Основой проектирования любого автомата или линии является технологический процесс, задачей которого является получение готовых изделий заданного качества с помощью рабочих инструментов. При этом под комплектом инструмента понимают то минимально необходимое и достаточное количество орудий обработки, которые обеспечивают выполнение данного технологического процесса. Величину комплекта определяют объемом и методами обработки. Комплектом инструмента являются, например, пуансон и матрица — при штамповке; сверло, зенкер и метчик — при обработке 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 обрабатываемый материал.
В этом заключается сходство технологических процессов и автоматизированного, и неавтоматизированного производства.
Их основное отличие состоит в том, что технологические процессы неавтоматизированного производства проектируют из обеспечения главным образом качества обработки. Технологические процессы автоматизированного производства проектируют исходя из обеспечения не только качества, но и количества обрабатываемых изделий, с широким использованием принципа совмещения операций.
Простейшим вариантом построения любого технологического процесса неавтоматизированного производства при выбранных методах, 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 длительность протекания технологического процесса t ’ po, которая зависит, с одной стороны, от характера детали, ее сложности и т. д., с другой – от прогрессивности выбранных методов и режимов обработки. Таким образом, производительности К ’ o 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 фрезерования торцов, их зацентровки, черновой и чистовой обточки всех ступеней, обработки фасок и канавок. Общее время обработки равно суммарной длительности всех операций. Время каждой операции определяется объемом обработки (длина l и диаметр d обрабатываемой поверхности, ширина обработки и др.) и выбранным методом обработки, а также его режимами – скоростью резания v и подачей s; для операций обточки это время можно подсчитать по формуле
,
где np – число оборотов шпинделя на выполнение операции; nш – частота вращения шпинделя, об/мин; v – скорость резания, м/мин, l – длина хода инструмента, мм; s – подача, мм/об
Длительность обработки равна суммарному времени всех операций:
.
.
Величина К ’ o характеризует возможности данного технологического 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 обеспечивает требуемое качество обработки, однако является наименее производительным, так как в любой момент в работе находится не более одного инструмента (одноинструментная обработка). Последовательно, без совмещения во времени совершенствуются и холостые (вспомогательные) операции (установка заготовок, их зажим и разжим, подвод инструментов, съем готовых деталей и т. д.).
Однако, если для полной обработки тех же изделий спроектировать однопозиционный автомат или полуавтомат (рис V-2,a), суммарное время обработки значительно сократится за счет совмещения 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 (многоинструментная обработка). Время рабочего хода tpо ‘ p, определится уже суммарной длительностью только цепочки несовмещенных операций: обработка одного торца, черновая и чистовая обточка одной шейки, прорезка одной канавки.
Рис.V-2. Структурные варианты построения машин, выполняющих одинаковый объем обработки:
а — однопозиционный автомат с многоинструментной обработкой; b — группа автоматов с дифференицированнымтехнологическим процессом; с — многопозиционный автомат с дифференцированным и концентрированным технологическим прцессом
, (V-1)
где U — количество одновременно работающих инструментов.
Величина Ко характеризует не только прогрессивность технологии, но степень совмещения операций в машине. Тем самым производительность однопозиционного автомата значительно выше, чем универсального станка, даже при тех же методах, технологических маршрутах и режимах обработки.
Широкое использование метода совмещения операций является важнейшей особенностью технологических процессов автоматизированного 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 несоразмерно большим количеством одновременно работающих инструментов. В этих случаях ограничиваются геометрическим решением задачи, находя возможности для размещения суппортов, механизмов их привода и резцовых державок. Большое количество инструментов 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 сокращению числа одновременно, работающих инструментов.
Повышение производительности можно обеспечить путем дальнейшего развития принципа совмещения — дифференциации технологического процесса и концентрации операций, что приводит к созданию многопозиционных машин.
Любой технологический процесс автоматизированного производства 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 рабочих позициях машины или линии, через которые последовательно проходит обрабатываемое изделие, пока не получит полного объема технологического воздействия.
При дифференциации любой технологический процесс расчленяется прежде всего на составные операции, поэтому объем обработки, выполняемый каждым конкретным механизмом, может быть различным.
