Машины и оборудование

Введение

Вся история техники есть борьба за постепенное освобождение человека от

непосредственного участия в производственном процессе.

Производственные функции, выполняемые человеком в процессе труда,

делятся на четыре основные группы:

 энергия (приложение усилий для выполнения работы);

 технологические (использование орудий труда для изменения формы,

состава, строения предмета труда);

 функции управления рабочей машиной

 контроль и регулирование (управление, регулирование,

программирование процессов).

Первые три группы функций должны выполняться человеком в каждом

рабочем цикле, т. е. при изготовлении каждого изделия, а контрольно-

регулирующие функции являются внецикловыми и могут выполняться только

периодически.

Замена непосредственных производственных функций человека

техническими средствами есть закон развития производительных сил. Всякий раз,

когда происходит интенсивное замещение тех или иных функций человека в

процессе труда техническими средствами, наблюдаются коренные сдвиги в

развитии производительных сил, что свидетельствует о технической революции.

В конце 18 - начале 19 веков произошла техническая революция, суть которой

заключалась в широком внедрении машин, позволивших перейти от

мануфактурного производства к машинно-фабричному. При этом человек

освобождался от энергетических и технологических функций, но оставался

прикованным к машине, так как должен был участвовать в каждом

производственном цикле, управляя машиной и сохраняя за собой полноценные

функции контроля и настройки.

Первоначально орудие труда - орудие присоединялось к органам

человеческого тела, делая их длиннее, прочнее и т. д. Промышленный переворот,

связанный с распространением машин, начался, как указывал К. Маркс, с

исполнительного механизма, с момента когда инструмент переходил из рук

рабочего в рабочую часть машины. Рабочая машина «заменяет рабочего,

действующего одновременно только одним орудием, таким механизмом, который

действует одновременно многими тождественными или однородными орудиями и

приводится в движение одной движущей силой, какова бы ни была форма

последней». Это также создает возможность использовать внешний источник

энергии (воду, пар или электричество) и значительно увеличить рабочую силу,

освободив себя от энергетических функций.

На этом этапе человек еще принимает непосредственное участие в

производственном процессе. Рабочие машины управляются человеком, а значит,

продукты производятся человеком с помощью машин, которые только облегчают

труд и делают его более производительным.

Итак, первый этап использования рабочих машин, где операции по

управлению, контролю, регулированию и программированию производственных

процессов выполняются исключительно человеком, характеризуется

механизацией производства.

В наше время вновь совершается техническая революция, выражающаяся в

переходе от машинно-фабричного к сложноавтоматизированному производству,

суть которого состоит в повсеместном внедрении автоматических рабочих машин

и их систем. При этом человек полностью освобождается от функций управления

машиной на каждом рабочем цикле; он больше не прикован к машине, которая

работает в течение определенных периодов времени сама по себе. Изделия

производятся самой машиной, а за человеком остаются только функции контроля,

контроля, регулирования и программирования производственного процесса

(внецикловые функции). Этот этап представляет собой уже начальный этап

автоматизации производства.

Новые машины и аппараты облегчают и заменяют физический труд человека,

колоссально увеличивают силу его рук, неизмеримо повышают остроту его чувств.

Однако до недавнего времени почти все, даже самые совершенные, механизмы и

устройства предназначались для выполнения самых разнообразных, но только

исполнительных функций. Область психической деятельности, психика, сфера

логических функций головного мозга человека казались совершенно недоступными

для механизации.

Современный уровень развития радиоэлектроники позволяет ученым и

инженерам ставить и решать задачи создания новых устройств, освобождающих

человека от необходимости контролировать производственный процесс и

руководить им, т. е. заменить оператора, диспетчера. Появился новый класс машин

- машины управления. Они могут выполнять широкий спектр и часто довольно

сложные задачи управления технологическим процессом. Создание управляющих

машин позволяет перейти от автоматизации отдельных машин и агрегатов к

комплексной автоматизации конвейеров, цехов и целых заводов.

Автоматические рабочие машины и системы автоматов можно разделить на

следующие виды.

Автомат — это машина, на которой вся работа многократно выполняется без

участия человека, т. е. автоматически.

Если этот станок является металлорежущим, то он как минимум

автоматически выполняет:

 ввод заготовок в рабочую зону, их ориентация, установка и фиксация;

 все операции по непосредственному воздействию на заготовку, т.е.

обработка;

 все вспомогательные движения рабочих органов (холостые движения

суппортов, столов, салазок, дежурных и т. д.);

 удаление продуктов переработки

 удаление отходов (стружки) из зоны обработки.

При этом человек осуществляет наладку станка, заправку загрузочных

устройств заготовками и необходимыми материалами, периодический контроль

обработки и наладки, а также замену инструмента при его затуплении.

Полуавтомат отличается от автомата тем, что автоматически выполняет

только один рабочий цикл и требует вмешательства рабочего для его повторения.

Например, полуавтоматический металлорежущий станок обычно не имеет

автоматической загрузки, и в начале каждого цикла рабочий должен вручную

устанавливать и закреплять заготовку, запускать станок, а иногда и снимать

обрабатываемое изделие.

Автоматическая линия – это группа автоматов, объединенных общими

транспортными устройствами и общим механизмом управления, или одна машина

с несколькими рабочими положениями, осуществляемыми без участия человека в

определенной технологической последовательности, т. е. с последовательным

перемещением и повторной фиксацией полуфабрикатов. готового изделия в

различных рабочих положениях, совокупность операций той части

производственного процесса, для которой предназначена автоматическая линия.

