ется равное перемещение якоря 2 при равных перемещениях щупа 8
в осевом или радиальном направлениях. Якорь 2 трансформатора
связан с качающимся рычагом 3 копировального прибора. Магнит-
195

ная система 1 трансформатора образована двумя Ш-образными
сердечниками, на средних стержнях которых уложены первичные
обмотки и W2 и вторичные W3 и 1Г4. Первичные обмотки вклю-
чены последовательно и на них подается переменное напряжение
от источника питания. При среднем положении якоря напряжение
на концах вторичных обмоток равно нулю; при отклонении от сред-
него положения появляется напряжение, пропорциональное откло-
нению; фаза зависит от направления отклонения. В свободном
состоянии якорь 2 индуктивного датчика под*действием пружины
прижат к одному из сердечников.
Индуктивный датчик представляет собой точный измерительный
прибор и вследствие малой мощности не может непосредственно
Рис. VIII-12. Схема копировально-изме-
рительного прибора электрокопироваль-
ного станка модели 6441А
у пр авл ять испол н ите л ьными
двигателями. Кроме того, вы-
ходом индуктивного датчика
является сигнал переменного
тока, а исполнительные дви-
гатели— машины постоянного
тока. Поэтому сигнал датчика
в передато^но- преобразующем
устройстве преобразуется и
усиливается. В качестве пре-
образователя сигнала датчика
в сигнал постоянного тока,
полярность которого соответ-
ствует фазе сигнала датчи-
ка, применяется фазочувстви-
тельный усилитель. Усиление
сигнала постоянного тока осу-
ществляется в силовых следящих системах электрокопировальных
станков электронными и электромашинными усилителями.
В гидрокопировальных системах относительные перемещения
щупа вызывают перемещение управляющего золотника, который
переключает направление потоков масла. Основными преимуще-
ствами этих систем являются малая инерционность и отсутствие
зазоров в передаточных звеньях к исполнительным органам,
а также высокая износоустойчивость. Щуп, находящийся в контакте
с копиром, может быть связан с управляющим золотником раз-
личными способами: механическим, гидравлическим или электри-
ческим.
На рис. VIII-13 показана принципиальная схема гидравличес-
кого копировального устройства, применяемого на токарном станке.
Приведенная схема работает следующим образом. Масло из насосав
через фильтр 2 под давлением, определяемым настройкой предо-
хранительного клапана 3, поступает в штоковую полость дифферен-
циального гидроцилиндра 4. Затем через малое отверстие в поршне
масло попадает в нижнюю (бесштоковую) полость цилиндра, откуда
через рабочую щель Д следящего золотника сливается в бак. Диф-
ференциальный гидроцилиндр 4 выполнен таким образом, что пло-
196

щадь поршня в его штоковой полости F в два раза меньше, чем
в противоположной.
Если сопротивление потоку масла в щели Д равно и соблю-
дено условие Pi = рн/2 (где рн —давление на выходе из насоса),
то «сл = 0 при отсутствии усилия резания, так-как
pHF = P12F.	(VIII-14)
При учете составляющей усилия резания /?
puF = Pi2F + R.
Любое изменение положения золотника относительно корпуса
копировального прибора вызывает изменение давления наруше-
Рис. VIII-13. Схема гидравлического копировального
устройства токарного станка
ние равновесия сил на поршне и появление соответствующей сле-
дящей подачи хсл.
В процессе работы суппорту станка задается величина подачи
«зад*» вращающийся вал с частотой вращения п об/мин обраба-
тывается резцом, установленным на копировальном суппорте. При
обработке цилиндрической части вала $сл = 0. При обработке
торцовой части вала $сл достигает наибольшей величины, поэтому
величина открытия окна золотника Д равна нулю, а при обра-
ботке фасонной поверхности величина $сл зависит от угла конус-
ности обрабатываемого вала. Благодаря наклону копировального
суппорта на угол 45° достигается рациональная обработка торцовых
поверхностей.
В электрокопировальных устройствах для получения электри-
ческого сигнала, пропорционального механической величине рас-
197

согласования положения щупа и режущего инструмента, применя-
ется' индуктивный принцип, позволяющий сравнительно просто
конструктивно осуществить и удобно трансформировать сигнал.
Этот сигнал усиливается и преобразуется таким образом, что может
управлять рабочим органом станка.
Стремление упростить и сократить подготовку программы обра-
ботки, требующую затрат значительного количества времени и высо-
коквалифицированного труда, привело к созданию бесконтактных
копировальных следящих систем,, к которым’относятся фотокопи-
ровальные системы.
Принципиальная схема управления фотоэлектрокопировальной
рис. VIII-14. Заданная про-
грамма обработки считы-
вается с программоносите-
ля лучом света, проходя-
щим через линию чертежа 1
и попадающим затем на
фото элемент фото копиро-
вальной головки 2. В зави-
симости от величины пере-
крытия светового луча ли-
нией чертежа в фотоэле-
системы управления представлена на
Рис. VII1-14. Принципиальная схема бескон-
тактного фотоэлектрокопировального устрой-
ства
менте изменяется величина
тока, который затем посту-
пает на усилитель 5. Уси-
ленный сигнал воздействует
на обмотки возбуждения двух электродвигателей 4 и 5 привода
следящей подачи и через передаточные механизмы 6 осуществляет
перемещение исполнительного органа станка.
Фотокопировальные системы управления не получили широкого
применения из-за трудности изготовления прецизионных чертежей.
Они применяются там, где не требуется высокой точности обработки
(например, в сварочном производстве при управлении контурной
резкой листового материала и др.).
Таким образом, системы управления копирами, обладая необ-
ходимой мобильностью, универсальностью применения, возмож-
ностью осуществлять обработку деталей сложной геометрической
формы, имеют ряд недостатков: автоматизируется только рабочее
движение, трудоемкость изготовления копира. Рассмотренные си-
стемы позволяют автоматизировать и осуществлять управление
одним конкретным циклом станка и не решают вопроса комплекс-
ного управления станком.
§ 4. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КУЛАЧКАМИ
С РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМ ВАЛОМ
Если представить обычный копир навернутым на цилиндр,
а все цилиндры с копирами — посаженными на один общий вал,
то при вращении вала получим надежную и максимальную синхро-
198

низанию всех движений цикла любой сложности. Так появляется
система управления с помощью распределительного вала (РВ)
и кулачков (см. рис. VIП-2). Она позволяет путем построения
циклограмм заранее спроектировать и рассчитать рабочий цикл
любой сложности, обеспечив строгое выполнение заданного техно-
логического процесса обработки за определенный промежуток
времени. Система получила широкое применение в автоматах раз-
личного технологического назначения для крупносерийного и мас-
сового производства изделий.
В системе каждой программе соответствуют определенные ку-
лачки, изготовление и установка которых требует больших затрат
времени и средств. Благодаря простоте осуществления синхрони-
зации движений эти системы получили широкое применение во всех
областях производства. На базе систем управления с РВ созданы
Рис. VIII-15. Принципиальная схема автомата группы I
современные высокопроизводительные специальные и универсаль-
ные автоматы и полуавтоматы: металлорежущие, куЬнечно-штампо-
вочные, сварочные, полиграфические, пищевые, а также автоматы
и полуавтоматы легкой промышленности, полупроводникового и ва-
куумного машиностроения и др.
Для современных рабочих машин чрезвычайно важно, как
автоматически осуществляются те или иные холостые ходы машиной.
Очевидно, чем быстрее совершаются холостые ходы, тем выше
коэффициент производительности автомата т] и его производитель-
ность.
' Скорость осуществления холостых ходов зависит от техноло-
гического процесса и конструкции целевых механизмов, осуще-
ствляющих холостые ходы, имеет свои пределы, определяемые
динамической прочностью механизмов холостых ходов.
Для автоматов с РВ и кулачками наиболее полно представлены
все три группы по принципу осуществления холостых ходов (см.
рис. VIII-6).
На рис. VIII-15 показана принципиальная схема автомата
группы I. Автомат имеет шпиндель 2, вращающийся и переме-
щающийся со скоростью продольной подачи snpoa в бабке /. Обра-
батываемая деталь проходит через неподвижный люнет с попереч-
199

ными суппортами 3 и качающимся балансиром 4. Вращающийся
резьбонарезной инструмент 7 служит для нарезания резьбы.
Распределительный вал у автоматов группы I служит для вы-
полнения как всех рабочих, так и холостых ходов tx рабочего цикла.
За один оборот этого, вала производится одна (или несколько)
готовая деталь. Как показано на принципиальной схеме, распре-
делительный вал приводится в движение через кинематическую
цепь со звеном настройки. Так как распределительный вал 6 имеет
только одну цепь для своего вращения, то очевидно, что коли-
чество оборотов в минуту этого вала для данной настройки явля-
ется постоянным.
Другая особенность автоматов этой группы заключается в том,
что кулачки, обеспечивающие холостые ходы, для определенного
круга работ являются постоянными, требующими определенного
угла поворота распределительного вала, в то время как кулачки
5 для производства рабочих ходов в зависимости от характера
работы в каждом отдельном случае требуют различных долей пово-
рота распределительного вала.
Обозначая соответственно углы для рабочих и холостых ходов
через аир, прообразуем формулу (VI П-4):
П i = t?/T = а/(а + Р) = (2л - Р)/2л = 1 - (Р2/2л). (VI11-15)
Отсюда производительность автоматов группы I для систем управ-
ления с РВ
Qr = /C[l — (Рг/2л)] шт/мин; Pi = const,
где Т — полное время обработки детали. При переменном К (или
Т) tx тоже переменное.
При очень длительных работах (т. е. больших значениях Г)
время на холостые ходы чрезвычайно велико, хотя из условий работы
механизмов на осуществление холостых ходов достаточно опреде-
ленного минимума времени. С другой стороны, при малой продол-
жительности обработки детали время на холостые ходы может быть
меньше того, которое допускается прочностью механизмов.
Следовательно, работа на автоматах группы I может произво-
диться в определенных пределах продолжительности цикла. Нижний
предел определяется из условий прочности механизмов холостых
ходов станка. При времени обработки меньше Tmin предусматрива-
ется возможность увеличения угла Pi (на холостые ходы). Верхний
предел Утах при постоянном значении Pi опасности для прочности
механизмов автомата не представляет и может определяться из
условий рационального его использования. В указанных пределах
производительность станка возрастает прямо пропорционально
увеличению технологической производительности.
Автоматы группы II представляют собой основную
часть автоматного парка металлорежущих станков. Принципиальная
схема автоматов с РВ группы II показана на рис. VIII-16. Шпиндели,
вращающиеся в шпиндельном блоке 4, сообщают вращение обраба-
тываемому материалу 2, а инструменты, установленные на продоль-
200