Составная рабочая операция — это часть технологического процесса, которая может быть выполнена одним целевым механизмом и одним инструментом в соответствии с требованиями качества.
Если дифференциацию ограничить делением на составные операции, то для осуществления всего технологического процесса необходимы минимальный комплект инструмента и система последовательно расположенных однопозиционных машин, число которых равно числу составных операций (рис. V-2,б).
Например, технологический объем обработки вала (см. рис. V-l) можно дифференцировать на шесть частей: 1) фрезерование и зацентровка 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 автоматов или полуавтоматов (одного фрезерно-центровального, четырех токарно-копировальных и одного токарно-отделочного).
Если дифференциацию объема обработки продолжить дальше, разделяя составные операции на более элементарные части, то, процесс обработки даже в пределах одной операции становится дискретным, требуя одновременно дополнительного количества одноименных 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 однородных элементарных операций), то потребуется не один инструмент, а несколько 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 технологического процесса — составных или раздробленных операций на группе операционных автоматов (рис. V-2, б) обеспечивает полный объем обработки за время, равное времени одной операции, выполняемой каждым автоматом. При этом в обработке одновременно находится число изделий, равное числу операций, т. е. числу операционных автоматов, и готовые изделия выдаются через промежуток времени, равный рабочему циклу однопозиционного автомата.
Дифференцируя общий объем обработки в различной степени, т. е. варьируя число последовательных позиций обработки q, получаем различную длительность обработки на одной позиции tp, а следовательно, различную технологическую производительность К. Если возможно дифференцировать весь объем обработки на равные части, то
; 
(V-2)
Концентрация операций заключается в том, что отдельные операции, выполняемые так же одновременно, как и в группе однопозиционных автоматов, концентрируются в одном автомате (рис. V-2, в). Так появились многопозиционные автоматы, а затем и автоматические линии последовательного, параллельного и параллельно-последовательного действия. Наиболее характерными для технологии автоматизированного производства являются сложные технологические процессы, состоящие из множества разнородных видов обработки. Для таких процессов концентрация операций выражается сосредоточением в одной машине последовательно выполняемых разнородных операций дифференцированного технологического процесса. При этом один технологический комплект инструмента, который необходим в машине, рассредоточен по позициям, как в группе однопозиционных машин, работающих последовательно. 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 применение принципа концентрации операций — неотъемлемое свойство автоматизированного производства.
Дата добавления: 2014-11-25 ; Просмотров: 1979 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
для студентов по направлению подготовки бакалавра 220700.62 — «Автоматизация технологических процессов и производств»
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол №………от …………..2012 г.)
Рецензенты: д.т.н., профессор, зав. кафедрой электротехники и автоматики
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный
университет имени Петра I»
Начальник производства деревообрабатывающего предприятия
ЗАО фирма "Гранд" С.К. Ненашев
П… Технологические процессы автоматизированного производств [Текст] : учеб. пособие /Л.В. Пономаренко, Т.В. Ефимова; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» – Воронеж, 2012. – 159 с.
В учебном пособии излагаются технологические процессы основных деревообрабатывающих производств: лесопильного, клееных материалов и плит, изделий из древесины. Расширенное внимание уделено параметрам и режимам технологических процессов, современному оборудованию и применяемым материалам.
Учебное пособие предназначено для студентов по направлению подготовки бакалавра 220700.62 — «Автоматизация технологических процессов и производств».
Табл. 4. Ил. 125. Библиогр.: 14 наим.
Пономаренко Л.В., Ефимова Т.В., 2012
ФГБОУ ВПО «Воронежская
лесотехническая академия», 2012
1. Производственный и технологический процессы……………………….
3. Лесопильное производство………………………………………………..
3.1 Понятие о пиловочном сырье……………………………………….
3.2 Продукция лесопильного производства……………………………..
3.3 Способы раскроя бревен на пиломатериалы……………………….
3.4 Основы теории раскроя пиловочного сырья. Поставы………….
3.5 Подготовка сырья к распиловке…………………………………….
3.6 Структура производственных процессов лесопильных цехов……..
