Автоматизация процессов обработки и сборки

Автоматизация может производиться на базе универсального, специ­ального или специализированного оборудования. Универсальное обору­дование предназначено для определенного вида обработки практически неограниченной номенклатуры деталей (узлов) и снабжено устройства­ми для довольно широкого диапазона регулирования режимов обра­ботки.

Специальное оборудование предназначено для выполнения одной или нескольких определенных операций по какой-либо конкретной де­тали (узлу). Режимы обработки на специальном оборудовании выбира­ются из соображений максимальной производительности, а устройства регулирования режимов, как правило, отсутствуют. Степень автомати­зации специального оборудования выше, чем универсального, поскольку полная автоматизация универсального оборудования сложна и обычно экономически не оправдана. Вследствие этого производительность спе­циальных станков в среднем в 3 раза, а в отдельных случаях в 5—10 раз выше, чем универсальных.

Недостатками специального оборудования являются длительность проектирования, изготовления и отладки, высокая стоимость, а также невозможность использования его при смене объекта производства. Вследствие этих недостатков применение специального оборудования экономически целесообразно лишь в крупносерийном и массовом про­изводстве.

В отличие от универсального специализированное оборудование приспособлено для выполнения не определенного процесса обработки, а определенного типа операций (например, не просто фрезерования, а фрезерования фасонного контура). С другой стороны, в отличие от специального специализированное оборудование предназначено для обработ­ки группы однотипных деталей с довольно широким диапазоном разме­ров. Это дает возможность полной загрузки его в условиях мелкосерий­ного производства и использования при смене объекта производства.

По производительности и степени автоматизации специализирован­ное оборудование находится на уровне специального. В то же время за счет сборки его из стандартных и нормальных узлов и агрегатов, выпу­скаемых в большом количестве на специальных заводах, можно снизить его стоимость в 2—3 раза и сроки изготовления в 6—8 раз по сравне­нию со специальным оборудованием.

Для того чтобы оборудование могло самостоятельно выполнять про­цессы обработки или соединение собираемых деталей, нужно автомати­зировать управление:

а) перемещением инструмента относительно заготовок или деталей;

б) включениями, переключениями и остановами цепей привода;

в) физическими параметрами рабочих процессов, например величи­ной и длительностью импульса тока при точечной сварке, плотностью тока при нанесении гальванических покрытий, температурой при термо­обработке и т. д.

Выпускаемое оборудование, как правило, снабжено необходимыми устройствами и приборами для управления физическими параметрами процессов. Величину параметров устанавливают при настройке оборудо­вания на выполнение заданной операции. Поэтому в дальнейшем основ­ное внимание уделяется системам автоматического управления различ­ного рода перемещениями и переключениями, применяемыми в процес­сах обработки или сборки.

Траектория, скорость и последовательность перемещений рабочих органов оборудования (суппорта, сварочной головки и т. п.) определяют­ся программой, которая разрабатывается на основе принятого техноло­гического процесса обработки или сборки. В разных видах и формах программа представлена практически во всех системах автоматического управления работой оборудования, применяемых в производстве само­летов, и с этой точки зрения эти системы можно рассматривать как си­стемы программного управления.

Краткая классификация систем программного управления

По характеру траектории управляемых рабочих органов различают позиционные, ступенчатые и контурные системы.

В позиционных системах стол с закрепленной на нем заготовкой или головку с обрабатывающим инструментом устанавливают в ряд задан­ных положений в плоской или пространственной системе координат, оп­ределяемых местами обработки (сверление отверстий, постановка свар­ных точек и т. п.). Траектория перемещения стола от одного заданного положения к другому может быть произвольной и выбирается из сооб­ражений обеспечения минимального суммарного времени всех переме­щений.

Позиционные системы используются в автоматизированных сверлильно-зенковальных установках, а также в установках для точечной сварки и в координатно-расточных станках.

Ступенчатые системы отличаются от позиционных определенной траекторией перемещения рабочих органов, состоящей из отрезков пря­мых (ступенек) в соответствии с конфигурацией обрабатываемой поверх­ности. Скорость перемещения рабочих органов определяется режимами обработки (например величиной минутной подачи).

Ступенчатые системы применяются при автоматизации токарных, револьверных и фрезерных станков с целью обработки ступенчатых по­верхностей.