ном суппорте /, имеют осевое перемещение со скоростью $прод.
Поперечные суппорты 3 обеспечивают поперечную подачу snon. Для
получения требуемой точности обработки предусмотрены жесткие
упоры 8, по которым^ настраиваются регулировочные винты 7.
К этой группе относятся часть одношпиндельных и почти все
многошпиндельные автоматы и полуавтоматы. Распределительный
вал 5 в автоматах группы II также снабжен кулачками 6 для про-
изводства рабочих и холостых ходов. Однако в отличие от автоматов
группы I здесь распределительный вал имеет две скорости: рабочего
(медленного) и холостого (быстрого) вращения.
Для осуществления рабочих ходов в приводе распределительного
вала предусмотрено звено настройки, обеспечивающее различные
числа оборотов РВ. Для осуществления холостых ходов предусмот-
рен самостоятельный привод (без звена настройки), через который
распределительному валу сообщается вращение с постоянной
скоростью, определяемой прочностью звена механизма холостых
ходов автомата. Следовательно, для автоматов группы II
nx = const
и
/хIJ = Р11/2лпх = const,	(V111 -16)
где Рп — угол холостого (быстрого) хода; пх — число оборотов
в минуту РВ на холостом ходу.
Следовательно, каково бы ни было время обработки детали,
время на холостой ход остается постоянным, а коэффициент про-
изводительности автоматов группы II является величиной перемен-
ной, зависящей от технологической производительности, т. е.
с сокращением времени на рабочие ходы коэффициент производи-
тельности падает. Поэтому и для автоматов группы II имеются
пределы рациональной работы от /Cmin до Лтах. Верхний предел
определяется рациональностью работы с допустимым коэффициен-
8 Волчкевич и др., ч. I	201

том производительности, нижний — конструкцией станка, допуска-
ющей определенный круг работ. Цикловая производительность
автоматов группы II выражается приведенной выше форму-
лой (VI П-6).
Автоматы промежуточной группы III, как
уже известно, представляют собой сочетание автоматов групп I и II.
Распределительный вал 5 автоматов промежуточной группы (рис.
VIII-17), так же как и автоматов группы I, вращается с одной
скоростью при рабочих и при холостых ходах. На распределитель-
ном валу установлены кулачки 7 для, осуществления рабочих
ходов и части холостых ходов. Кроме того, этот вал несет на себе
командные кулачки 6 для переключений тех или иных механизмов,
Рис. VIII-17. Принципиальная схема автомата группы III
осуществляющих остальные холостые ходы с помощью специального
вспомогательного вала, а также муфты включения и выключения
механизмов для холостых ходов (в станках-автоматах: поворота
револьверной головки 4, подачи и зажима материала и др.).
Обрабатываемый материал 2, расположенный в шпинделе, полу-
чает вращение. Револьверная головка 4, расположенная на ползуне
/, сообщает инструментам осевое перемещение со скоростью про-
дольной подачи 5прод, а поперечные суппорты 3 движутся со ско-
ростью snon, благодаря чему и производится обработка. Вспомога-
тельный вал вращается с большой скоростью, постоянной для
данной конструкции автомата. Следовательно, холостые ходы,
осуществляемые вспомогательным валом, отвечают условию /хц =
= const. С другой стороны, холостые ходы, осуществляемые рас-
пределительным валом, отвечают условию pi = const.
Отсюда производительность автоматов с РВ группы III по
принципу совершения холостых ходов
Qiil = KWxii + 1)](1-Pi/2h).
202

Для автоматов группы III угол поворота РВ за время осущест-
вления холостых движений можно определить приближенным
методом. Выразим значение угла рц через величину времени
цикла Т:
=	(VIII-17)
Так как полное время обработки Т неизвестно и для его опреде-
ления необходимо знать время, соответствующее углу Pi, на прак-
тике часто принято ограничиваться приближенным подсчетом.
Предварительно задаваясь временем Т по специальным таблицам,
определяют приближенное значение угла Рц, на основе которого
рассчитывают настройку автоматов и определяют время Т. Это
время должно быть примерно равным предварительно заданному.
В противном случае приходится повторять расчет.
Для точного определения Рп имеется следующий метод. Опреде-
лив величину Qni по формуле (VIII-10), можно, согласно формуле
(VIII-17),,найти значение Рц:
Pii = 2rcQiii/xn,
PlI=[WxIl/(WxII + 1)] (2л-pi),
Рп = [/xll/(^xll + ^р)] (2л — pl).
(VIII-18)
Из формулы (VIII-18) следует, что технологическая производи-
тельность влияет на величину угла холостого хода Рп. Следова-
тельно, с изменением значения К (например, за счет увеличения
режимов обработки) изменяется и угод рц.
Но чем сложнее цикл, тем больше вариантов его осуществления.
Наиболее целесообразен тот вариант, который обеспечивает высокую
производительность автомата и простоту схемы, что определяет его
Точность, габариты и стоимость.
Выбор варианта системы управления для автоматов с РВ можно
произвести по формулам (VIII-4), (VIIb6), (VIII-10) или по гра-
фикам (см. рис. VIП-4).
Система управления автомата является тем элементом, который
определяет структуру автомата в целом. Для автоматов группы I
она весьма проста и состоит из одного равномерно вращающегося
распределительного вала, от которого совершаются все необходи-
мые перемещения механизмов. Никаких специальных функций
управления (включение, выключение) РВ не несет. У полуавтомата
группы I РВ несет одну функцию управления — выключение ма-
шины в конце цикла. Своей простотой отличаются также и струк-
турные (а следовательно, и кинематические) схемы автоматов этой
группы.
Система управления автоматов группы II, как правило, также
состоит из одного РВ, который, однако, имеет две скорости (быст-
рую и медленную) и поэтому несет функции переключения скорости
своего вращения (например, автомат 1А240). РВ полуавтоматов
группы II имеет также функции управления, связанные с выклю-
8*	203

чением станка (например, полуавтомат 1А730). Свою специфику
в системы управления вносят также электрические и гидравлические
приводы механизмов и устройств.
У автоматов группы III наблюдается еще большее усложнение
системы управления, так как в этих автоматах имеются специальные
механизмы, предназначенные только для совершения холостых
ходов (вспомогательные валы).
Основным недостатком систем управления с РВ, как уже извест-
но, является длительное время переналадки, что обусловливает их
применение прежде всего
в автоматах для массового и
крупносерийного производ-
ства.
Для уменьшения времени
наладки автоматов в плоских
кулачках небольших разме-
ров делают пазы, позволяю-
щие заменять их без демон-
тажа распределительного ва-
ла. Другим средством повы-
шения мобильности является
бескулачковая наладка. Для
получения заданной величи-
ны перемещения рабочего
органа используют различные
передаточные механизмы с пе-
ременным передаточным отно-
шением.
На рис. VIII-18 показана
схема кулачкового механизма
Рис. VIII-18. Схема кулачкового меха- для быстрой переналадки на
низма быстрой переналадки	требуемую величину переме-
щения с помощью изменения
плеч рычагов и суммирующего механизма. Кулачок /, располо-
женный на вращающемся распределительном валу, перемещает
суппорт 4 через систему рычагов, на одном из которых предусмот-
рена прорезь со шкалой 5. Благодаря этому за счет перестановки
тяги 3 по прорези рычага 2, качающегося относительно, оси 6,
можно в определенном диапазоне изменять длину хода суппорта 4.
Более эффективным средством повышения мобильности систем
управления с РВ является смена всего комплекта блока кулачков,
закрепленных на оправке. Ее применение стало возможным* с введе-
нием нового передаточного механизма, состоящего из шарикового
привода, представляющего собой систему двух поступательно
движущихся толкателей, передающих движение от одного к другому
через цепочку шариков и сферических шайб, заключенных в масля-
ной среде калиброванного трубопровода. На кафедре «Станки и
автоматы» МВТУ им. Баумана разработан универсальный програм-
мный командоаппарат с шариковыми передаточными механизмами
204