4. Технология клееных материалов………………………………………….
4.1 Виды клееных материалов……………………………………………
4.3 Технология изготовления лущеного шпона. Оборудование……….
4.4 Технология изготовления строганого шпона………………………..
4.5 Технология изготовления фанеры……………………………………
4.6 Технология производства древесностружечных плит…………….
5. Технология изделий из древесины…………………………………….
5.2 Требования к изделиям из древесины……………………………….
5.3. Структурные элементы изделий……………………………………..
5.4. Правила конструирования изделий из древесины………………….
5.5 Взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц……………….
5.6 Основные понятия о допусках и посадках…………………………..
5.7 Шероховатость поверхности…………………………………………
5.8 Технологический процесс и оборудование………………………….
5.8.1 Раскрой досок на черновые заготовки…………………………
5.8.2 Раскрой плитных материалов…………………………………..
5.8.3 Изготовление облицовок из шпона строганого………………..
5.8.4 Обработка черновых заготовок…………………………………
5.8.5 Калибрование заготовок щитов из древесностружечных плит
5.9 Склеивание в технологии изделий из древесины……………….
5.9.1 Способы склеивания и методы нагрева клеевого шва……….
5.9.2 Облицовывание пластей щитовых деталей……………………
5.9.3 Облицовывание кромок щитовых элементов…………………
5.10 Механическая обработка чистовых заготовок…………………
5.10.1 Формирование шипов и проушин…………………………….
5.10.2 Фрезерование древесины………………………………………
5.10.3 Формирование гнезд и отверстий……………………………..
6. Охрана окружающей среды на деревообрабатывающих предприятиях…………………………………………………………………………
Древесина как строительный и поделочный материал известна с глубокой древности. Благодаря высокой механической прочности, лёгкой обрабатываемости режущими инструментами, способности удерживать гвозди и шурупы, способности к склеиванию и отделке, небольшому объёмному весу, низкой теплопроводности, хорошим тепло- и звукоизолирующим свойствам, а также природному цвету и рисунку текстуры древесину широко применяют как конструкционный материал в деревообрабатывающей промышленности.
К достоинствам древесины следует также отнести и то, что ресурсы её постоянно восстанавливаются как благодаря деятельности человека, так и самопроизвольно.
Отметим некоторые недостатки древесины как материала деревообрабатывающей промышленности. Это горючесть, низкая биоустойчивость, гигроскопичность и некоторые другие свойства, зависящие от породы древесины, условий произрастания и т.д.
В царской России деревообрабатывающая промышленность развивалась в основном как кустарная. Продукция таких деревообрабатывающих производств превосходила продукцию промышленных предприятий в 3-4 раза. Удельный вес лесопиления в валовой продукции в 1912 г. составил 80,2 %; фанерного производства 2,9 % и продукции прочих деревообрабатывающих производств – 16,9 %.
Современная деревообрабатывающая промышленность перерабатывает основную долю лесозаготовительной промышленности.
Среди всех производств, занятых механической и химико-механической обработкой древесины, можно выделить две большие группы. Группу производств первичной обработки древесины (производство пиломатериалов, плит, фанеры, шпона) и группу производств вторичной обработки (производство изделий из древесины, деталей машин, столярных деталей и др.).
Характерным для производств первой группы является потребление в качестве сырья продукции лесозаготовительной промышленности, то есть брёвен, кряжей, дров и выпуск в качестве продукции полуфабрикатов в виде пиломатериалов (досок, брусьев), древесностружечных и древесноволокнистых плит, лущёного и строганого шпона, фанеры и т.д.
Для группы производств вторичной обработки древесины характерны использование в качестве сырья продукции предприятий первичной обработки и выпуск в качестве продукции готовых изделий.
Отметим, что в настоящее время, с развитием переработки отходов от основных производств, можно выделить отдельную группу производств по обработке отходов и неделовой древесины. Это производства, вырабатывающие различные древесные плиты (древесностружечные, древесноволокнистые и фиброцементные), древесную муку и др.
