Курсовой проект

«Обработка деталей на токарных одношпиндельных автоматах: инновационный аспект»

Введение

Рассмотрим недостатки современного машиностроительного производства, имеющие системный характер: дублирование разработок средств технологического обеспечения, избыточное разнообразие средства технологического обеспечения, неполное их использование и т.д.

Для сведения к минимуму этих недостатков необходимо воспользоваться модульной технологией – новым методом построения машиностроительного производства.

Современный машиностроительный комплекс – это сложившаяся в XX веке чрезвычайно сложная система со своими законами развития. Большой удельный вес машиностроения среди других отраслей промышленности делает его значимым в масштабе народного хозяйства страны. Развитие машиностроения происходило стихийно, что сделало его расточительным в расходовании материальных, энергетических и трудовых ресурсов, отрицательно влияющим на экологию окружающей среды, инерционным к изменяющимся требованиям общества, И чем дальше развивается машиностроение, тем сильнее проявляются его негативные стороны.

В связи с этим проблема совершенствования машиностроения приобретает первостепенное значение. На современном этапе наблюдается разрозненное решение отдельных задач этой проблемы: повышение производительности труда, качества изделий, снижение их материалоемкости, внедрение ресурсосберегающих технологий и т.п. Такой подход в решении проблемы не может кардинально изменить существующее положение дел в машиностроении и требует проведения новой научно-технической политики. Необходим системный подход в решении этой проблемы, которая должна решаться так, чтобы одновременно удовлетворялись требования общества в целом и потребности каждого предприятия в отдельности. Проведение такой научно-технической политики требует управления развитием машиностроительного комплекса, для чего необходимо мести организационное начало в построении машиностроительного производства. Решение этой задачи может быть административным, а должно базироваться на результатах исследования глубинных закономерностей машиностроения.

Решение этой проблемы требует рассмотрения всех недостатков современного машиностроительного производства, имеющих системный характер: дублирование разработок средств технологического обеспечения (технологических процессов, оборудования, оснастки); избыточное разнообразие средств технологического обеспечения; утрата технологического знания; неполное использование возможностей средств технологического обеспечения (технологического оборудования и оснастки); наступление морального износа средств технологического оснащения раньше сроков их физического износа. Дублирование разработок средств технологического обеспечения заключается в следующем. Практически любое машиностроительное изделие на 50–70% состоит из деталей общего назначения: валы, оси, втулки, фланцы, шестерни, крышки, рычаги, планки, корпуса и т.п. Изделия также содержат много однотипных механизмов и устройств: шпиндельные узлы, подшипники, редукторы, типовые соединения деталей. Отсюда на каждом машиностроительном предприятии в масштабе машиностроительного комплекса из общего числа номенклатуры изготавливаемых деталей и сборочных единиц более 50% являются очень близкими, а нередко и одинаковыми по своему конструктивному оформлению и техническим требованиям. В результате для их изготовления на каждом предприятии дублируются разработки большинства средств технологического обеспечения. В конечном итоге практически на всех машиностроительных предприятиях подавляющее большинство инженерно-технических специалистов ежегодно выполняют одни и те же работы, решают одни и те же задачи.

Избыточное разнообразие средств технологического обеспечения, которое непрерывно растет, заключается в том, что на разных предприятиях и в разных цехах одного предприятия для изготовления близких или одинаковых изделий разрабатывается разное технологическое обеспечение. Это объясняется тем, что предприятия различаются составом технологического оборудования, в разработках участвуют разные специалисты с разным уровнем квалификации и отсутствует информация об этих разработках. В результате для изготовления каждого такого изделия (детали, сборочной единицы) могут быть разработаны десятки и сотни разных технологических процессов и видов оснастки, а нередко и разное технологическое оборудование. Внешне создается впечатление большой и нужной работы, так как увеличивается количество новых технологических процессов, оборудования и инструмента. Однако большинство из них представляют уже известные решения, а их сопоставление по технико-экономическим характеристикам показывает, что они мало отличаются друг от друга по своей эффективности. Среди этого множества попадаются и принципиально новые решения, которые могут дать большой эффект, но в этой массе решений они выпадают из поля зрения.

