1. Классификация ТП по характеру ориентации изделий в АП
Технологические процессы по характеру ориентации изделий и по необходимости обеспечения строгой кинематической связи движений заготовки и рабочего инструментаможно разбить на два основных класса.
К первому классу относятся процессы, при осуществлении которых требуется обязательная ориентация изделий относительно рабочего инструмента, а характер относительного движения заготовки и инструмента подчиняется строгой кинематической зависимости. К этому классу относится большая часть процессов механической обработки и сборки. Автоматизация этих процессов наиболее сложна.
Ко второму классу относятся процессы, при выполнении которых не требуется ориентация заготовок, а рабочий инструмент представляет собой активную обрабатывающую среду. К числу таких процессов можно отнести термическую обработку, сушку, мойку и окраску деталей простейших форм методом погружения, очистку заготовок в галтовочных барабанах, травление в кислотных ваннах. При выполнении этих процессов заготовки могут занимать безразличное положение, соблюдение кинематической связи не требуется и автоматизация процессов осуществляется более просто.
Существует и промежуточный класс процессов, когда заготовки должны занимать определенное положение, а рабочий инструмент представляет собой активную рабочую среду (окраска методом пульверизации, гальванопокрытие, напыление), или когда при наличии рабочего инструмента исходный материал подается в рабочую зону без ориентации движений (прессование заготовок из пластмасс). Автоматизация этих процессов также не представляет больших затруднений.
2. Классификация ТП по признаку непрерывности
С точки зрения непрерывности технологические процессы можно разбить на три класса:
- к первому классу относятся процессы, осуществляемые на машинах дискретного действия. При выполнении каждой операции они периодически прерываются из-за необходимости выполнения ряда вспомогательных движений и холостых ходов, установки и снятия обработанных заготовок (собранных узлов).
- ко второму классу относятся процессы, выполняемые на машинах непрерывного действия (бесцентровое шлифование на проход гладких валиков, волочение проволоки, проката и некоторые другие виды обработки). Процесс обработки в пределах данной партии заготовок или данного количества материала не прерывается. Этипроцессы характеризуются непрерывным движением изделий при неподвижном положении рабочего инструмента.
- к третьему классу относятся процессы, в которых обработку осуществляют при непрерывном движении и изделий и инструмента в одном транспортном потоке. Эти процессы обычно осуществляются на машинах роторного типа.
2.1. Первый класс процессов. Он осуществляется на автоматах и полуавтоматах и характеризуется строгой цикличностью протекания элементов выполняемой операции. Основные (технологические) движения связаны с выполнением процесса обработки (сборки); вспомогательные движения (подвод и отвод инструмента, поворот инструментальных головок и столов, установка, закрепление, открепление и снятие заготовок) обеспечивают выполнение основной работы. Время вспомогательных движений сводят к минимуму, осуществляя их на повышенных скоростях или совмещая эти движения (частично или полностью) с основной работой. Фактическая производительность определяется по формуле
.
Технологические процессы, осуществляемые на оборудовании дискретного действия, в основном применяют при производстве штучных заготовок.
Повышение производительности машин дискретного действия достигается:
а) сокращением основного времени путем совмещения по времени технологических переходов при многоместной и многоинструментной обработке, повышение режимов работы оборудования и другими мероприятиями технологического характера;
б) сокращением времени вспомогательных движений за счет рационального построения рабочего цикла, совмещения во времени вспомогательных движений, повышая их скорости;
в) сокращением внецикловых потерь t п работы оборудования в результате конструкторских, технологических и организационных мероприятий (применение быстросменных настраиваемых вне станка инструментальных блоков, улучшение конструкции регулирующих устройств, улучшение организации рабочих мест). На оборудовании дискретного действия обычно получают наибольшую точность обработки. Это обусловлено его значительной жесткостью и высокой геометрической точностью.