Здесь человек выполняет только функции настройки, наблюдения и

регулирования, в ряде случаев (пока в большинстве) контроля обработки и

настройки, а также смены инструмента при его затуплении.

прокатные станы

Прокатный стан представляет собой комбинацию привода, зубчатой клети и

одной или нескольких рабочих клетей. Прокатные станы классифицируют по трем

основным признакам: по количеству и расположению валков; по количеству и

расположению рабочих клетей; согласно их назначению.

Двойная мельница имеет два валка, которые вращаются либо в одном

направлении (нереверсивные мельницы), либо в разных направлениях

(реверсивные мельницы). Последний позволяет пропускать обрабатываемый

материал в обоих направлениях.

Мельница quattro имеет два рабочих валка и два опорных валка,

расположенных один над другим. Рабочие валки приводятся в движение.

Многовалковые станы: двенадцативалковые и двадцативалковые также

имеют только два рабочих валка, а все остальные являются опорными. Валки

проходят через промежуточные опорные валки. Такие конструкции мельниц

позволяют использовать рабочие валки малого диаметра, что увеличивает тягу и

снижает давление металла на валки.

Универсальные станы, кроме горизонтальных валков, имеют также

вертикальные, расположенные с одной и обеих сторон от горизонтальных валков.

По расположению рабочих клетей станы могут быть одноклетевыми и

многоклетьевыми с линейным и последовательным расположением клетей. В

линейных станах клети располагаются в одну или несколько линий; в каждой линии

все валки соединены между собой и вращаются с одинаковой скоростью.

Последнее является существенным недостатком этих станов, так как препятствует

значительному увеличению скорости прокатки при увеличении длины

прокатываемой полосы. Поэтому в ряде случаев для повышения

производительности станов клети располагают в несколько линий с разной

скоростью прокатки.

Производительность прокатки можно повысить за счет последовательного

расположения клетей в непрерывных станах. Привод рабочих клетей непрерывных

станов может быть групповым, когда несколько клетей приводятся в движение

одним двигателем, или индивидуальным, когда каждая клеть имеет свой двигатель.

В обоих случаях окружная скорость каждой последующей пары валков должна быть

больше скорости предыдущей на строго определенную величину. На непрерывных

станах возможна прокатка полосы под натяжением, что позволяет увеличить

обжатия. Внедрение непрерывности всего процесса прокатки является одним из

основных направлений технического прогресса в прокатном производстве.

Прокатные станы делятся на станы для производства полуфабрикатов и

станы для производства готовых изделий. К первым относятся обжимные станы

(блюминги и слябинги) для прокатки слитков в крупносортное изделие для

последующей прокатки в прутки или листы и заготовочные станы для получения

полуфабриката из блюминга или слитков малой массы.

Станы для производства готового проката характеризуются по виду

выпускаемой продукции: рельсобалочные, сортовые, листовые, трубные и станы

для специальных видов проката. Размеры блюминговых, слябовых, заготовочных,

рельсовых и сортовых станов определяются диаметром бочки валка; размер

листовых станов - это длина бочки, а размер трубных станов - наружный диаметр

прокатываемых труб.

Литейное оборудование

Форму изготавливают в следующей последовательности: на модельную плиту

устанавливают опоку и на нее укладывают заливочную рамку, высота которой

соответствует степени уплотнения формовочной смеси в форме.

Наливная рама - устройство, устанавливаемое на разливочную опоку или на

соединитель стержневого ящика для получения дополнительного количества смеси

перед ее уплотнением в опоке.

Из бункера формовочная смесь засыпается в опоку и раму, уплотняется,

затем из формовочной смеси извлекается модель. В результате образуется

плесень.

В единичном и мелкосерийном производстве используются координатные

шаблонные плиты, которые устанавливаются на столе формовочной машины.

Модельная плита - плита, образующая разъем формы и несущая на себе

различные части модели, в том числе и литниковую систему, а также служащая для

заполнения одной или парных опочек цельными моделями.

Координатная металлическая пластина имеет большое количество отверстий,

расположенных в определенном порядке, что позволяет быстро установить и

зафиксировать деревянную модель на пластине с помощью штифтов.

В серийном производстве используются металлические шаблонные пластины,

которые изготавливаются вместе с литейными моделями и литниками. На

модельную плиту ставится опока, на которой отливается только одна половина

формы. Также используются двухсторонние модельные плиты, на которых можно

формовать верхнюю и нижнюю полуформы.

Формование с использованием модельных пластин обеспечивает большую

точность и хорошее качество поверхности отливки и является более

производительным.

Стержневые ящики изготавливаются из дерева или металла. Они могут быть

цельными и разъемными.

В коробках могут быть разъемные части (вкладыши). В разъемном

стержневом ящике стержни изготавливаются на пескоструйных машинах. В

верхней половине имеются втулки для продувки смеси. В нижней половине

запрессованы шайбы с вентиляционными отверстиями (отверстия для удаления

воздуха). Верхняя и нижняя части соединены втулками и штифтами.

Формовочная смесь в форме уплотняется различными способами: вручную с

помощью трамбовки и машинами (вдавливанием, встряхиванием, сбрасыванием

комков смеси на высокой скорости пескометом или пескоструйной машиной). Кроме

того, форму изготавливают путем заливки в опоку жидкого формовочного песка с

последующим его затвердеванием. Формовочная смесь уплотняется прессованием

различными способами, в зависимости от размеров и сложности модели:

 модель с нижним прессованием;

 блок верхнего прессования;

 прессование диафрагмы;

 вдавливание резины под действием сжатого воздуха;

 дифференциальное прессование (вдавливание большого количества

колодок в смесь с разным усилием) и др.