(рис. VIII-19), который может применяться как для передачи
механических перемещений исполнительным механизмам, так и для
подачи команд управления.
Командоаппарат состоит из электродвигателя 3; безлюфтового
червячного редуктора, распределительного вала 1 и шариковых
передаточных механизмов. Редуктор имеет сменные шестерни 4,
получать числа оборотов распредели-
0,7—78 об/мин. В командоаппарате
Рис. VIII-19. Универсальный программный
командоаппарат с шариковым передаточным
механизмом
со-
или не-
посредством которых можн
тельного вала в диапазон
предусмотрена предохра-
нительная муфта, которая
при перегрузках на рас-
пределительном валу через
рычажную систему дей-
ствует на микропереключа-
тель, выключающий элек-
тродвигатель 3. Распре-
делительной вал 1
стоит из одного
скольких быстросменяемых
блоков; каждый блок со-
стоит из девяти кулачков 2,
укрепленных на общей
оправке, помещается в кор-
пусе и соединяется с выход-
ным валом посредством
стяжного болта и торцовых
шпонок. Корпус распреде-
лительного вала выполнен
таким образом, что его мож-
но прикреплять с любой
стороны выходного вала
редуктора, и допускает
присоединение к нему дру-
гого корпуса через проме-
жуточный фланец; это поз-
воляет увеличивать число
кулачков на распределительном валу.
Движение от кулачков 2 программного командоаппарата к испол-
нительным органам станка передается через шариковые передаточ-
ные механизмы, длина-и конфигурация которых определяются
взаимным расположением распределительного и исполнительного
механизмов.
Универсальный программный' командоаппарат с шариковым
приводом позволяет составлять программу из блоков кулачков вне
станка, иметь «библиотеку» программ и обеспечивать быструю
переналадку станка на обработку другой детали — до 10 мин вместо
нескольких часов. Переналадка в этом случае заключается в основ-
ном в замене блок-программы, для чего необходимо открыть крышку
корпуса, вывернуть стяжной болт, извлечь блок и установить
новый.
205

Таким образом, системы управления с распределительным
валом позволяют автоматизировать различные рабочие и холостые
ходы цикла с максимальной синхронизацией всех движений. Высокая
надежность, минимальное время на осуществление холостых ходов,
возможность управления многими рабочими органами делают эту
систему наиболее удобной при автоматизации управления сложным
технологическим циклом обработки автоматов и полуавтоматов
в условиях массового и крупносерийного производства.
§ 5. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С ПЕРФОЛЕНТАМИ
И МАГНИТНЫМИ ЛЕНТАМИ
В соответствии с характером выполняемого технологического
процесса программа в этих системах управления записывается на
перфоленте, перфокарте, магнитном барабане, магнитной ленте и
любом другом аналогичном программоносителе.
Отличительной особенностью этой группы систем управления
станками является то, что используется информация в цифровой
Рис. VIII-20. Схема траектории пере-
мещения инструмента при координат-
форме, полученной непосред-
ственно из чертежа детали.
Абстрактный однозначный ха-
рактер этой информации на всем
пути ее передачи к рабочей ма-
шине позволяет применить мате-
матические методы для получе-
ния программ обработки, авто-
матизировать весь процесс их
получения при помощи быстро-
действующих электронных циф-
ровых вычислительных машин и
передавать готовые программы
на предприятия.
Ра ссматр и ваемые системы
управления основаны на широ-
ком применении электроники и
вычислительной техники и осу-
ществляют автоматическое упра-
ном управлении	вление перемещениями исполни-
тельных рабочих органов станка
по программе. При этом степень автоматизации станка зависит
от типа операций технологического процесса, типа станка и ряда
других факторов.
По технологическому назначению системы программного управ-
ления перфолентами можно классифицировать на три группы:
позиционные системы управления по точкам, позиционные системы
управления по отрезкам прямых и контурные (непрерывные) системы
программного управления.
Позиционные системы программного управления используют при
координатной обработке на сверлильных и сверлильно-расточных
206

станках. Они позволяют осуществить перемещение исполнительных
органов станков (стола, суппорта) от одной точки к другой с задан-
ными координатами.
На рис. VI11-20 приведена схема траектории перемещения инстру-
мента при сверлении отверстий по координатам в заготовке 1
(рис. VIII-20,a). Вращающееся сверло 4 перемещается по траектории
3 и высверливает отверстие 2. При этом путь перемещения от точки
А к точке В (рис. VI 11-20,6) может проходить либо по дуге окруж-
ности 3, либо по кратчайшей линии 2, либо по ломаной линии /.
Траектория движения из одной точки в другую значения не имеет,
важно лишь то, чтобы коор-
динаты центров отверстий
были выдержаны с большой
точностью.
Позиционные системы про-
граммного управления по точ-
кам. Позиционные системы
программного управления по
методу представления инфор-
мации можно классифициро-
вать на три группы: системы
с относительным отсчетом ко-
ординат, или счетно-импульс-
ные системы; системы с абсо-
лютным отсчетом координат,
или кодовые системы, и ана-
логовые системы программно-
го управления.
Общим показателем пози-
ционных систем программного
управления являются: точ-
ность позиционирования, ко-
торая находится в пределах
0,01—0,001 мм, повторяемость
(с какой точностью рабочий орган станка возвращается в исход-
ную точку), скорость перемещения по координатам (она находится
в пределах 5—10 м/мин для хороших современных станков) и коли-
чество задаваемых технологических команд (выбор инструмента,
частота вращения шпинделя и т. п.).
На рис. VII1-21 представлены принципиальные схемы позицион-
ных систем программного управления станками. Каждая система
управления построена по определенному принципу; по сигналу
от устройства ввода программы от перфоленты УВ управляет
рабочим органом станка С, сообщая ему скорость перемещения s,
а также блоком технологических команд ВТК.
Позиционные системы с относительным
отсчетом координат строят с использованием импульс-
ных датчиков обратной связи ИДОС. Цифровая командная инфор-
мация на перемещение задается в виде определенного числа импуль-
207

сов, пропорционально которому перемещается рабочий орган станка
С относительно своего прежнего положения.
Принципиальная схема позиционной системы с относительным
отсчетом координат представлена на рис. VII1-21,а. С программоно-
сителя командная информация через устройство ввода У В поступает
в счетчик-регистр СР и хранится в нем в кодированном виде. На
другой вход СР от И ДОС поступают импульсы, которые вычитаются
из хранящихся в блоке СР командных импульсов и по мере умень-
шения их числа выдается сигнал, изменяющий число оборотов
двигателя М, безлюфтового редуктора Р, а следовательно, и ско-
рость s стола станка. Когда число пришедших с ИДОС импульсов
равняется заданному числу, СР через блок управления приводом
БУП дает сигнал на останов двигателя М и отключает его; это
соответствует положению, которое должен занять рабочий, орган
станка С.
Системы с относительным отсчетом координат имеют простую
конструкцию ИДОС перемещения, возможность осуществления
повторения команд, что значительно сокращает длину программной
ленты и увеличивает надежность работы системы при обработке
большого количества равнорасположенных отверстий; здесь тре-
буется меньшее число разрядов для задания перемещений, что
снижает необходимое количество электронного оборудования.
Системы с относительным отсчетом координат работают по
приращениям, поэтому кроме чисел импульсов, характеризующих
величину приращения координат, в эти системы вводят еще и знак
перемещения, который дает команду на пуск двигателя в ту или
другую сторону, т. е. определяет направление движения рабочего
органа станка. Потеря импульсов в этих системах ведет к снижению
точности управления.
Позиционные системы управления с абсо-
лютным отсчетом координат, или кодовые системы,
имеют кодовый датчик обратной связи КДОС. В этих системах
заданные перемещения обозначаются координатами, которые дол-
жен занять рабочий орган станка относительно какой-то нулевой
точки, выбранной за начало отсчета. Они работают на принципе
подразрядного сравнения закодированного числа, выражающего
требуемое перемещение, с кодом числа, выдаваемого КДОС.
КДОС кинематически связан с управляемым органом станка и
однозначно преобразует положение этого органа в соответствующий
код числа. В функцию системы управления входит также выработка
сигнала, определяющего направление перемещения рабочего органа>
станка.
На рис. VIII-21 ,б представлена принципиальная схема позицион-
ной системы программного управления с абсолютным отсчетом
координат. С программоносителя командная информация через УВ
поступает через запоминающий регистр ЗР в схему сравнения СС.
Далее блок управления приводом БУП дает команду на вращение
двигателя М, который через редуктор Р приводит в движение
рабочий орган С станка. Со станком кинематически связан
208

кодовый датчик обратной связи КДОС, который связан с бло-
ком СС.
С точки зрения электроники эта система управления сложнее
предыдущей; кроме того, накладывает ограничения К.ДОС, обеспе-
чивается меньшая точность. Но она также обладает большими
преимуществами — в ней не теряется информация даже при выклю-
чении питания. Питание включилось вновь, и система управления
продолжает работать.
Позиционные системы ПУ аналогового
типа работают по принципу сравнения цифровой командной
информации, преобразованной в аналоговый вид с информацией,
поступающей от обратной связи. Как и кодовая, аналоговая пози-
ционная система ПУ является системой с абсолютным отсчетом
координат.
Принципиальная схема аналоговой позиционной системы ПУ
приведена на рис. VIII-21, в. Основным элементом этой системы
является цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, предназначенный
для преобразования числа, поступающего из устройства ввода УВ
в какую-либо физическую величину (напряжение, фаза, ток),
пропорциональную этому числу с высокой степенью точности.
С ЦАП сигнал поступает в БУП, который через двигатель М и
редуктор Р дает команду на перемещение рабочего органа С со
скоростью s. В качестве датчиков обратной связи здесь применяются
фазовые ФДОС или потенциометрические датчики положения.
Достоинством аналоговой позиционной системы ПУ с потен-
циометрической обратной связью является высокая надежность и
помехоустойчивость, а недостатком — ограниченная точность.
В промышленности используются позиционные системы програм-
много управления серии «Размер-2М», изготовляемые предприятиями
электротехнической промышленности для автоматизации сверлиль-
но-расточных, токарно-карусельных и протяжных станков с дли-
тельным циклом обработки. Система предусматривает три вида
управления: позиционное управление с автоматическим и ручным
вводом программы (прямоугольное формообразование); то же без
программирования скоростей подачи и главного движения (пози-
ционирование); позиционное управление только с ручным вводом
программы (преднабор). Система построена по принципу абсолют-
ного отсчета положения с использованием многоотсчетных сель-
синовых фазовых ДОС. Работа узлов ввода, хранения и переработки
информации контролируется системой индикации, выполненной на
телевизионной электронно-лучевой трубке, позволяющей выводить
на экран до 160 знаков, что одновременно обеспечивает оценку
положения всех подвижных органов введенной программы, а также
вспомогательной контрольной информации.
Позиционные системы ПУ по отрезкам прямых. Эти системы
по своей структуре аналогичны рассмотренным системам и отлича-
ются тем, что имеют дополнительные устройства, управляющие
скоростями перемещения по отдельным координатам. На рис. VIII-22
приведена схема траектории перемещения инструмента при управ-
209