2.2. Второй класс процессов. Его осуществляют на оборудовании непрерывного действия, которое характеризуется тем, что изделия штучного или нештучного характера производятся непрерывно. Технологический процесс протекает без периодической остановки оборудования для остановки и снятия обрабатываемых заготовок (собираемых изделий). Производимая продукция сходит с оборудования непрерывным потоком. К непрерывным технологическим процессам относятся: волочение проволоки и прутков круглого и специального профиля, используемых для изготовления деталей на автоматах, непрерывная прокатка специального проката, непрерывная навивка спиральных пружин на специальных автоматах, пескоструйная и дробеструйная обработка заготовок, расположенных на непрерывно движущемся конвейере, для очистки от окалины и упрочнения.
В механических цехах в качестве непрерывных процессов обработки применяют конвейерное протягивание, бесцентровое шлифование на проход
Примером непрерывного процесса обработки со стационарным инструментом является конвейерное протягивание (рис. 9.1.)..
Рис. 9.1. Схема конвейерного протягивания
Схема бесцентрового шлифования
Несколько расположенных цепочкой бесцентровошлифовальных станков, работающих по рассмотренной схеме, могут образовать простейшую автоматическую линию.
Рис. 9.2. Схема бесцентрового шлифования на проход
Схема непрерывного нарезания резьбы (рис. 9.3.) в гайках 1 кривым метчиком 2. Стрелкой А показана подача гаек на заборную часть метчика; по стрелке Б происходит выбрасывание нарезанных гаек в процессе вращения метчика.
Рис. 9.3. Схема непрерывного нарезания резьбы
Примерами непрерывных процессов служат: мойка деталей на конвейерной установке моечной машины, сушка деталей, окраска на подвесном конвейере в электростатическом поле, нагрев детали при непрерывном перемещении через печь или при прохождении ими индуктора тока высокой частоты, естественное или ускоренное (в струе воздуха) охлаждение после термической обработки и т.п. Для этого типа процессов (при штучных изделиях) производительность оборудования (шт./мин) определяется по формуле:
где: V тех. – скорость технологического движения, м/мин.;
– длина изделия в направлении технологического движения, м;
1 – расстояние между изделиями в том же направлении, м.
При 1 = 0 достигается наибольшая производительность процесса обработки. Под скоростью технологического движения понимают минутную продольную подачу при бесцентровом шлифовании штучных заготовок на проход, скорость резания при конвейерном протягивании, скорость движения прутков или проволоки при волочении. Данный класс технологических процессов характеризуется высокой производительностью и возможностью сравнительно легкой автоматизации. Его в основном применяют для массового изготовления мелких и средних деталей. Здесь может быть достигнута достаточно высокая точность. Например, при бесцентровом шлифовании на проход при хорошем состоянии оборудования может быть достигнута точность по диаметру по 6 квалитету.
Третий класс процессов
Третий класс процессов. Его осуществляют на автоматизированном оборудовании роторного типа. Он характеризуется тем, что изделие в процессе обработки (сборки) совершают непрерывные перемещения (транспортирование) от загрузочной позиции к позиции съема. В настоящее время имеется много разновидностей роторного оборудования – от полуавтоматических станков до автоматических линий. На рис. 9.4 показана схема роторного станка для двустороннего сверления отверстия в бобышках
Рис. 9.4. Схема роторного станка для двустороннего сверления поршня 1.
Заготовки устанавливаются на позициях непрерывно вращающегося барабана 2. С двух сторон то этого барабана соосно расположены синхронно вращающиеся с барабаном инструментальные блоки 3. Число инструментов в каждом блоке равно числу рабочих позиций в барабане. В процессе вращения барабана заготовки в зоне А устанавливаются на его рабочие позиции, а зоне Б они автоматически снимаются и подаются в тару. В зоне В, охватываемой дугой 2, происходит сверление отверстий. Быстрый подвод и отвод инструментов в исходное положение происходит в зонах углов α1 и α2.