Выбор метода прессования зависит от конфигурации модели и требований к

равномерному уплотнению смеси возле модели. Чаще для уплотнения смеси в

низких опоках применяют прессование, так как при формовании высоких опочек

обеспечить равномерное уплотнение затруднительно.

Более частое встряхивание уплотняет смеси в высоких формах. При таком

способе уплотнения легче делать формы с высокими ребрами и полостями, так как

частицы смеси хорошо подвижны при встряхивании.

Суть уплотнения смеси заключается в следующем. Формовочный стол

поднимается сжатым воздухом. На нее устанавливается модельная плита и колба

с рамкой; насыпать формовочную смесь в опоку; выключить воздух, и стол падает

вниз, ударяясь о станину. Верхний слой песка оказывает давление на нижние слои,

в результате чего песок вокруг модели становится более уплотненным. Эта

операция повторяется автоматически несколько раз. Верхняя часть формы

недостаточно уплотнена, поэтому часто применяют ее дополнительное уплотнение

прессованием.

Смеси уплотняют пескометом в средних и больших формах, так как этот

способ обеспечивает одновременное заполнение опоки смесью и ее уплотнение.

Процесс уплотнения смеси с помощью пескомета заключается в следующем.

Формовочный песок по транспортеру поступает в песколовочную головку, где

подхватывается лопастью, закрепленной на вращающемся диске. Лезвие образует

комок и с силой выбрасывает его в флягу через отверстие в головке пескомета.

Смесь у модели по сечению колбы уплотняется равномерно. Головка пескомета

перемещается с помощью втулки в районе фляги. Большим метателем песка

управляет рабочий, сидящий на сиденье рядом с головкой метателя песка.

Формовочная смесь подается на конвейер из бункера или отделения подготовки

песка.

Песко-выдувные машины, используемые для небольших форм, обеспечивают

высокую производительность и равномерное уплотнение. В камеру из бункера

засыпается порция смеси, после чего камера закрывается заслонкой и подается

сжатый воздух. Смесь «выстреливают» в колбу, установленную на шаблонной

пластине.

При ручном извлечении модель сначала отодвигается, затем вынимается из

формы с помощью ввернутого в нее болта. При машинном формовании модель

извлекается из формы путем вибрации. Этот метод обеспечивает большую

точность формы.

По способу извлечения модели из формы различают следующие конструкции

машин.

Машины с штифтовым подъемом опоки

При этом модельная пластина с моделью остается на месте, а штифты

поднимают колбу. В машинах с откидными тарелками опока остается на месте, а

модельная тарелка с моделью опускается. Так модели снимаются на станках для

формовки колб. Для снятия модели с нижней половины пресс-формы чаще

применяют машины с поворотной плитой. После уплотнения формы ее крепят к

шаблонной плите и поворачивают на 180°. Затем опоку отпускают, опускают или

поднимают модель.

Изготовление форм в опоках на станках

Для удаления пыли модельную плиту продувают воздухом, затем

сбрызгивают керосином или маслом, чтобы формовочная смесь не прилипала к

модели. После этого на плиту устанавливается нижняя колба. Опока заполняется

формовочной смесью из бункера, и песок уплотняется в форме. Излишки смеси

после уплотнения срезают линейкой, на полуформу устанавливают щиток.

Полуформу вместе со щитком поворачивают на 180° и, приподняв модельную

плиту или опустив опоку, модель вынимают.

Верхняя полуформа формируется с помощью модельной плиты. На

шаблонную плиту устанавливают верхнюю опоку и модель стояка. Затем повторить

все формовочные операции. Модели снимаются с формы, после чего полуформа

снимается с машины с помощью подъемника.

В нижнюю полуформу помещается стержень. Форма продувается сжатым

воздухом для удаления с нее пыли и накрывается верхней половиной формы. Обе

половины формы закрепляют скобами или на форму кладут груз так, чтобы опока

не поднималась в период заливки ее металлом. Форма устанавливается на

конвейер и подается к месту заливки.

Безопочное формование

Такая формовка на полуавтоматах широко используется для изготовления

мелких отливок (300 форм в час). Формовочная смесь готовится из расчета

обеспечения высокой прочности и газопроницаемости форм. Формовочная смесь

засыпается в бункер, из которого сжатым воздухом выливается в рабочую емкость.

С одной стороны бака имеется подвижная модельная плита, перемещаемая

штоком цилиндра; с другой стороны - поворотная модельная плита; боковые стенки

пластины ограничены стенками кассеты. Формовочная смесь уплотняется при

перемещении модельной плиты. После уплотнения формы рамка вместе с

поворотной плитой отодвигается, а модель снимается с половины формы.

Табличка модели поднимается. Затем уплотненная половина формы

перемещается стержнем, в результате чего получается безопочная стопка. Шток

вместе с подвижной пластиной возвращается в исходное положение и извлекается

из полуформы. После этого все операции повторяются. Формы заливаются жидким

металлом, после чего происходит затвердевание формы, ее разрушение и

извлечение отливки.

Сварочное производственное оборудование. Оборудование для

нанесения износостойких и термостойких покрытий

Для нанесения износостойких и термостойких покрытий применяют наплавку

и металлизацию.