На всех этапах механической обработки древесины образуется значительное количество отходов. В среднем, в общем процессе механической обработки древесины окончательно готовая продукция содержит не более 15…30 % древесины, считая от объёма бревна. Следовательно, 70…75 % составляют отходы и рациональное их использование – одна из главных задач современных деревообрабатывающих предприятий. Развитие научно-технического процесса должно быть направлено на создание и внедрение ресурсосберегающих технологий.
Большие потери связаны не только с ухудшением качественных характеристик перерабатываемого сырья, но и с несовершенством схем и технологий новых производств, а также производством, например, в лесопилении, значительного (более 50 %) количества пиломатериалов нецелевого назначения.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Автоматика — отрасль науки и техники, охватывающая теорию и устройство средств и систем автоматического управления машинами и технологическими процессами. Она возникла в XIX в. с появлением механизированного производства на базе прядильных и ткацких станков, паровых и других машин, которые заменили ручной труд и дали возможность повысить его производительность.
Под автоматизацией производственных процессов понимают комплекс технических мероприятий по разработке новых технологических процессов и создание производства на основе высокопроизводительного оборудования, выполняющего все основные операции без непосредственного участия человека.
Автоматизация способствует значительному повышению производительности труда, улучшению качества продукции и условий труда людей.
По мере развития техники функции управления процессами и машинами расширялись и усложнялись. Человек уже во многих случаях не мог эффективно управлять механизированным производством без специальных дополнительных устройств. Это обусловило возникновение автоматизированного производства, при котором работники высвобождаются не только от физического труда, но и от функций контроля за машинами, оборудованием, производственными процессами и операциями, а также управления ими.
В сельском хозяйстве, пищевой и перерабатывающей промышленности автоматизируют контроль и управление температурой, влажностью, давлением; регулирование скорости перемещения, сортирование по качеству, упаковывание и многие другие процессы и операции производства, хранения и переработки продукции, обеспечивающие более высокую эффективность, экономию труда и средств.
Автоматизированные производства по сравнению с неавтоматизированными обладают определенной спецификой:
для повышения эффективности они должны включать большее число разнородных операций;
требования к гибкости автоматизированных производств вызывают необходимость в тщательной проработке технологии, анализе объектов производства, маршрутов движения и операций, обеспечении надежности процесса переработки с заданным качеством;
при широком ассортименте выпускаемой продукции и сезонности работы технологические решения могут быть многовариантными;
повышаются требования к четкой и слаженной работе различных служб производства.
При проектировании автоматизированного производства должны быть соблюдены определенные принципы.
1. Принцип завершенности. Следует стремиться к выполнению всех операций в пределах одной автоматизированной производственной системы без промежуточной передачи полуфабрикатов в другие подразделения. Для реализации этого принципа необходимо обеспечить:
технологичность продукта, т. е. когда на его изготовление расходуется минимальное количество материалов, времени и средств;
унификацию методов обработки и контроля различных полуфабрикатов и готового продукта;
расширение типажа оборудования с повышенными технологическими возможностями для обработки нескольких видов сырья или полуфабрикатов.
- 2. Принцип малооперационной технологии. Число операций промежуточной обработки сырья и полуфабрикатов должно быть сведено к минимуму, а маршруты их подачи — оптимизированы.
- 3. Принцип малолюдной технологии. Обеспечение автоматической работы на протяжении всего цикла изготовления продукта. Для этого необходимо стабилизировать качество входного сырья (товарный сорт плодов, категория мяса) и полуфабрикатов, повысить надежность оборудования и информационного обеспечения процесса.
- 4. Принцип безотладочной технологии. Любой объект управления не должен нуждаться в дополнительных наладочных работах после того, как он пущен в эксплуатацию.
- 5. Принцип оптимальности. Все объекты управления и службы производства подчинены единому критерию оптимальности, например должны выпускать продукцию только высшего качества или доля брака должна быть минимальной.
- 6. Принцип групповой технологии. Обеспечивает гибкость производства, т. е. возможность перехода с выпуска одного продукта на выпуск другого. В основе принципа лежит общность операций, их сочетаний и рецептур.