Производительность роторного станка (шт./мин) определяется по формуле:
где: V тр – скорость транспортирующего движения (окружная скорость рабочего или транспортного роторов в м/мин. берется по линии расположения не них обрабатываемых изделий), м/мин.;
- длина изделия, м;
– расстояние между изделиями в направлении транспортирующего движения, м.
Повышая скорость транспортирующего движения, можно увеличить производительность роторного оборудования. Эта скорость не может быть установлена произвольно, она взаимосвязана со скоростью рабочих (технологических) движений.
Из рис. 9.4 видно, что время обработки
или 
,
где: L – путь перемещения сверла;
S м – минутная подача сверла;
– длина дуги в зоне обработки В;
V тр – скорость транспортирующего движения на радиусе R расположения инструментов.
Приравнивая эти выражения и помня, что = α R получаем:
.
Точность данных процессов ниже процессов первого класса. Это обусловлено тем, что технологический процесс выполняется при непрерывном движении изделия (в этом случае на точность влияют кинематическая погрешность) и что жесткость роторного оборудования меньше, чем оборудования дискретного действия. При использовании самоустанавливающихся систем (развертывание плавающей отверткой, калибрование отверстий, запрессовка) может быть достигнута такая же точность, как и на оборудовании дискретного действия.
На роторным оборудовании (автоматических линиях) легко осуществляются комплексные технологические процессы, включающие механическую и термическую обработку, сборку и контроль качества изделий. Это оборудование, являющееся специальным, дорогим и в большинстве случаев труднопереналаживаемым на выпуск других изделий, применяют для малогабаритных изделий, выпускаемых в больших количествах по принципу массового производства. На сложность, а, следовательно, надежность и стоимость автоматического оборудования оказывает большое влияние кинематика основных и вспомогательных движений. Предпочтительны технологические процессы, у которых траектория этих движений – прямые линии (объемная штамповка, электроэрозионная обработка, клепка). В этом случае применяют инструменты объемного типа (штампы, электроды, обжимки). Их рабочая поверхность воспроизводит соответствующую поверхность объектов производства. Более сложны случаи обработки, основанные на сочетании двух движений (вращение заготовки и радиальная подача фасонного резца при обтачивании поверхности с криволинейной образующей). Оборудование еще более усложняется, если процесс обработки (сборки) основан на кинематическом сочетании трех или большего количества движений (обработка сложнопрофильных поверхностей по копиру или на станке с программным управлением).
Рабочее время t p зависит
Рабочее время t р зависит от структуры технологического процесса, методов и режимов обработки. Концентрация операций и увеличение количества одновременно обрабатываемых изделий связано прежде с применением многошпиндельных и многопозиционных станков, что несомненно, ведет к повышению производительности обработки.
Однако увеличение числа шпинделей и рабочих позиций приводит к усложнению технологического оборудования, кроме того, вместе с ростом производительности растут как суммарные потери времени на наладку и техническое обслуживание, так и другие потери, что приводит к снижению производительности.
Количество рабочих позиций автоматического станка (или автоматической линии), при котором обеспечивается максимальная производительность, можно подсчитать аналитически.
В самом деле, если известны внецикловые потери времени t п и технологическая производительность «К », то можно определить оптимальное число позиций (операций) по формуле:
.
Таким образом, структура проектируемого автоматизированного технологического процесса должна предусматривать такое количество операций (рабочих позиций), при котором достигается максимальная производительность обработки. В свою очередь, структура технологического процесса определяется структурой составляющих его операций, отличающихся сложностью и многообразием своего построения. Так, например, в одних случаях структура операции определяется совмещением переходов на основе многоинструментальной обработки одной детали, в других – на основе обработки нескольких деталей одним инструментом, в третьих – на основе обработки нескольких деталей многими инструментами (блоками инструментов) или обработки их фасонным или комбинированным инструментом и т.п.
Наиболее простую структуру имеет операция обработки одной детали, состоящая из одного элементарного или инструментального перехода.