Наплавка – это процесс, при котором на поверхность детали наносится слой

металла необходимого состава. Наплавку применяют при ремонте изношенных

деталей для восстановления их первоначальных размеров и для изготовления

новых изделий (например, для получения биметаллических деталей, когда на

поверхность наплавляют износостойкий, жаропрочный или другой специальный

сплав из конструкционной стали). Масса наплавленного металла обычно не

превышает нескольких процентов от общей массы изделия. Проникновение

основного металла и смешивание основного и наплавленного металлов должны

быть минимальными для сохранения механических свойств наплавленного слоя.

Сваривать можно разными способами. Основные виды наплавки

определяются используемыми источниками тепла. Чаще всего для наплавки

применяют различные виды электродуговой сварки. Электродуговая сварка может

быть ручной, автоматической и полуавтоматической.

Ручная дуговая сварка металлическими электродами

Этот вид наплавки самый простой, позволяющий направлять его на детали

любой формы.

К механизированным способам наплавки относятся автоматический,

полуавтоматический, электрошлаковый.

Автоматическая сварка под флюсом

При наплавке под флюсом образуется достаточно большой объем ванны

жидкого флюса и металла. Для предотвращения стекания жидкого металла и

флюса место сварки должно располагаться в нижнем положении. Крупные детали

свариваются многодуговой сваркой, при этом один рабочий одновременно

управляет несколькими устройствами, каждое из которых обрабатывает

определенный участок изделия.

Многоэлектродная наплавка применяется при одновременном плавлении

нескольких электродных проволок, подключенных к одному полюсу источника тока

и расположенных поперек оси наплавляемого валика. Под флюсом создается одна

общая сварочная ванна, и электроды проплавляются поочередно. Вместо

электродной проволоки в качестве присадочного материала можно использовать

ленту малой толщины и большой ширины. Дуга, идущая от одного края ленты к

другому, равномерно оплавляет ее конец. Коэффициент наплавки больше, а

глубина проплавления и доля основного металла меньше.

Электрошлаковая сварка

Этот вид сварки применяют, когда необходимо сварить большое количество

металла, например, для восстановления изношенных деталей с помощью

электрода сложной формы.

Преимуществом электрошлаковой наплавки является ее производительность,

малая склонность наплавленного слоя к образованию пор и трещин, высокое

качество поверхности наплавки. Толщина наплавленного слоя не менее 20 мм.

Наплавка ТВЧ.

Для наплавки применяют индукционный нагрев ТВЧ. с присадочным

металлом, который предварительно наносят на поверхность изделия в виде смеси

порошков, литого кольца или прессованного брикета, либо расплавляют в

огнеупорной воронке, расположенной над свариваемой деталью.

Дуговая наплавка неплавящимся электродом (угольным или графитовым)

Такая наплавка применяется в основном для твердых гранулированных и

порошковых сплавов.

Дуговая наплавка вольфрамовым электродом в защитных газах (аргон)

Для этого метода используются сварочные горелки TIG и литые присадочные

прутки (обычно сплавы никеля и кобальта). Таким образом достигается очень

малая глубина проникновения и наносятся тонкие слои.

Помимо вышеперечисленных способов, существует еще множество видов

наплавки с использованием других источников тепла: плазменно-дуговой, газово-

пламенной, плавящимся электродом в защитном газе, порошковой проволокой и

пластинчатым электродом.

Металлизация

Металлизация заключается в нанесении металлического покрытия на

поверхность изделия путем нанесения на нее жидкого пылевидного

металлического покрытия, распыляемого газовой струей.

Процесс металлизации заключается в подаче металлической проволоки к

источнику нагрева. Проволока нагревается до плавления, и жидкий металл под

давлением сжатого воздуха вылетает из сопла металлизатора с большой

скоростью в виде распыленных капель, которые ударяются о поверхность детали

и, соединяясь с ней, образуют слой покрытия.

В зависимости от применения источников тепла различают металлизацию:

дуговую, газовую, плазменную и др. При дуговой металлизации применяют

специальные аппараты металлизации.

Токарные станки и полуавтоматы. Одношпиндельный токарно-

револьверный автомат модели 1Б140

Автоматами называются такие станки, на которых после их наладки все

движения, связанные с циклом обработки детали, а также загрузкой заготовки и

выгрузкой обрабатываемой детали, выполняются без участия рабочего. На

полуавтоматических станках рабочий выполняет установку новой заготовки и

снятие готовой детали.

Токарные автоматы и полуавтоматы могут быть универсальными и

специализированными, горизонтальными и вертикальными, одношпиндельными и

многошпиндельными.

Одношпиндельные токарные станки делят на револьверные, фасонно-

режущие и фасонно-продольные.

В универсальном исполнении одношпиндельные токарно-револьверные

автоматы имеют шестипозиционную револьверную головку и поперечные

суппорты.

На токарно-револьверном станке 1Б140 в условиях крупносерийного и

серийного производства детали сложной формы обрабатывают несколькими

последовательно или параллельно рабочими инструментами.

Характеристика машины

Машина характеризуется следующими свойствами:

 наибольший диаметр обрабатываемого прутка 40 мм;

 наибольший диаметр нарезаемой резьбы:

 в стальных частях - М24;

 в латунных деталях - М32;

 наибольшая длина подачи прутка на одно включение - 100 мм;

 наибольший ход башни - 100мм;

 время изготовления одной детали 10,1 - 608,3 с;

 ограничения скорости шпинделя:

 при левом вращении 160 - 2500 об/мин;

 с правым 63 — 1000 об/мин;

 наименьшее и наибольшее расстояние от торца шпинделя до

револьверной головки - 75 - 210 мм;

 мощность электродвигателя – 5,5 кВт;

 габаритные размеры 1900' 890' 1500 мм.