Контурные системы, применяемые при обработке криволинейных по­верхностей, могут быть двух-, трех-, четырех и пятикоординатными. Двухкоординатные автоматически управляют перемещением инстру­мента по любой кривой, расположенной в координатной плоскости обо­рудования, а трехкоординатные — по любой пространственной кривой. В четырех - и пятикоординатных системах дополнительно определя­ется положение оси инструмента в пространстве. Например, в пятикоординатной системе станка ФП-10 определяется положение вершины фрезы (три координаты), а также углы ее наклона аир (рис. 19).

Контурные системы значительно сложнее пози­ционных и ступенчатых.

По способу задания программы различают копирные и числовые системы. В копирных системах перемещения рабочих органов определяются натурными источниками размеров:

а) системой упоров, производящих необходимые переключения;

б) кулачками;

в) копирами;

г) чертежом.

Рис. 19. К определению положения углов наклона оси фрезы на станке ФП-10

Рис. 20. Структурная схема разомкнутой системы:

1—программа; 2—считывающее уст­ройство; 3—преобразующее устрой­ство; 4—исполнительное устройство

В числовых системах программа задается в виде выраженных раз­личным способом числовых величин и фиксируется набором на устрой­ствах коммутаторного типа или записью на программоносителе (перфо­ленте, магнитной ленте и т. п.).

По способу задания программы числовые системы подразделяются на аналоговые (моделирующие) и импульсные. В аналоговых систе­мах программируемые параметры обработки (координаты, величины пе­ремещений и т. д.) выражаются аналогами — физическими величинами, но природе своей отличными от программируемых величин; напряжени­ем, сдвигом фаз, длиной размерной шкалы и др. Аналоговые системы работают по принципу сравнения величин аналогов, заданных програм­мой, с аналогами, отражающими действительные параметры.

В импульсных системах программируемые параметры выражаются числом импульсов. Каждому импульсу соответствует элементарное из­менение программируемого параметра, например элементарное переме­щение рабочих органов оборудования (элементарный шаг).

По принципу управления различают разомкнутые и замк­нутые системы. В разомкнутых системах движения или положения ра­бочих органов целиком определяются сигналами программного устрой­ства.

Структурная схема разомкнутой системы приведена на рис. 20.

Программа 1, проходя через считывающее устройство 2, вызывает появ­ление на выходе последнего командных сигналов, которые после преоб­разования в промежуточном звене 3 направляются к исполнительному устройству 4, перемещающему рабочий орган. В разомкнутых системах ошибки в приемах управляющих сигналов, а также посторонние помехи приводят к отклонению траектории движения рабочих органов от задан­ной на всем участке от места появления ошибок до конца траектории.

Замкнутые системы работают по принципу сравнения действитель­ного положения рабочих органов с заданным. Рассогласование между этими положениями является источником сигнала на перемещение ра­бочих органов. Схема замкнутой системы приведена на рис. 21. Из промежуточного звена 3 сигнал, задающий положение рабочего органа, поступает в сравнивающее устройство 4. Одновременно туда же от измерителя-преобразователя 7 поступает сигнал о дей­ствительном положении ра­бочего органа. На основа­нии сравнения действитель­ного положения с заданным сравнивающее устройство вырабатывает сигнал на соответствующее перемещение рабочего органа. Этот сигнал через усилитель 5 поступает к исполнительному двигателю 6, который перемещает рабочий орган в требуемое положение.

Рис. 21. Структурная схема замкнутой системы:

1—программа; 2—считывающее устройство; 3—преобразую­щее устройство; 4—сравнивающее устройство; 5—усили­тель; 6—исполнительный двигатель; 7—измеритель-преоб­разователь

Точность перемещений замкнутых систем выше по сравнению с разомкнутыми. Местные отклонения положения рабочих органов от за­данного вследствие ошибок в приеме сигналов не сказываются на точ­ности воспроизведения последующих участков траектории.

По характеру сигналов команд различают системы не­прерывного и прерывистого (дискретного) действия.

В системах непрерывного действия программа задается непрерыв­ной функцией от времени. Примерами непрерывных систем могут слу­жить кулачковые или копировальные.

Системы непрерывного действия бывают с амплитудной и с фазовой модуляцией. В первых программа задается амплитудой какой-либо ве­личины: напряжения, силы тока, расстояния рабочей поверхности кулач­ка от оси вращения и т. д.

В системах с фазовой модуляцией программу задают сдвигом фаз между модулирующим и несущим сигналами, имеющими характер гар­монического колебания напряжения.

В системах дискретного действия программа представлена в виде отдельных импульсов и может быть записана в кодированной или деко­дированной форме.

Более подробно системы программного управления рассматривают­ся в соответствии с классификацией их по способу задания программы.