Для серийного и мелкосерийного производств характерно создание автоматизированных систем из универсального и агрегатного оборудования с межоперационными емкостями. Это оборудование в зависимости от перерабатываемого продукта может быть переналажено. Примером такого производства может быть выпуск сока из чередующихся небольших партий разнородного сырья (вишня, томаты, яблоки, слива, виноград и т. д.) по мере его созревания. Это основной тип производства при переработке сельскохозяйственного сырья на небольших предприятиях.
Для крупносерийного и массового выпуска продукции автоматизированное производство создают из специального оборудования, объединенного жесткой связью. Обычно такие системы создают на крупных производствах, выпускающих однотипную продукцию. В подобных производствах применяют высокопроизводительное оборудование, например роторное для розлива жидкостей в бутылки или пакеты.
Для функционирования оборудования необходим промежуточный транспорт сырья, полуфабрикатов, компонентов, различных сред.
В зависимости от промежуточного транспорта автоматизированные производства могут быть:
со сквозным транспортированием без перестановки сырья, полуфабриката или сред;
с перестановкой сырья, полуфабрикатов или сред;
с промежуточной емкостью.
По видам компоновки оборудования (агрегатирования) различают автоматизированные производства:
В однопоточном производстве оборудование располагается последовательно по ходу выполнения операций. Для повышения производительности однопоточного производства операция может выполняться на однотипном оборудовании параллельно.
В многопоточном производстве каждый поток выполняет аналогичные функции, но работает независимо один от другого.
Сельскохозяйственная продукция относится к скоропортящейся, поэтому одним из основных требований к техническому оснащению процесса переработки является возможность выпуска широкого ассортимента продуктов из однотипного сырья и переработки разных видов сырья на однотипном оборудовании. Для этого создают переналаживаемые производственные системы, обладающие свойством автоматизированной переналадки. Организационным модулем таких систем являются производственный модуль, автоматизированная линия, автоматизированный участок или цех.
Производственным модулем называют систему, состоящую из единицы технологического оборудования, оснащенного автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса, автономно функциоРис. 12.1. Структура производственного модуля:
/ — оборудование для выполнения одной или нескольких операций; 2 — управляющее устройство; 3 — погрузочно-разгрузочное устройство; ^/ — транспортно-накопительное устройство (промежуточная емкость); 5 — контрольно-измерительная система
нирующую и позволяющую встраивать ее в
систему более высокого уровня (рис. 12.1).
Производственный модуль может включать в себя, например, сушильную камеру, контрольно-измерительную систему, погрузочно-разгрузочную и транспортную системы с локальным управлением или смесительную установку с аналогичным дополнительным оборудованием.
Частным случаем производственного модуля является производственная ячейка — комбинация модулей с единой системой измерения режимов работы оборудования, транспортно-накопительной и погрузочно-разгрузочной системами (рис. 12.2). Производственная ячейка может встраиваться в системы более высокого
Автоматизированная линия переработки — переналаживаемая система, состоящая из нескольких производственных модулей или ячеек, объединенных единой транспортно-складской системой и системой автоматического управления технологическим процес-
сом (АСУТП). Оборудование автоматизированной линии распо ложено в принятой последовательности выполнения технологи ческих операций. Структура автоматизированной линии изобра жена на рис. 12.3.
В отличие от автоматизированной линии на переналаживаемом автоматизированном участке предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования. Линия и участок могут включать отдельно функционирующие единицы технологического оборудования. Структура автоматизированного участка приведена на рис. 12.4.
Рис. 12.2. Структура производственной ячейки:
1 — оборудование для выполнения одной или нескольких операций; 2— приемный бункер; 3 — погрузочно-разгрузочное устройство; 4 — конвейер; 5 — промежуточная емкость; б—управляющий компьютер; 7—контрольно-измерительная система; 8— интерфейс связи
Рис. 12.3. Структура автоматизированной линии:
I, 2, 3, 4 — производственные ячейки и модули; 5 — транспортная система; б—склад; 7— управляющий компьютер
Рис. 12.4. Структура автоматизированного участка: 1, 2, 3— автоматизированные линии; 4— производственные ячейки; 5 — производственные модули; б —склад; 7—управляющий компьютер