Принцип работы машины

Обрабатываемый пруток пропускают через направляющую трубу и фиксируют

в шпинделе станка цанговым зажимом. Инструмент закреплен в револьверной

головке. Револьверные инструменты служат для обработки наружных

поверхностей, обработки отверстий и нарезания резьбы, поперечные суппорты

обрабатывают фасонные поверхности, нарезают торцы, снимают фаски и отрезают

готовые детали, а продольные штангенциркули выполняют конусную токарную

обработку и другие операции.

Сверлильные и расточные станки. Координатно-расточной станок

модель 2А450

Координатно-расточной станок модели 2А450 предназначен для обработки

отверстий с точным расположением осей, размеры между которыми заданы в

прямоугольной системе координат.

Наряду с растачиванием на станке при необходимости могут выполняться

сверление, тонкое (чистовое) фрезерование, разметка и проверка линейных

размеров, в частности межосевых расстояний.

С помощью поворотных столов и других принадлежностей, поставляемых со

станком, можно также обрабатывать отверстия, заданные в системе координат,

наклонные и взаимно перпендикулярные отверстия, токарные торцевые плоскости.

Станок подходит как для работы в инструментальных цехах (обработка

кондукторов и арматуры), так и в производственных цехах для точной обработки

деталей без специального оборудования.

Станок оснащен оптическими экранными отсчетными устройствами,

позволяющими считать целые и дробные части координатного размера в одном

месте.

В нормальных условиях эксплуатации станок обеспечивает точность

установки межцентровых расстояний: в прямоугольной системе координат - 0,004

мм.

Перед тем, как приступить к установке машины, подключению к электросети и

работе на ней, следует внимательно изучить соответствующие разделы данного

руководства.

Резьбонарезные и зуборезные станки. Зубофрезерный

полуавтомат 5Д32

Станок предназначен для нарезания цилиндрических зубчатых колес с

прямыми и косыми зубьями. Кроме того, этот станок может нарезать червячные

колеса как с радиальной, так и с тангенциальной подачей. При наличии на станке

специального инструмента можно нарезать шестерни с внутренним зацеплением.

Также на этом станке можно нарезать методом приработки и другие детали

зубчатых колес.

Станки для обработки балок

Электронно-лучевая обработка основана на использовании кинетической

энергии сфокусированного электронного луча. Большие электронные пучки

сообщаются электронам с использованием высоких ускоряющих напряжений в

среде с достаточным вакуумом. Суть процесса заключается в испарении вещества

из зоны контакта электронного луча.

Электронно-лучевая обработка используется для вырезания микродиодов,

изготовления тонких пленок и сеток из медной фольги и т. д. С помощью этой

обработки можно получить очень маленькие отверстия и узкие щели до 0,01 мм.

Схема электронно-лучевой обработки состоит из электронной пушки, в

которой формируется мощный электронный пучок, вакуумной или рабочей камеры

(вместе с устройствами точного позиционирования и перемещения заготовки),

вакуумных насосов, схемы управления, управляющей электронным пучком и его

траектории, высоковольтный источник питания, устройства контроля и наблюдения

за процессом. Для уменьшения энергии, рассеиваемой в материале детали,

используется импульсный режим работы.

Промышленные роботы

Робототехника — относительно новая, бурно развивающаяся и очень

перспективная область науки и техники. Робот, являющийся одним из основных

объектов изучения в этой науке, представляет собой универсальный автомат для

воспроизведения двигательных и интеллектуальных функций человека. Именно

создание промышленных роботов и станков с числовым программным

управлением сделало реальностью осуществление главной мечты человечества в

области материального производства - создание гибкого автоматизированного

производства.

Среди всего многообразия роботов важным классом являются роботы-

манипуляторы. Специфика роботов-манипуляторов, особым видом которых

являются промышленные роботы, связана с наличием манипулятора - его

исполнительного органа.

Практической целью создания роботов была передача им тех видов

деятельности, которые являются трудоемкими, тяжелыми, монотонными,

вредными для здоровья и жизни человека:

 вспомогательные производственные операции: погрузка и разгрузка

установок, станков, полуавтоматов;

 основные производственные операции: сварка, покраска, резка, сборка

и др.;

 работа в так называемых экстремальных условиях: под водой, в

космосе, в радиоактивных и токсичных средах, а также в средах с

газообразной средой и температурным режимом, неприемлемыми для

человека.

Роботы, предназначенные для выполнения двигательных и управляющих

функций в производственном процессе, называются промышленными. Именно

необходимость решения производственных задач обеспечила бурное развитие

исследований в области робототехники и роботопроизводства на протяжении почти

полувека.

Промышленные роботы отличаются от традиционных средств автоматизации

своей универсальностью, возможностью их быстрой переналадки, что позволяет

создавать робототехнические комплексы, быстроадаптируемые гибкие

производственные системы (ГПС), гибкие автоматизированные производства

(ФАП) на базе универсального оборудования. Создание ГАП в настоящее время

рассматривается как одно из основных направлений развития современного

машиностроения.

Сложность промышленного робота как объекта исследования и

проектирования, необычно высокие требования, предъявляемые к нему как к

системе автоматического манипулирования, заключаются в следующем:

максимальная погрешность движения рабочего органа соизмерима с такой же

характеристикой самой точные станки с гораздо большими перемещениями и

числом степеней свободы. В то же время для удовлетворительной работы скорость

должна быть на порядок выше. Поэтому изучение вопросов строения, кинематики

и динамики является очень важной частью разработки и практического

использования исполнительных механизмов промышленных роботов в качестве

объекта управления.