Итак, вместо концентрации усилий высококвалифицированных кадров на создании принципиально новых технологий и техники наблюдается распыление сил, бесконечное дублирование работ, влекущее рост необоснованного разнообразия средств технологического обеспечения. [4]

К современным машинам и приборам предъявляются высокие требования по технико-эксплуатационным характеристикам, точности и надежности работы. Эти показатели обеспечиваются жесткими требованиями к размерам и качеству обработанных поверхностей деталей. Поэтому, несмотря на большие достижения технологии производства высококачественных заготовок, роль обработки резанием и значение металлорежущих станков в машиностроении непрерывно повышаются.

Современные металлорежущие станки – это разнообразные и совершенные рабочие машины, использующие механические, электрические, электронные и гидравлические методы осуществления движений и управления рабочим циклом, решающие сложные технологические задачи.

Станкостроение развивается как количественно, так и в качественном отношении. Непрерывно повышаются точность, производительность, мощность, быстроходность и надежность работы станков. Улучшаются эксплуатационные характеристики, расширяются технологические возможности, совершенствуются архитектурные формы станков.

Особое развитие получило использование в отраслях машиностроения станков с ЧПУ. Микропроцессорные устройства управления превращают станок в станочный модуль, сочетающий гибкость и универсальность с высоким уровнем автоматизации.

Станочный модуль: станок – робот – тактовый стол – обеспечивает обработку заготовок широкой номенклатуры в автономном режиме на основе малолюдной (безлюдной) технологии производства деталей машин и приборов.

Внедрение в производство ГПС, состоящих из комплекса станочных модулей разного технологического назначения, роботов и манипуляторов, средств контроля качества, транспортных систем с общим управлением производственным циклом от ЭВМ, дает возможность в многономенклатурном многосерийном производстве стимулировать НТП, быстрый с наименьшими затратами переход к новым, более совершенным образцам выпускаемой продукции. Создаются условия перехода к трудосберегающему производству при наивысшей степени автоматизации и производительности.

1. Общее понятие о токарных автоматах

Автоматом называется станок, в котором автоматизированы все основные и вспомогательные движения, необходимые для выполнения технологического цикла обработки заготовок, включая загрузку и выдачу обработанной детали. Обслуживание автомата сводиться к периодической наладке, подаче материала на станок и контролю обрабатываемых деталей.

Из автоматов и полуавтоматов наибольшее распространение получили станки с кулачковым приводом. Автоматическое управление циклом этих станков осуществляется с помощью распределительного (кулачкового) вала. Обычно за один оборот вала проходит полный цикл обработки детали. [2]

Автоматизация представляет собой совокупность мероприятий по разработке, созданию и применению средств и систем управления, освобождающих рабочего частично или полностью от непосредственного участия в процессе обработки заготовок, что позволяет существенно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции.

Работа автоматического устройства характеризуется цикличностью. Время каждого цикла слагается из рабочего и вспомогательного времени. Основное условие работы автоматической машины – выполнение элементов цикла без вмешательства человека. В металлорежущих станках автоматизируют включение и выключение подач, быстрые подводы и отводы частей станков, загрузку заготовок и т.д. Универсальные автоматы и полуавтоматы обеспечивают высокую производительность труда путем максимального совмещения всех вспомогательных и рабочих движений.