лении по отрезкам прямых. Резец 1 помоцт к вращающейся
заготовке 2 на большой скорости, при этом происходит переключение
скорости и резец движется вдоль заготовки по траектории 3 и
заканчивает обработку в точке 4\ затем происходит переключение
Рис. VIП-22. Схема траектории переме-
щения инструмента при управлении по
скорости и резец возвращает-
ся в исходное положение.
Система управления для вы-
полнения такого технологи-
ческого процесса имеет блок
переключения скорости пере-
мещения рабочего органа
станка.
На рис. VIII-23,a предста-
влена принципиальная схема
системы программного упра-
вления для управления рабо-
отрезкам прямых	чим органом станка по отрез-
кам прямых. С программо-
носителя командная информация через УВ поступает в счетчик СР,
который через БУП дает команду на привод рабочего органа стан-
ка С аналогично схеме (см. рис. VIII-21). Устройство ввода УВ
также дает команду на изменение скорости через БУП. ДОС кор-
ректирует работу системы управления. Следовательно, эти систе-
мы ПУ по своей структуре
мало отличаются от позицион-
ных систем ПУ по коорди-
натам.
К этому типу систем упра-
вления можно отнести и цик-
ловые системы программного
управления, которые являют-
ся простейшим видом пози-
ционных систем ПУ.
В отличие от I цифровых
систем программного управле-
ния, где величина требуемых
перемещений инструмента или
изделий (размеры деталей)
обеспечивается цифровым за-
Рис. VIП-23. Принципиальная схема по-
зиционной системы ПУ по отрезкам пря-
мых
данием в программе обработ-
ки, цикловые системы не обес-
печивают автоматического по-
лучения требуемых размеров
детали по числовым данным чертежа. Величина требуемых пере-
мещений инструмента или детали обеспечивается при помощи соот-
ветствующей расстановки упоров, кулачков, копиров, а програм-
моноситель содержит лишь цикловую информацию управления,
переключение передач, включение и выключение необходимых дви-
жений, поворот и др.
210

Цикловая система программного управления (рис. VIII-23,6)
содержит следующие основные элементы: устройство задания и
ввода программы У В, передаточно-преобразующее устройство ППУ\
устройство контроля УК окончания отработки этапа программы и
рабочий орган станка С.
Устройство задания и ввода программы обеспечивает систему
управления цикловой информацией; оно состоит из устройства
задания программы в виде штеккерной наборной или кнопочной па-
нели и устройства поэтапного ввода программы в виде шагового ис-
кателя или счетно-релейной схемы.
Штеккерные панели выполняют по типу перекрестных коммута-
торов или функциональных программных полей. В первом случае
штеккерные панели представляют систему вертикальных и гори-
зонтальных шин. Система горизонтальных шин определяет програм-
мируемые параметры, а система вертикальных шин — этапы про-
граммы обработки. Набор программы осуществляется соединителем
горизонтальных и вертикальных шин.
При втором варианте штеккерной панели все поле штеккерной
панели разделяется на функциональные участки; необходимая про-
грамма получается путем соединения различных гнезд различных
участков.
Передаточно-преобразующие устройства, скомпонованные из
элементов и схем автоматики, усиливают командную информацию,
которая затем поступает на исполнительные органы станка; при
этом выполняется также ряд логических функций. Схему автома-
тики выполняют электрической с использованием электромагнит-
ных реле.
Исполнительное устройство служит для обработки полученной
команды и состоит из исполнительных элементов системы и рабочих
органов станка. Исполнительными элементами являются электри-
ческий, гидравлический или иной привод рабочих органов станка,
муфты, электромагниты, гидрозолотники и т. п.
Рабочие органы —это механизмы и узлы станка, отрабатываю-
щие программу (суппорты, револьверные головки, распредели-
тельный вал, стол, насосы охлаждения, коробки скоростей и
подач и т. п.).
Устройство контроля окончания отработки этапа программы
имеет путевые переключатели, реле времени, реле давления, токовые
реле, которые осуществляют контроль отработки.
Наиболее часто контроль перемещения рабочих органов станка
осуществляется путевыми переключателями в функции пути.
Контроль в функции времени (реле давления) применяют в случае,
когда трудно осуществить другие способы контроля. Контроль
в функции давления характерен для окончания перемещений рабочих
органов станка, производимых гидроцилиндрами. Правильность и
окончание перемещения рабочих органов станка контролируется
устройством контроля окончания отработки этапа программы,
которое подает команду на устройство поэтапного ввода на схему
этапа программы.
211

В качестве программоносителей систем циклового программного
управления используют обычно перфокарты, накладываемые на
штеккерные панели, барабаны управления и т. д.
На рис. VIII-24 представлена схема штеккерной панели 2, со-
ставленная из наборных секций /; штеккеры 3 вставляют в гнезда,
расположенные на поле 4.
Каждый штеккер 3 представляет собой токопроводящий стержень
6, запрессованный в пластмассовую рукоятку 5. Контактирующая
часть стержня имеет форму, необходимую для надежного контакта.
Рукоятка 5 штеккера выполнена в виде конической формы с коль-
цевыми канавками, дающими возможность быстро и удобно встав-
лять и извлекать штеккер йз поля набора.
Цикловые системы программного управления получили широкое
применение в станках токарной группы: токарно-револьверных
станках, лобо-токарных, карусельных и др. Подобными системами
управления оснащаются станки фрезерной и сверлильно-расточной
групп.
Рис. VIII-24. Схема штеккерной панели
Примером системы циклового управления является универсаль-
ная система, используемая в станках 1Б732, а также система
«Eltropilot» фирмы «Мах Muller» (ФРГ), которая позволяет програм-
мировать режимы обработки (четыре скорости, восемь рабочих подач
и быстрый ход), а также циклы движений (направление перемещения
рабочих органов в двух координатах, направление перемещения
копировального суппорта, если он имеется, окончание цикла и
другие цикловые команды).
Скорости, подачи и некоторые цикловые команды (например,
выбор рабочей или ускоренной подачи) задают в двоичном коде,
цикловые команды — в явной форме. Для задания программы при-
меняют накладную перфокарту, которую изготовляют в соответст-
вии с чертежами и технологией обрабатываемой детали. Программу
набирают на штеккерной панели емкостью 21 х 20 коммутаторных
гнезд по элементам для каждого цикла обработки.
212

Для ограничения перемещения рабочих органов используют
систему упоров и микровыключателей. Упоры устанавливают
в пазы съемных панелей, которые предварительно настраивают
вне станка.
Большое применение систем с цикловым управлением объясня-
ется невысокой стоимостью систем (она составляет около 5% сто-
имости станка), простой организацией их выпуска, меньшими труд-
ностями в изготовлении и отладке, а также отсутствием необходи-
мости создания специальных служб программирования, меньшими
эксплуатационными затратами, привычностью схем и устройств для
рабочего персонала.
Цикловые системы программного управления сохраняют все
преимущества систем управления упорами —дистанционность
Рис. VIП-25. Схема траектории перемеще-
ния инструмента при контурном управлении
управления, возможность быстрой переналадки на другой вид
обработки детали и позволяют легко перенастраивать по за-
данной программе структуру рабочего цикла, обеспечивая
дополнительно автоматическое переключение режимов обработки.
Однако цикловые системы программного управления не решают
задачи автоматизации изготовления геометрически сложных де-
талей, что является их существенным недостатком.
Контурные (непрерывные) системы программного управления.При
обработке деталей сложной геометрической формы требуется точно
согласовывать движение исполнительных органов станка по двум
или большему числу координат. Это вызывает необходимость непре-
рывно выдавать информацию в систему управления по каждой коор-
динате. На рис. VIП-25 представлена типовая схема траектории
перемещения инструмента при контурном управлении. Фреза 2
обходит контур заготовки 1 по траектории 3. Эта траектория пред-
ставляет собой геометрическое место точек различных, положений
центра фрезы. Эту траекторию обычно называют эквидистантой;
программирование рабочего цикла осуществляется по этой
линии.
Вся командная информация представляется в этих системах
управления в виде отдельных блоков команд или кадров, которые
213

рассчитывают для конечного числа точек на поверхности детали
по ее чертежу. Эти точки принято называть опорными и количество
их выбирают на траектории 3 таким образом, чтобы можно было
обеспечить требуемую точность изготовления детали. Поэтому
траектория может получиться не криволинейной, а в виде ломаной
линии.
v Непрерывное поступление информации в систему управления
обеспечивают интерполяторы, которые в зависимости от способа
аппроксимации обрабатываемого контура между опорными точками
делят на линейные, линейно-круговые и линейно-параболичес-
Рис. VIП-26. Принципиальные схемы контурных систем
программного управления:
а — шаговая; б — импульсная; в — фазовая
кие. Наличие этих устройств является отличительной особенно-
стью контурных (непрерывных) систем программного управ-
ления (ПУ).
Следовательно, основной задачей контурной (непрерывной)
системы управления является суммирование перемещений, соот-
ветствующих приращению управляемой координаты. Такая система
по существу работает как интегрирующее устройство, в функцию
которого также входит преобразование информации из цифровой
в аналоговую форму.
В зависимости от способа суммирования управляющего сигнала
в непрерывную величину перемещения контурные системы ПУ
можно классифицировать на три группы: шаговые, счетно-импульс-
ные и фазовые (рис. VI П-26). Задачей каждой системы управления
является преобразовать импульс х, полученный от программы
214