Промышленные роботы и манипуляторы

Промышленный робот — автомат, состоящий из манипулятора и устройства

программного управления его движением, предназначенный для замены человека

при выполнении основных и вспомогательных операций в производственных

процессах.

Манипулятор представляет собой совокупность пространственного рычажного

механизма и приводной системы, которая под управлением программируемого

автоматического устройства или человека-оператора выполняет действия

(манипуляции), аналогичные действиям руки человека.

Цель и сфера применения

Промышленные роботы предназначены для замены человека при выполнении

основных и вспомогательных технологических операций в процессе

промышленного производства. При этом решается важная социальная задача -

освобождение человека от работ, связанных с вредом для здоровья или тяжелым

физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих

высокой квалификации. Гибкое автоматизированное производство, созданное на

базе промышленных роботов, позволяет решать задачи автоматизации на

предприятиях с широкой номенклатурой выпускаемой продукции в мелкосерийном

и штучном производстве.

Копировальные манипуляторы, управляемые человеком-оператором,

необходимы при выполнении различных работ с радиоактивными материалами.

Кроме того, эти устройства незаменимы при выполнении работ в космосе, под

водой, в химически активных средах. Таким образом, промышленные роботы и

копировальные манипуляторы являются важными составляющими современного

промышленного производства.

Принципиальное устройство промышленного робота

По своему функциональному назначению манипулятор промышленного

робота должен обеспечивать перемещение выходного звена и закрепленного в нем

объекта манипулирования в пространстве по заданной траектории и с заданной

ориентацией. Для полного удовлетворения этого требования основной рычажный

механизм манипулятора должен иметь не менее шести движений, причем

движение по каждому из них должно быть контролируемым.

Промышленный робот с шестью подвижностями представляет собой сложную

автоматическую систему. Эта система сложна как в изготовлении, так и в

эксплуатации. Поэтому в реальных конструкциях промышленных роботов часто

используются механизмы с менее чем шестью подвижностями. Самые простые

манипуляторы имеют три, редко два подвижности. Такие манипуляторы намного

дешевле в производстве и эксплуатации, но предъявляют специфические

требования к организации рабочей среды. Эти требования связаны с заданной

ориентацией объектов манипуляции относительно механизма робота. Поэтому

оборудование должно располагаться относительно такого робота с необходимой

ориентацией.

Рассмотрим, например, структурную и функциональную схемы

промышленного робота с трехподвижным манипулятором. Основной механизм

руки манипулятора состоит из неподвижного звена 0 и трех подвижных звеньев 1,

2 и 3.

Механизм этого манипулятора соответствует цилиндрической системе

координат. В этой системе звено 1 может вращаться относительно звена

0.(относительное угловое перемещение 10), звено 2 перемещается вертикально

относительно звена 1 (относительное линейное перемещение S 21), а звено 3

перемещается в горизонтальной плоскости относительно звена 2 (относительное

линейное перемещение S 32).

На конце звена 3 закреплено захватное устройство или захват,

предназначенный для захвата и удержания объекта манипуляции при работе

манипулятора. Звенья основного рычажного механизма манипулятора образуют

между собой три одноподвижные кинематические пары (одну вращательную А и

две поступательные В и С) и могут обеспечивать перемещение объекта в

пространстве без управления его ориентацией.

Для выполнения каждого из трех относительных движений манипулятор

должен быть оснащен приводами, которые состоят из двигателей с редуктором и

системой датчиков обратной связи. Так как движение объекта осуществляется по

заданному закону движения, то в системе должны быть устройства, хранящие и

задающие программу движения, которые мы будем называть носителями

программы.

При управлении от компьютера такими устройствами могут быть дискеты,

компакт-диски, магнитные ленты и т. д. Преобразование заданной программы

движения в сигналы управления двигателем осуществляется системой

управления. Эта система включает в себя компьютер с соответствующим

программным обеспечением, цифро-аналоговые преобразователи и усилители.

Система управления в соответствии с заданной программой формирует и выдает

управляющие воздействия ui на исполнительные механизмы приводов

(двигателей). Для хПри необходимости он корректирует эти эффекты по сигналам

i, поступающим к нему от датчиков обратной связи.

Классификация промышленных роботов

Промышленные роботы классифицируются по следующим критериям:

 по характеру выполняемых технологических операций: основные,

вспомогательные, универсальные;

 по видам производства: литейные, сварочные, кузнечно-прессовые,

механообрабатывающие, сборочные, покрасочные, транспортно-складские;

 по системе координат руки манипулятора: прямоугольная, цилиндрическая,

сферическая, сферическая угловая (угловатая), другие;

 по количеству движений манипулятора;

 по грузоподъемности: сверхлегкие (до 10 Н), легкие (до 100 Н), средние (до

2000 Н), тяжелые (до 10000 Н), сверхтяжелые (свыше 10000 Н);

 по типу силового привода: электромеханический, пневматический,

гидравлический, комбинированный;

 по подвижности основания: мобильные, стационарные;

 по типу программы: с жесткой программой, перепрограммируемая,

адаптивная, с элементами искусственного интеллекта;

 по характеру программирования: позиционные, контурные,

комбинированные.