Совершенствование органов управления рабочих машин способствует созданию и дальнейшему развитию станков, осуществляющих все движения по специальной программе – станков с программным управлением (ПУ). Эти станки отличаются быстрой переналадкой на изготовление другой детали, большим числом команд управляющего органа станка. Станки с ПУ служат базой для создания многоцелевых станков, имеющих набор большого числа инструментов, расположенных в специальном устройстве – магазине. Автоматическая рука поочерёдно устанавливает их в рабочий шпиндель для последующей обработки. Технологическое оборудование можно компоновать в автоматические линии, т.е. создавать систему автоматов, объединенные средствами транспортировки и управления. Большое развитие получают автоматические линии, состоящие из агрегатных станков. Такие линии создают для обработки вполне определенных деталей. [1]

Автоматы можно разделить на три группы. Первая группа – автоматы, имеющие один распределительный вал, вращающийся с постоянной для данной настройки частотой. Вал управляет как рабочим, так и вспомогательными движениями. Для автоматов этой группы характерна большая потеря времени при вспомогательных движениях, так как они выполняются при той же (медленной) частоте вращения распределительного вала, что и рабочие операции. Однако в автоматах малых размеров с небольшим количеством холостых движений применение такой схемы целесообразно вследствие её простоты.

Вторая группа – автоматы с одним распределительным валом, которому в течении цикла сообщаются две частоты вращения: малая при рабочих и большая при холостых операциях. Такая схема применяется в многошпиндельных токарных автоматах.

Третья группа – автоматы, имеющие, кроме распределительного вала еще и быстроходный вспомогательный вал, осуществляющий холостые движения. [3]

По количеству шпинделей автоматы делятся на одношпиндельные и многошпиндельные.

Шпинделем называется главный вал металлорежущих станков, предназначенный для непосредственной передачи вращения заготовке. Вместе с опорами он образует шпиндельный узел – наиболее ответственный узел станка. От его точности, жесткости и износостойкости во многом зависит точность изготовления изделия. Конструктивные формы шпинделей различны. Они определяются характером установки и закрепления на нем инструмента и заготовки, типом применяемых опор.

Шпиндель представляет собой полый вал ступенчатой формы, обеспечивающий надежную установку, закрепление и направление насаженных на него деталей. Передний конец имеет поверхности и элементы, предназначенные для установки, точного направления и закрепления заготовок или инструмента. Конструкции концов шпинделей различных станков стандартизированы. Заготовки устанавливаются и закрепляются в патронах или центрах. Планшайбы патронов жестко соединяются с концами шпинделя. Планшайбы закрепляют с помощью резьбы. Для установки и центрирования инструмента передние концы шпинделя снабжены конусными отверстиями или наружными конусами. У большинства станков отверстия шпинделей выполнены по размерам конусов Морзе.

Для изготовления шпинделей применяют стали 45, 40Х, 20Х и реже легированные стали других марок. Выбор материала и термическая обработка его определяются условиями износостойкости посадочных мест для деталей, а при подшипниках скольжения так же условиями работы шеек шпинделя во вкладышах подшипника.

Технические условия на шпиндели различных станков и конструкции их концов регламентированы соответствующими ГОСТами. [3]

1.1 Назначение, классификация и область применения

Станки токарной группы, работающие в автоматическом и полуавтоматическом режимах, предназначаются для обработки разнообразных поверхностей тел вращения из штучных или прутковых заготовок. Здесь широко используются высокоэффективные технологические способы обработки элементарных поверхностей: обработка широкими резцами с поперечной подачей, обтачивание фасонными резцами наружных и внутренних поверхностей, применение резьбонарезных головок и т.д. Применяется концентрация обработки заготовки несколькими инструментами одновременно: двумя и более резцами, резцами и сверлом и т.п. Сочетание указанных и других приемов позволяет быстро и точно вести обработку. Вместе с тем все эти инструменты должны вступать в работу в нужный момент, а одновременно работающие инструменты должны быть определенным образом расположены. Для обеспечения этого требуются дополнительные затраты времени и материальных средств, что делает рациональным использование подобного оборудования лишь при достаточно большой программе выпуска, т.е. в условиях массового, крупносерийного и серийного производства. В этих случаях сокращение времени обработки заготовок по сравнению с временем обработки на универсальных станках вполне компенсирует затраты на наладку автомата или полуавтомата и сокращает трудовые затраты на изготовление партии деталей.