в непрерывное перемещение рабочего органа станка РО со скоростью
s (мм/мин).
Шаговые системы непрерывного управ-
ления — это системы, в которых суммирование импульсов,
поступающих от интерполятора, производится совместной работой
шагового двигателя и схемы электронного коммутатора, осущест-
вляющего переключение фазовых обмоток двигателя. Конечным
звеном в таких системах управления является шаговый двигатель,
у которого поворот выходного вала на фиксированный угол опреде-
ляется количеством электрических импульсов, поданных в схему.
Обычно между рабочим органом и шаговым двигателем встраивают
гидроусилители момента. В шаговых системах использован прин-
цип разомкнутого управления без обратной связи. Это объясняется
идентичностью входного и выходного сигналов системы (в виде
угла поворота). Точность такой системы определяется точностью
изготовления главного кинематического звена — ходового винта
с шариковой гайкой.
Принципиальная схема шаговой системы, управления представ-
лена на рис. VIП-26,а. Основными элементами являются: шаговый
двигатель ШД, кодовый преобразователь К, гидроусилитель момента
ГУМ, который состоит из гидродвигателя и вращающегося золот-
ника. На структурной схеме показано, что в шаговой системе
программного управления магнитную ленту МЛ можно включать
в. двух местах: либо сразу после интерполятора И, либо после
кодового преобразователя. Последний способ включения магнитной
ленты в схему является предпочтительным, так как он характери-
зуется повышенной надежностью передачи информации. Разомкну-
тая система управления шаговым двигателем разработана ЭНИМСом
и широко применяется в отечественной промышленности. Ее основ-
ное преимущество — простота и высокая надежность. Шаговые
системы программного управления предназначены для автоматиче-
ского управления перемещениями рабочих органов станка по трем
координатам от магнитной ленты шириной 35 мм.
Счетно-импульсные системы непрерыв-
ного управления относятся к замкнутым системам, рабо-
тающим с обратной связью импульсного типа. Суммирование упра-
вляющих сигналов происходит непосредственно следящим при-
водом.
Основным элементом счетно-импульсной системы программного
управления является реверсивный счетчик импульсов, предназ-
наченный для сравнения количества управляющих импульсов и
импульсов обратной связи. Через схему синхронизации СС импуль-
сы, поданные от интерполятора, поступают на один из входов
реверсивного счетчика PC, где происходит их суммирование. Одно-
временно на другой вход PC поступают импульсы от датчика
обратной связи ДОС. Происходит сравнение импульсов, а их раз-
ность в виде числа поступает на дешифратор ДШ, который выра-
батывает сигнал рассогласования 8, пропорциональный разности
импульсов, имеющихся в каждый момент времени в реверсивном
215

счетчике. Сигнал ошибки усиливается и поступает через усилитель У
на приводной двигатель М, который стремится свести к нулю
рассогласование следящей системы. Поэтому движение исполнитель-
ного органа станка в направлении подачи s всегда происходит в пол-
ном* соответствии с количеством и частотой импульсов, поступающих
на вход реверсивного счетчика.
Из принципиальной схемы (рис. VIII-26,6) следует,-что магнит-
ная лента может быть включена только в одно место — за интер-
полятором. При этом запись информации на магнитную лен-
ту производится только методом частотно-импульсной моду-
ляции.
Система имеет возможность управлять одновременно тремя
координатами. Обычно на каждую управляемую координату отво-
дится две дорожки магнитной ленты; оставшиеся дорожки исполь-
зуются для записи цикловых команд.
Фазовые системы непрерывного управле-
ния — это системы, у которых суммирование командных импуль-
сов осуществляется в электронно-фазовом преобразователе до
измерителя рассогласования следящей системы. Преобразование
цифровой (дискретной), информации в аналоговый сигнал в виде
сдвига фазы переменного тока илй напряжения происходит при
наличии фазовой, или импульсной, обратной связи.
Принципиальная схема фазовой системы программного управле-
ния показана на рис. VIII-26,e. Электронно-фазовый преобразова-
тель ЭФП выдает сигнал в виде угла сдвига фазы переменного
напряжения относительно опорного сигнала. Для сравнения
поступающих сигналов используется фазовый измеритель рассогла-
сования ФИР, выдающий сигнал постоянного тока пропорционально
ошибке е системы. Сигнал через усилитель У поступает на электри-
ческий или гидравлический двигатель станка М.
Магнитную ленту в фазовых ^системах управления включают
либо перед ЭФП, либо после него. Командная информация записы-
вается на магнитной ленте обычно в виде импульсов фазомодулиро-
ванного сигнала, что исключает влияние дефектов, магнитной
ленты. Количество дорожек, необходимых для-записи программы
на магнитной ленте, равно количеству управляемых координат,
а дорожка для опорного сигнала — единая для всех коор-
динат.
Простота и надежность в работе фазовых систем управления
обусловливают их применение в отечественной промышленности,
особенно фазовых систем программного управления типа СЦМ и
СЦП. Эти системы имеют единый унифицированный узел управле-
ния, который для систем типа СЦМ. (система цифровая с магнитной
лентой) с вводом программ от магнитной ленты сочетается с устрой-
ством считывания программ УСП, а для систем типа СЦП с вводом
программы от перфолент — с линейным интерполятором типа ИЛ.
В качестве регулируемых приводов применяются электродвигатели
постоянного тока с управлением от ЭМУ или с тиристорным
управлением.
216

Устанавливая соответствующее число блоков, компонуют сис-
тему непрерывного управления для различного числа одновре-
менно управляемых координат.
Главная особенность таких унифицированных комплексов со-
стоит в возможности использования в них фазовых датчиков обратной
связи различной конструкции: вращающихся трансформаторов,
датчиков с механической, фотоэлектрической разверткой, много-
фазных линейно-круговых датчиков и др.
В настоящее время выпускаются системы для управления по
двум, трем, четырем и пяти координатам с девяти-десятиканальными
головками для считывания программ с магнитной ленты.
Номенклатурой станкостроения установлены следующие, типы
систем управления станков: Ц — цикловая система управления;
Ф1—система координатного отчета; Ф2— позиционная сис-
тема управления; ФЗ — контурная система управления; Ф4 —
контурно-позиционная, или комбинированная, система управ-
ления.
Так, если токарный станок оснащен контурной системой про-
граммного управления, то к обозначению его модели добавляют
символ ФЗ, в результате имеем 1К62ФЗ. Если фрезерный станок
оснащен цикловой системой программного управления, то к обозна-
чению модели добавляют символ Ц; например, 6553Ц означает, что
вертикально-фрезерный станок оснащен цикловой системой програм-
много управления, и т. д.
Комбинированные системы управления характерны использова-
нием в устройствах обратной связи датчиков, которые могут рабо-
тать в позиционных, и в непрерывных системах управления, выда-
вать информацию как по достижению исполнительным органом
станка заданной точки, так и на всем пути его перемещения. Приме-
ром может служить универсальная контурно-позиционная система
управления—модельЦУС-1, построенная по агрегатно-блочному
принципу, который обладает широкими технологическими возмож-
ностями.	'
Постоянство контурной скорости поддерживается автоматически
в пределах ±1%. Автоматически производятся также вычисли-
ние участков разгона-торможения по заданному ускорению и выбор
оптимальной скорости позиционирования. Система имеет встроен-
ный линейно-круговой интерполятор, цифровую индикацию переме-
щений по координатам и индикацию кадров. Перемещения задаются
комбинированным (абсолютным и относительным) способом. Имеется
возможность смещения нуля всех координат и осуществления ава-
рийных и запрограммированных остановок без потери информации.
Система может производить коррекцию по длине всех инструментов
в пределах ± 100 мм и коррекцию по диаметру инструментов
в пределах ±5 мм с точностью 2,5 мкм.
Ввод программы осуществляется с пятидорожечной перфоленты
фотосчитывателем ФСП-ЗМ; кодирование программ — адресное
в коде БЦК-5. Имеется специальная система контроля ввода и
отработки программ.
217

Комбинированные системы нашли наибольшее применение для
многоцелевых станков с программным управлением (обрабатываю-
щих центров), где функции программного управления весьма
широки (не только рабочие и холостые перемещения, но и выбор
режимов, смена инструмента и т. д.). Так, описанная система
управления типа ЦУС-1 применена для многоцелевого станка
с программным управлением модели МПС-1.
$ 6. СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
С ЭЛЕМЕНТАМИ САМОНАСТРОЙКИ
Комплексная автоматизация производственных процессов выдви-
гает задачу создания систем автоматического управления принци-
пиально нового типа, работающих по нежестким программам,
обладающих возможностями оптимизации управления рабочими
процессами, самонастройки и самоприспосабливаемости к выполне-
нию данного технологического процесса.
Самонастраивающиеся, или самоприспосабливающиеся, системы
программного управления (ПУ) станков — это такие системы
автоматического управления, у которых автоматически изменяется
алгоритм управляющей части для осуществления оптимального
управления; при этом характеристики технологического процесса
или воздействия внешней среды могут изменяться непредвиденным
образом.
Сущность самонастраивающихся систем ПУ состоит в том, что
в обычную систему ПУ станка вводится дополнительный блок,
управляющий дополнительными параметрами, характеризующими
состояние системы СПИД или элементов системы управления
станка.
Дополнительный блок позволяет корректировать программу
работы станка таким образом, чтобы исключить или максимально
снизить влияние внешних возмущающих воздействий на работу
станка и процесс изготовления обрабатываемой детали. Это обсто-
ятельство дает возможность автоматически выбирать оптимальный
режим обработки для станка, максимально использовать мощность
станка, снизить цикловые и внецикловые потери, упростить про-
граммирование и значительно повысить надежность работы станка
с ПУ.
Самонастраивающиеся, или самоприспосабливающиеся, системы
программного управления станков можно разделить на три
группы: адаптивные, самоорганизующиеся и самообучающиеся.
Адаптивные системы управления станков
имеют адаптивный блок, содержащий различные вычислительные
устройства, позволяющие ему получать дополнительную информа-
цию, необходимую для оптимального управления процессом обра-
ботки. Для этого в адаптивный блок поступает информация о состоя-
нии процесса обработки и о возмущениях. В настоящее время прин-
ципы самонастройки получили широкое применение в станках с ПУ.
218