Структура манипуляторов. Геометрические и кинематические характеристики

Структурная формула представляет собой математическую запись

структурной схемы манипулятора, содержащую информацию о количестве его

подвижностей, типе кинематических пар и их ориентации относительно осей

базовой системы координат (системы, связанной с неподвижным звеном) .

Движения, которые обеспечивает манипулятор, делятся на:

 глобальные (для роботов с подвижной базой) - перемещения стойки

манипулятора, значительно превышающие габариты механизма;

 региональные (транспортные) - движения, обеспечиваемые первыми тремя

звеньями манипулятора или его «рукой», величина которых сопоставима с

размерами механизма;

 местные (ориентировочные) - движения, обеспечиваемые звеньями

манипулятора, образующими его «кисть», величина которых значительно

меньше размеров механизма.

В соответствии с этой классификацией движений в манипуляторе можно

выделить два участка кинематической цепи с различными функциями: механизм

руки и механизм руки.

Под «рукой» понимается та часть манипулятора, которая обеспечивает

перемещение центра ключа — точки М (краевые движения ключа); под «кистью» -

те звенья и пары, которые обеспечивают направленность хвата (локальные

движения хвата).

Блок-схема механизма является его графическим изображением, на котором

показаны стойки, подвижные звенья, кинематические пары и их взаимное

расположение. Графическое изображение элементов схемы выполняется с учетом

принятых условных обозначений.

Кинематическая цепь – это система звеньев, образующих друг с другом

кинематические пары. Цепь, в которой каждое звено входит не более чем в две

кинематические пары, называется простой. Открытой называется такая

кинематическая цепь, в которой имеются звенья, входящие только в одну

кинематическую пару.

Рассмотрим блок-схему антропоморфного манипулятора, то есть схему,

которая в первом приближении соответствует механизму руки человека. Этот

механизм состоит из трех подвижных звеньев и трех кинематических пар: двух

трехподвижных шаровых A3sf и C3sf и одной одноподвижной вращательной B1v.

Кинематические пары манипулятора характеризуются:

 наименование или обозначение КП - заглавная буква латинского

алфавита (А, В, С и т. д.);

 звенья, образующие пару (0/1,1/2 и т. д.);

 относительное перемещение звеньев в паре (для одиночных

подвижных пар - вращательное, поступательное и винтовое);

 подвижность ЦД (для младших пар от 1 до 3, для старших пар от 4 до

5);

 ось ориентации оси КМ относительно осей базовой или локальной

системы координат.

Рабочее пространство манипулятора представляет собой часть пространства,

ограниченную поверхностями, огибающими множество возможных положений его

звеньев. Зона обслуживания манипулятора – это часть пространства,

соответствующая множеству возможных положений центра захвата манипулятора.

Зона обслуживания является важной характеристикой манипулятора. Он

определяется конструкцией и системой координат руки манипулятора, а также

конструктивными ограничениями, накладываемыми на относительные

перемещения звеньев в КС.

Промышленный робот CM40F2.80.01

Промышленный робот с программным управлением предназначен для

загрузки деталей типа тел вращения в стенки с горизонтальной осью шпинделя.

Обширная рабочая площадь более 30 м2 позволяет обслуживать группу машин в

линейном или линейно-параллельном расположении.

Привод ПР - электрогидравлический шаговый. Система координат угловая.

PR оснащен быстросменными самоцентрирующимися захватами широкого

диапазона. На позициях вспомогательных устройств имеется специальный датчик

для определения положения заготовок. Для обеспечения безопасности

эксплуатации оборудования предусмотрено светозащитное устройство.

Технические характеристики:

 грузоподъемность - 40 кг;

 количество степеней подвижности (без захвата) - 1;

 наибольший диаметр и длина транспортируемых заготовок - 250 и 1200

мм;

 максимальные линейные перемещения - 1900 мм;

 углы поворота плеча и локтя – 900;

 наклон захватного устройства - 1800;

 максимальная скорость движения рабочих органов - 0,8 м/с;

Основные механизмы, движения ПР

PR имеет портальную компоновку. Опорная система представляет собой

траверсу, состоящую из двух монорельсовых секций длиной по 6000 мм каждая,

закрепленных на трех колоннах. К траверсе крепятся рельсы прямоугольного

сечения, по которым движется каретка. Две группы роликов (по три штуки в каждой)

охватывают верхнюю направляющую, а пара роликов опирается сбоку на нижнюю

направляющую. К базовой поверхности каретки прикреплены рычаг и

гидравлическая панель. Рука изготовлена сваркой и состоит из плеча и локтя.

Голова робота закреплена на базовом фланце колена, на переднем конце

шпинделя которого имеется байонетная скоба для крепления захвата.

Назначения и классификация станков-автоматов

Автоматическими производственными линиями называют станки и агрегаты,

соединенные в единую систему, в которой весь комплекс технологических

процессов протекает без непосредственного участия рабочего; последний только

контролирует и регулирует оборудование.

Областью применения автоматических линий является серийное

производство изделий, устойчивых по конструкции. Их применяют в различных

отраслях машиностроения с достаточно широким спектром операций: сверлильно-

расточных, нарезания резьбы, токарных, фрезерных, шлифовальных,

зубонарезных, а также кузнечных, литейных, сварочных и термических.

Автоматические линии могут включать в себя агрегаты, выполняющие сборочные

операции, нанесение антикоррозионных покрытий, взвешивание, упаковку и другие

вспомогательные работы.

Автоматические линии классифицируют по ряду признаков

1. В зависимости от величины штучного выхода деталей применяют

однопоточные линии (последовательного действия) и многопоточные линии

(параллельно-последовательного действия).