Научные основы создания адаптивных систем управления заложены
в трудах советских ученых и прежде всего проф., докт. техн, наук
Балакшина Б. С. и его учеников, чьи работы отмечены в 1972 г.
присуждением Ленинской премии.
Самоорганизующиеся системы управле-
ния станков — это системы, в которых структура может
дискретно или плавно изменяться таким образом, что в изменяю-
щихся внешних условиях и воздействиях эти системы выполняют
свои функции наилучшим образом. В процессе работы в этих систе-
мах изменяются связи между элементами (одни ослабевают или
ликвидируются, другие усиливаются), изменяются пороги срабаты-
вания различных элементов.
Самоорганизующиеся системы управления по своей структуре
аналогичны адаптивным системам, но для обеспечения экстремаль-
ного показателя качества в них устройство адаптации изменяет
не только параметры управляющего устройства, но и его структуру.
Самоорганизующиеся системы управления способны восприни-
мать и классифицировать информацию, поступающую в них из
внешней среды, и самостоятельно разрабатывать программы пере-
работки информации, оценивать эффективность этих программ по
конечным результатам и запоминать оптимальные программы для
дальнейшего использования в аналогичных ситуациях и в соответ-
ствии с условиями и задачами управления перестраивают свою
собственную структуру. Очевидно, что в таких системах связи
между элементами заранее жестко не предопределяются, а устанав-
ливаются в результате приспособления к условиям работы станка.
Самообучающиеся с-и с т е мы управления
станков — это системы, в которых в процессе работы, наладки
и подготовки к работе станка в управляющем устройстве происхо-
дит постепенное накопление данных о характеристиках работы си-
стемы. Это накопление информации производится в блоке памяти
системы 'управления. В этих системах программа работы управ-
ляющего устройства определяется вычислительной машиной, кото-
рая отрабатывает всю информацию об управляемом процессе и
постепенно вырабатывает алгоритм для классификации ситуаций,
соответствующих определяемым параметрам выполняемого техноло-
гического процесса.
Эта задача представляет собой задачу распознавания образов,
причем термин «образ» соответствует здесь термину «ситуация»
или «состояние».
На рис. VIП-27 представлены принципиальные схемы рассмат-
риваемых систем управления. Адаптивная система управления
(рис. VIП-27,а) имеет постоянную структуру, и в процессе работы
имеются лишь управляющие воздействия или параметры системы
управления. Сигнал х через устройство ввода У В и управляющее уст-
ройство УУ вызывает перемещение системы СПИД. Перемещение s
рабочего органа станка происходит после коррекции в системе
датчика обратной связи ДОС. Информация также поступает в
логический блок Л£, где производится анализ контролируемых
219

параметров, сравнение их с заданными, предварительное формиро-
вание команд. Блок адаптации А Б на основе информации от Л Б
вырабатывает стратегию управления и воздействует на управляющее
устройство с целью максимально возможной оптимизации процесса
обработки и его-конечных результатов.
Адаптивные системы управления позволяют автоматически ком-
пенсировать такие возмущающие воздействия, как колебание при-
пусков, твердости, глубины резания, ошибок положения и пере-
Рис. VIП-27. Принципиальные схемы си-
стем программного управления:
а — адаптивной; б — самоорганизующейся;
в — самообучающейся
мещения, а также автомати-
чески приспосабливаться к
оптимальному режиму (выби-
рать оптимальный режим), обе-
спечивая предельное управ-
ление. Эти системы также
позволяют учитывать в про-
цессе управления упругие
деформации, изменение мощ-
ности и других параметров.
Адаптивные системы, обеспе-
чивающие оптимальное управ-
ление, дают возможность / в
изменяющихся условиях обра-
ботки обеспечить экстремаль-
ное значение выбранного кри-
терия оптимальности. Эти
системы обычно включают
управляющую вычислитель-
ную машину и сложные ло-
гические управляющие блоки.
Самоорганизующаяся си-
стема управления станка (рис.
VI П-27, б) обеспечивает в про-
цессе работы такое целена-
правленное изменение пара-
метров и структуры, что оно
наилучшим образом соответствует изменяющимся условиям работы.
Работа самоорганизующейся системы управления состоит в том,
что в ней происходит непрерывный контроль процесса обработки
детали и системы СПИД. С помощью блока Л Б в зависимости от
условий обработки дается команда на подключение того или иного
блока адаптации:	, ЛБ12. При разработке блоки адап-
тации A Bi разрабатываются и подбираются таким образом, чтобы
охватить максимальный спектр возможных сочетаний режимов об-
работки, материалов инструмента и детали, состояния УУ и си-
стемы СПИД.
Самообучающаяся система управления станка (рис. VIП-27,в)
состоит из тех же блоков, как и обычная система программного
управления, но в нее включается еще дополнительный блок 1,
состоящий из логического блока ЛБ, адаптивного блока А Б и
220

устройства памяти УП. По мере функционирования системы накап-
ливается положительный опыт работы, который используется для
направленного изменения алгоритма работы с целью достижения
экстремума выбранного критерия оптимальности функционирова-
ния системы.
На практике самообучающиеся системы программного управле-
ния используют в круглошлифовальных станках с целью получения
максимальной производительности при заданном уровне чистоты
поверхности. В качестве запоминающего и логического устройства
Рис. VIП-28. Принципиальная кинематическая
схема системы управления одношпиндельного то-
карного полуавтомата модели 1Б732ФЗ с адап-
тивном управлением
в данной самообучающейся системе применяется встроенная малая
вычислительная машина.
Следовательно, все самонастраивающиеся системы управле-
ния имеют дополнительный блок 1 (рис. VIП-27), позволяю-
щий в различных условиях работы обеспечивать системе упра-
вления соответствующие требования технологического про-
цесса.
На рис. VIП-28 представлена принципиальная кинематическая
схема системы управления одношпиндельного токарного полуавто-
мата модели 1Б732ФЗ с адаптивным управлением.
Обрабатываемая деталь 4 приводится во вращение электродви-
гателем 5, а подача суппорта с резцовой головкой 3 осуществляется
ходовым винтом 2 продольной подачи. Измеряемым возмущением
здесь служит изменение силы резания, происходящее вследствие
221

изменения условий обработки. Колебания силы резания приводят
к пропорциональному изменению мощности электродвигателя глав-
ного движения 5, что регистрируется датчиком 6. Возникший сигнал
через усилитель 7 передается в схему сравнения S, где он сравни-
вается с сигналом задающего устройства 9 силы резания. Разность
сигналов датчика 6 и устройства 9 после усилителя 10 поступает
в устройство программного управления 11 станка. После этого
сигнал адаптации суммируется с сигналом программы и поступает
в шаговый коммутатор 12, шаговый двигатель 13, гидроусилитель 14
и редуктор 15, вращающий ходовой винт и сообщающий рабочую
подачу продольному суппорту 1.
Таким образом, в зависимости от знака разности сигналов дат-
чика 6 и задающего устройства 9 происходит увеличение или умень-
шение величины рабочей продольной подачи, на которую влияет
текущее значение силы резания, регистрируемое датчиком 6. Это
позволяет обрабатывать детали практически при постоянной силе
резания и избегать колебаний упругих деформаций в системе СПИД,
приводящих к погрешностям обработки; максимально использовать
мощность станка, упрощать программирование, повышать стойкость
инструмента.
Следовательно, адаптивная система ПУ позволяет станку авто-
матически без вмешательства оператора подбирать наиболее благо-
приятный режим работы в каждый момент времени, непрерывно
учитывая изменяющиеся условия обработки.
§ 7. ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Решая задачи комплексной автоматизации производства, необ-
ходимо стремиться охватить весь объем производственных процес-
сов, начиная от проектирований! изделия и кончая его изготовлением
и сборкой машины.
Первичным документом на изготовление детали является чертеж.
Совершенный чертеж, дающий полную и однозначную информацию
о будущей детали, является первой и наиболее полной программой
изготовления данной детали. Для дальнейшей работы необходимо
создать -рабочие машины, которые могли бы читать цифровые
(дискретные) данные чертежа и изготовлять по ним заданную деталь.
Такими машинами и являются современные станки с цифровым
программным управлением.
Существующие чертежи пока еще не дают возможности непосред-
ственно по ним изготовлять детали — для этого их приходится
перерабатывать, затрачивая труд инженера-программиста, который
на основе опыта и имеющихся справочных материалов вносит необ-
ходимые коррективы, добавления и уточнения в исходные данные
чертежа. Программист-расчетчик производит соответствующую пере-
работку цифровой информации чертежа и ее кодирование для того,
чтобы ее можно было нанести на программоносители и воспринять
системой управления станка. На всем пути подготовки программы
222

обработки вплоть до ее задания станку оперируют только информа-
цией в цифровой (дискретной) форме, полученной непосредственно
из чертежа детали.
Абстрактный, однозначный характер этой информации на всем
пути ее передачи к рабочей машине позволяет применять математи-
ческие методы для подготовки программы обработки и автоматизи-
ровать весь процесс их получения при помощи быстродействующих
электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ). Именно
это и делает данный вид оборудования высокомобильным и гибким
в технологическом отношении, позволяющим значительно сокра-
щать путь от чертежа до готовой детали в процессе ее изготов-
ления.
Рис. VIП-29. Общая схема комплексного изготовления изделия на машинострои-
тельном предприятии:
1 — чертеж детали; 2 — определение параметров заготовки; 3 — определение последо-
вательности обработки; 4 — выбор инструмента; 5 — расчет режимов резания; 6 — опре-
деление последовательности перемещения инструмента; 7 — расчет траектории движения
инструмента; 8 — определение команд; 9 — запись программы; 10 — технологическая
карта; 11 — программа; 12 — станок с ручным управлением; 13 — станок с программным
управлением; 14 — готовая деталь
На рис. VII1-29 представлена общая схема комплексного изго-
товления изделия на машиностроительном предприятии, где весь
процесс разбит на три этапа: / — конструирование детали; II —
проектирование технологического процесса; III — изготовление де-
тали на станках с ПУ. Весь процесс протекает в такой последова-
тельности: а — проектирование технологического процесса; б —
подготовка программы, а далее по операционной технологической
карте 10 производится обработка на станке 12 с ручным управлением
и по программе 11 на станке 13 с программным управлением. После
этого готовую деталь 14 отправляют на склад.
Если в настоящее время можно считать, что автоматизация
изготовления деталей на станке с ПУ уже освоена, то автоматизация
подготовки программы и проектирования технологического про-
цесса находится в стадии эксперимента. Совершенно очевидно,
что успешное внедрение в эксплуатацию станков с ПУ невозможно
без полной или хотя бы частичной автоматизации процессов под-
223

готовки программы и проектирования технологического процесса.
Поэтому развитие систем цифрового управления станками неотде-
лимо от общего развития электронно-вычислительной техники и
использования ее для управления производством. В настоящее
время все большее значение приобретает управление группами
различных станков от ЭЦВМ.
Управление группой станков от универсальной ЭЦВМ является
новой формой организации производства и позволяет решить
задачу автоматизации управления производством в целом с воз-
можностью динамического планирования выпуска, перераспределе-
ния деталей между участками и станками.
Рис. VIII-30. Принципиальная схема управления группой станков
или автоматической линией от универсальной ЭЦВМ:
/ — универсальная ЭВМ; 2 — память на магнитной ленте; 3 — накопитель на
магнитных дисках; 4 — коммутатор вызова программы; 5 — выходной блок
магнитного диска; б, 7, 8, 9 •— промежуточные устройства; 10 — система
связи; 11 — пульты управления; 12 — станки
На рис. VII1-30 представлена принципиальная схема управления
группой станков от универсальной ЭЦВМ. Первоначально инфор-
мация об обработке деталей вводится в универсальную вычисли-
тельную машину /, которая осуществляет ряд промежуточных
операций и переводит ее на язык, соответствующий языку специа-
лизированной управляющей вычислительной машины (СУВМ).
На этой машине 2 происходит расчет программ работы каждого
станка 12, и результаты выводятся на внешнее, дисковое запоми-
нающее "устройство 3. По соответствующему запросу эти данные
обратно поступают на СУВМ из запоминающее устройства, и
в каждый момент времени в оперативной магнитной памяти машины
всегда имеется лишь небольшая часть общей программы работы
каждого станка. Данные от СУВМ поступают на упрощенные
интерполяторы, установленные у станков.
Подобная система управления позволяет управлять несколькими
станками 12, ведущими обработку изделия. СУВМ кроме ввода
224

программы от ЭВМ Z имеет дополнительный ввод программы с пульта
ручного управления и вход с промежуточной перфоленты. Управле-
ние участком станков требует от СУВМ высокой надежности в ра-
боте, что достигается путем резервирования основного оборудования
и полного контроля работы узлов, а это значительно усложняет
и удорожает систему управления станка.
Дальнейшее развитие систем управления станками создает
возможность реализовать многие преимущества автоматизации,
позволяющие значительно увеличивать производительность обо-
рудования, улучшать условия обслуживания и наладки систем
автоматики, повышать качество и точность выпускаемой продукции.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автомат 6, 11, 33, 40, 44, 47, 50,
57, 63, 68, 72, 83, 87, 100, 104, 108,
117, 123, 128, 131, 149, 151, 157, 161,
164, 169, 172, 188, 199
Автоматическая линия — 9, 21, 33, 40,
44, 47, 50, 57, 63, 68, 72, 83, 87, 109,
117, 123, 128, 131, 172, 188
Автоматический цех — 9, 27, 28, 29
Автоматизация производственных
процессов — 4, 11, 20, 31, 174
Адаптивные системы — 181, 218, 219,
220, 221, 222
Базовая модель — 142, 143
Баланс производительности — 54, 55,
56, 72
Безотказность — 63, 64, 66, 71, 77, 79,
83, 84, 85
Безотказная работа — 67, 71, 74, 75,
85
Вакуумная обработка — 7, 109
Варьирование режимов — 87, 89, 93
Внецикловые потери — 46, 47, 49, 54,
67,71,89,90, 118, 119, 126, 130, 13L
181
Геометрическая ось — 11, 39, 142, 164,
166, 168, 169
Гибкая межагрегатная связь — 29, 33
Действительная производительность —
50
Децентрализованные системы управ-
ления — 176, 188
Дифференциация техпроцесса — 42,80,
106, 107, НО, 113, 114, 117, 123, 137
Доверительные интервалы — 84, 85,
86, 87
Долговечность — 40, 63, 66, 134, 169
Допустимые показатели надежности —
79, 81, 84
Жесткая межагрегатная связь — 22,
33, 118, 128
Живой труд — 40
Интенсификация режимов — 42, 88,
91, 95, 99
Износ — 59, 61, 65, 68, 69, 70
226
Код — 173, 208, 222
Комплект инструментов — 35, 104, 107,
108, 113, 158
Концентрация операций — 80, 107,
108, НО, 117, 122, 123
Компоновочная схема — 169, 172, 190
Комплексная автоматизация — 27, 28,
29, 133, 134, 218, 222
Коэффициент производительности —
43, 44, 182, 183, 199, 201
Коэффициент использования — 46, 49,
53, 55, 68, 69
Коэффициент технического использо-
вания — 49, 53, 67, 68, 69, 80, 83,
152, 158
Коэффициент загрузки — 50, 53
Коэффициент усиления — 195
Критерий согласия — 77
Массовое производство — 15, 31, 32
Механизмы рабочих ходов — 7, 9, 37,
114
Механизмы холостых ходов — 7, 10,
11, 14, 37, 38, 39, 141
Микроминиатюризация — 16
Многоинструментная обработка — 106
Мобильность — 12, 15, 17, 19, 33, 175,
185, 189, 204
Надежность — 46, 57, 58, 63, 68, 72,
79, 83, 118, 121, 134, 157, 175, 181,
209, 215
Надежность функционирования — 58
Накопление заделов — 9, 20, 23
Непрерывность техпроцесса — 93, 169
Непрерывное действие — 161
Обратная связь — 181
Одноинструментальная обработка —20
Ожидаемая производительность — 50,
132, 161
Оптимальные режимы — 19, 20, 88,
97, 99
Опытное производство — 12
Отказ — 58, 59, 64, 70, 73, 78, 85, 118,
120
Параллельное действие — 11, 114, 117,
123, 129, 157

Параметр потока отказов — 64, 81, 120
Передаточная функция — 195
Плановый фонд времени — 44, 52, 53,
54
Полуавтомат — 8, 17, 19, 20, 33, 153,
159, 165, 167, 199, 203
Попутное точение — 138, 139, 169
Последовательное действие—11, 12,
113, 117, 132, 151
Последовательно-параллельное дей-
ствие—11, 12, 113, 129
Потенциал производительности — 40,
42
По.тери по инструменту — 48, 54, 57,
89, 93, 101, 118
Потери по оборудованию — 48, 93, 118
Потери по оргпричинам — 48, 56
Потери по переналадке — 48, 181
Принципиальная схема — 132, 133,
150, 151, 180, 184, 196, 198, 199, 208,
220, 221
Программное управление — 9, 19, 27,
28, 30, 33, 173, 174, 206, 207, 210,
212, 215, 216, 217, 220, 222
Программоноситель — 13, 19, 173, 175,
177, 180, 190, 192, 206, 211, 222
Прогрессивность новой техники — 39,
40
Производительность — 11, 12, 15, 23,
27, 40, 41, 44, 47, 50, 57, 68, 72, 80,
87, 88, 90, 97; 102, 103, 106, 109,
117, 119, 123, 126, 129, 132, 138, 151,
154, 157, 169, 181, 185, 199, 202, 203
Производительность труда — 41, 57,
149, 158
Прошлый труд — 40
Рабочая машина — 5, 9, 10, 41, 43, 44,
48, 152
Рабочие ходы — 6, 20, 41, 42, 89, 91,
101, 106, 127, 130, 155, 181, 186, 200
Рабочий цикл — 5, 13, 22, 37, 39, 41,
46, 47, 54, 67, 81, 89, 111, 119, 126,
129, 152, 159, 161, 181, 188, 199
Рабочая позиция — 34, 35, 106, 111,
112, 114, 118, 126, 128, 137, 152, 157,
165
Режимы обработки — 34, 87, 90, 97,
10^ 104, 108, 132, 138, 149
Резервы повышения производитель-
ности — 50, 51, 52, 54, 56, 57, 67
Ремонтопригодность— 11, 63, 65, 77
Серийное производство—12, 31, 32
Система управления — 8, 9, 10, 11, 21,
29, 41, 133, 172, 179, 182, 188, 192,
198, 206, 218, 222
Собственные внецикловые потери —
49, 51, 67, 71, 82, 89, 118
Совмещение операций — 15, 42, 104,
106
Среднее время безотказной работы —
64, 65, 76
Среднее время единичных простоев —
65, 81
Стандартизация — 116, 140, 141
Стойкость инструмента — 51, 90, 93,
94, 100, 101
Структурная схема— 14 , 28, 39, 117,
124, 184, 186
Технологическая производитель-
ность—40, 41, 42, 43, 44, 50, 55,
103, 105, 106, 184, 200
Технологическая надежность — 58
Требуемая производительность — 50,
154, 158
Универсальность—11, 14, 33
Унификация — 17, 18, 19, 117, 142,
146, 165
Функция надежности — 63, 64, 70,
76, 77
Холостые ходы — 6, 12, 15, 41, 43,
44, 56, 89, 92, 106, 118, 123, 130,
155, 161, 181, 186, 199
Централизованные системы управле-
ния — 176
Цикловая производительность—41,
43, 55, 68, 111, 182, 183
Циклограмма — 36, 113, 114, 115
Число позиций — 72, 108, НО, 117,
118, 120, 132, 137, 151, 161, 169
Экономическая эффективность — 39,
41, 80, 81, 87, 149, 181