2. По типу машин различают автоматические линии, устроенные из

специально построенных для этой линии машин; агрегатные машины;

универсальные станки, специально модернизированные и

автоматизированные для интеграции в автоматическую линию.

3. По способу передачи заготовок от станка к станку различают линии: со

сквозной транспортировкой с проходом детали через зажимные узлы

(используются при обработке корпусных деталей на модульных станках); с

верхним транспортом; с боковым транспортом; при комбинированной

перевозке; с роторным конвейером, используемым в ротационных линиях.

Детали транспортируются от станка к станку своим ходом или, если они

необходимы для перевозки по всей комплектации, на специальных плитах-

спутниках.

4. По расположению оборудования различают закрытые и открытые

автоматические линии. Замкнутые линии бывают круглыми (машины-

комбайны) и прямоугольными. Большинство автоматических линий имеют

открытое расположение оборудования: прямолинейное, Г-образное, П-

образное и др.

Детали, подлежащие обработке на автоматических линиях, должны быть,

прежде всего, технологичными. Заготовки для них должны иметь удобные

основания для установки и фиксации в креплениях. Конструкция детали должна

отвечать требованиям ритмичности обработки, т. е. обеспечивать примерно равное

время выполнения отдельных операций.

В процессе обработки заготовок целесообразно иметь наименьшее

количество перестановок и перезажимов, производить максимально возможное

сочетание операций, не связанных, однако, с применением очень сложного

комбинированного инструмента.

Режущий инструмент выбирают в соответствии с технологией обработки.

Обычно используется обычный или специальный инструмент: однолезвийный,

многолезвийный, а также комбинированный в виде целых блоков.

Важным фактором, от которого может зависеть рентабельность

автоматической линии, является режим обработки и стойкость инструмента. Так как

количество одновременно работающих инструментов на линии велико, выход из

строя одного из них, замена или ремонт приводит к остановке всего

автоматизированного участка. Оптимальная стойкость инструмента и,

следовательно, режимы резания устанавливаются опытным путем; намечаются

возможности расчета этих факторов. В существующих автоматических линиях

режимы резания задаются таким образом, чтобы инструмент работал без

переточки всю смену, а в некоторых случаях только до обеденного перерыва, во

время которого можно заменить затупившийся инструмент.

Металлорежущие станки — это технологические станки, на которых заготовки

обрабатываются резанием. Процесс резания состоит из рабочего и холостого

ходов.

Автоматическая линия представляет собой совокупность взаимосвязанных и

автоматически управляемых станков, механизмов управления и транспортных

устройств, работающих согласованно по принципу поточного производства, с

помощью которых детали обрабатываются по заданному технологическому

процессу без участия рабочий.

Автоматическим линиям предшествовали многопозиционные автоматы и

многопозиционные модульные станки. На этих станках можно выполнять несколько

различных операций по обработке детали. В связи с тем, что сложность

изготавливаемых деталей всегда связана с разнообразием операций, требуется и

более сложная конструкция многопозиционных автоматов и модульных станков.

Это вызывает значительное удорожание их изготовления, что экономически

нецелесообразно, в связи с чем возникла необходимость перехода от

многопозиционных станков к автоматическим линиям. В автоматических линиях

количество операций, выполняемых при обработке, может быть значительным; это

зависит от конструкции детали и процесса ее обработки.

Система автоматических металлорежущих станков, связанных

автоматическими и транспортными устройствами и единой системой управления,

называется автоматической линией.

Автоматическая линия состоит из автоматов, автоматически движущегося

конвейера, служащего для перемещения заготовок и возврата приспособлений в

исходное положение, механизмов фиксации и зажимных приспособлений

накопительной и подающей линий, механизмов поворота заготовок при

необходимости в соответствии с технологическим процессом. состояние устройств

очистки линии от стружки, аппаратура автоматического управления линией.

В зависимости от назначения автоматические линии различаются по

конструкции и конструкции. Автоматические линии классифицируют как по наличию

и расположению загрузочных и бункерных устройств, так и по принятой системе

транспортировки заготовок.

По наличию и расположению загрузочных и бункерных устройств

автоматические линии классифицируют на три основных типа.

Автоматические линии, не имеющие бункерных устройств, являются

прямоточными. Как правило, эти линии используются для обработки

крупногабаритных деталей, таких как коробки передач, блоки цилиндров и т. д.

Здесь заготовка устанавливается и закрепляется рабочим на конвейере или в

приспособлении, затем с помощью конвейера последовательно перемещается из

одного рабочего положения в другое на расстояние t между позициями (1 - 8), на

которых заготовка обрабатывается. Снятие готовой детали с конвейера может

производиться автоматически или вручную.

Бункерно-поточная автоматическая линия и автоматическая поточная линия с

приемниками-накопителями, предназначенными для запасов не полностью

обработанных деталей. Эти машинные линии отличаются от бесбункерных тем, что

вся линия разделена на отдельные участки, между которыми размещены

промежуточные приемники-накопители запасов не полностью обработанных

деталей.

Бункерная автоматическая линия, состоящая из машин 1, 2, 3, 4 и 5 с

автоматической подачей бункера Б, соединенных автоматическими конвейерами.

Недостатком автоматических линий, не имеющих промежуточных бункерных

устройств, является то, что при выходе из строя одного из агрегатов

останавливается вся линия. А при наличии бункерной системы в автоматических

линиях при отказе одного из узлов остальные секции продолжают работу за счет

наличия запасов заготовок в промежуточных бункерах.