ЛИТЕРАТУРА
1.	Металлорежущие станки. Под ред. Ачеркана Н. С. М.» «Машиностроение»,
1965.
2.	Станкостроение СССР. Под ред. Бермана М. М. Вып. [3. Агрегатные
станки и автоматические линии. С-1. Станкостроение. М.; НИИМАШ, 1970.
3.	Вороничев Н. М., Генин В. Б., Тартаковский Ж. Э.
Автоматические линии из агрегатных станков. М., «Машиностроение», 1971.
4.	В о л ч к е в и ч Л. И. Надежность автоматических линий. М., «Маши-
ностроение», 1969.
5.	Владзиевский А. П. Автоматические линии в машиностроении.
Кн. 1 и 2. М., Машгиз, 1958.
6.	Камышный Н. И., Стародубов В. С. Конструкция и
наладка токарных автоматов и полуавтоматов: М., «Высшая школа», 1971?
7.	Ш а у м я й Г. А. Автоматы и автоматические линии. М., Машгиз,
1961.
8.	Шаумян Г. А., Кузнецов М. М., Волчкевич Л. И.
Автоматизация производственных процессов. М., «Высшая школа», 1967
9.	Режимы резания металлов. Справочник. Под ред. Ю. В. Барановского.
М., «Машиностроение», 1972.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие	3
Раздел первый
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Глава I. Типы автоматов и автоматических линий	5
§ 1.	Основные определения.	5
§ 2.	Машины-автоматы	11
§ 3.	Автоматические линии .	.	20
§ 4.	Автоматические- цехи и заводы......................... 27
§ 5.	Общность автоматов и автоматических линий различного
технологического назначения	33
Глава II. Производительность автоматов и автоматических линий	40
§ 1.	Основные положения теории производительности машин
и труда	.	40
§ 2.	Технологическая и цикловая производительность	41
§ 3.	Фактическая производительность	44
§ 4.	Виды внецикловых потерь .	.	.	. .	47
§ 5.	Методы анализа и расчета производительности автоматов
и автоматических линий в условиях эксплуатации	50
Глава III. Надежность автоматов и автоматических линий	57
§ 1.	Причины отказов в работе	58
§ 2.	Показатели надежности ......................... ....	63
§ 3.	Тенденции изменения показателей надежности в процессе
эксплуатации .............................................. 68
§ 4.	Методы расчета характеристик эксплуатационной надеж-
ности автоматов, и автоматических линий .	72
§ 5.	Расчет допустимых йоказателей надежности	79
§ 6.	Методы анализа и оценки надежности .	83
Глава IV. Выбор режимов обработки .	87
§ 1.	Методы оптимизации режимов обработки ................. 87
§ 2.	Зависимость производительности от режимов обработки 90
§ 3.	Максимальные и оптимальные режимы обработки . .	97
§ 4.	Расчет режимов обработки при проектировании и эксплуа-
тации автоматов	100
Глава V Принципы построения многопозиционных автоматов и
автоматических линий.	104
§ 1.	Особенности технологических процессов автоматизирован-
ного производства .	.	104
§ 2.	Виды многопозиционных автоматов...................... 108
§ 3.	Автоматы и линии последовательного действия	117
§ 4.	Автоматы и линии параллельного действия . .	.	123
§ 5.	Автоматы и линии последовательно-параллельного действия	128
229

Стр.
Глава VI.	Проектирование автоматов и автоматических линий . .	131
§ 1.	Основные этапы проектирования............................ 131
§ 2.	Выбор технологических методов и маршрута обработки .	.	136
§ 3.	Применение принципов стандартизации при проектировании	140
§ 4.	Проблемы автоматизации проектно-конструкторских работ	146
Глава VII. Выбор принципиальной схемы автомата	.	149
§ 1.	Расчет числа позиций автоматов последовательного действия	151
5 2.	Расчет числа позиций автоматов параллельного действия	157
§ 3.	Расчет числа позиций автоматов непрерывного действия	161
§ 4.	Выбор геометрической оси автоматов	164
§ 5.	Выбор компоновочной схемы автоматов	169
Глава VIII. Функции систем управления	172
§ 1.	Основные определения и классификация систем управления
станков .	.	172
§ 2.	Системы управления упорами	188
§ 3.	Системы управления копирами	............... 192
§ 4.	Системы управления кулачками с распределительным
валом .	.	...	.	.	.	.	198
§ 5.	Системы управления с перфолентами и магнитными лентами 206
§ 6.	Системы программного управления с элементами самона-
стройки	.	.	217
§ 7	Проблемы развития	систем	управления	222
Литер	атура.............................................. 225

Леонид Иванович Волчкевич
Михаил Михайлович Кузнецов
Борис Андрианович Усов
АВТОМАТЫ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛЦНИИ
Редактор А, П. Селезнев
Художник В. 3. Казакевич
Художественный редактор Н. К. Гуторов
Технический редактор А. К. Нестерова
Корректор Г. И. Кост р и ко в а
Т-18929. Сдано в набор 9/VI-75 г. ГТОДП. к печ. 17/XI-75 г. Формат 60X90‘/ie. Бум.
тип. Хе 3. Объем 14,5 печ. л. Усл. п. л. 14,В. Уч.-изд. л. 14,73. Изд. № Стд-224. Тираж
30 000 экз.лЦена 53 коп. Зак. 94.
План выпуска литературы для вузов и техникумов издательства «Высшая школа»
на 1976 г. Позиция Mi 111.
Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14,
Издательство «Высшая школа»
Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградское производственно-техническое
объединение «Печатный Двор» имени А. М. Горького Союзполиграфпрома при "Го-
сударственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полигра-
фии и книжной торговли. 197136, Ленинград, П-136, Гатчинская ул., 26,

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА»
ВЫПУСКАЕТ В 1976 ГОДУ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ВУЗОВ
СЛЕДУЮЩУЮ УЧЕБНУЮ ЛИТЕРАТУРУ:
ВолчкевичЛ. И., Кузнецов М. М., У с о в Б. А. Автоматы и автомати-
ческие линии (в двух частях). Ч. II. Системы управления и целевые механизмы.
Учебное пособие. Под ред. Г А. Шаумяна. 20 л., с ил., 95 к. В пер.
Во второй части пособия «Системы управления и целевые механизмы» даны
классификация систем управления по характеру программоносителей и другим
признакам; расчет и* выбор систем управления и их элементов; рассмотрены
вопросы расчета и проектирования целевых механизмов автоматов и автома-
тических линий (силовых головок, суппортов, механизмов поворота и фикса-
ции).
Предназначается для студентов машиностроительных вузов. Может быть
полезно для преподавателей и инженерно-технических работников НИИ, КБ
и заводов, работающих в области автоматизации производственных процессов.
Автомобильные и тракторные двигатели (в двух частях). Ч. I. Теория дви-
гателей и системы их топливоподачи. Учебник. Под ред. И. М. Ленина. Изд. 2-ё,
цереработ. и доп. 22 л., с ил., 1 р. 02 к. В пер.
В первом разделе книги рассматриваются основы термодинамики и хими-
ческих процессов, происходящих в автомобильных и тракторных двигателях,
а также их основные характеристики экономических и мощностных показа-
телей и токсичность.
Во втором разделе приведены способы смесеобразования и топливная
аппаратура двигателей, работающих на жидком и газообразном топливе.
В настоящем издании (первое вышло в 1969 г.), помимо переработки,
внесены дополнительные материалы по процессам сгорания, токсичности.
Предназначается для студентов машиностроительных вузов, специализиру-
ющихся по автомобилям и тракторам. Может быть использован инженерами-
технологами машиностроительных предприятий и проектных организаций.
Автомобильные и тракторные двигатели (в двух частях). Ч. II. Конструкция
и расчет двигателей. Учебник. Под ред. И. М. Ленина. Изд. 2-е, переработ. и
доп. 88 к. В пер.
В книге рассматривается комплекс вопросов, связанных с кинематикой,
динамикой и основными положениями о нагрузках и расчетах деталей и меха-
низмов автомобильных и тракторных двигателей.
В настоящем издании (первое вышло в 1969 г.), помимо перёработки, вне-
сены дополнительные материалы по конструкциям современных карбюраторов
и деталей двигателей последних моделей.
Предназначается для студентов машиностроительных вузов, специализиру-
ющихся по автомобилям и тракторам. Может быть использован инженерами-
технологами машиностроительных предприятий и проектных организаций.