Основные-типы-нестандартного-оборудования

Основные типы нестандартного оборудования

100 руб.

Категория: Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
Описание товара

Основные типы нестандартного оборудования
и оптимизация его конструкции

         Перечислить и классифицировать все типы технических объектов, которые подпадают под термин «нестандартное оборудование» достаточно затруднительно, да и вряд ли имеет смысл. Наиболее целесообразно из всего многообразия нестандартного оборудования выделить то, которое максимально востребовано на любом машиностроительном предприятии, поскольку позволяет в значительной степени повысить эффективность как существующего, так и вновь создаваемого производства. Это нестандартное оборудование, предназначенное для механизации и автоматизации основных и вспомогательных технологических операций. Такое нестандартное оборудования находит применение во всех технологических переделах. В литейном производстве это различные конвейеры для транспортировки формовочной смеси, литейных форм, бункера, питатели, оборудование для выполнения, очистки и стабилизирующей термической обработки отливок. В прокатном производстве это различные приводные и неприводные рольганги, а также кантователи, переукладчики, наматывающие и стапелирующие устройства. В заготовительном производстве это различные механизированные и автоматизированные накопители, стеллажи, рольганги, полосоподаватели для ориентации и подачи листового, сортового и фасонного проката. В сварочном производстве это механизированные места сварщика, укомплектованные различными приводными кантователями и сварочными стапелями с механизированной фиксацией и зажимом свариваемых деталей. В кузнечно – прессовом и механообрабатывающем производстве это станки для автоматизированного изготовления определенного вида деталей, а также загрузочные, ориентирующие, подающие, стапелирующие, перераспределяющие, перегружающие и транспортирующие устройства. В сборочном производстве это оборудование для установки и затяжки крепежных деталей (болтов, винтов, шпилек и т. п.), устройства для выполнения клепальных работ, конвейеры различного типа для перемещения собираемого изделия с одного сборочного места на другое, механизированные рабочие места сборщика, а также оригинальные автоматы и полуавтоматы для выполнения различных сборочных операций. В термическом, гальваническом и окрасочном производстве это различные оригинальные конвейеры для перемещения деталей, барабанов, тележек, корзин, а также различные камеры и емкости со средствами механизации их работы. Создание такого нестандартного оборудования часто вызывает при проектировании значительные сложности, прежде всего, потому, что для его создания в каждом конкретном случае необходимо определить оптимальный уровень автоматизации технологического процесса, выбрать тип оборудования (тип конвейера, тип загрузочного устройства и т. п.), найти конструктивную схему исполнительного механизма, технически обоснованно выбрать вид привода (механический, пневматический), и только после этого разработать конструкторскую документация, содержащую, как правило, значительное количество оригинальных деталей.
Нестандартное оборудование для механизации и автоматизации технологических процессов можно разделить на три основных типа, обладающих характерными конструктивными особенностями:
тип 1, нестандартное оборудование для полного выполнения технологического процесса в механизированном или автоматизированном режиме,
тип 2, нестандартное оборудование для механизации или автоматизации работы технологического оборудования,
тип 3, нестандартное оборудование для загрузки, выгрузки и транспортирования штучных заготовок, деталей, сборочных единиц, а также сыпучих и жидких материалов.
К первому типу нестандартного оборудования относятся, прежде всего, станки автоматы и полуавтоматы для механической обработки, штамповки и прессования, литья, сварки, сборки и нанесения покрытий, а также стапелирования и упаковки заготовок деталей и сборочных единиц, которые используются во всех технологических переделах машиностроительного производства .
Нестандартное оборудование, предназначенное для выполнения технологического процесса в механизированном или автоматизированном режиме, из всех типов нестандартного оборудования является наиболее сложным, поскольку для его создания необходимо найти конструктивную схему исполнительных и вспомогательных механизмов, а зачастую и устройств для автоматической ориентированной подачи заготовки и выгрузки готовой детали, в то время как оборудование двух остальных видов предназначено для автоматизации выполнения только одной операции, например, ориентации, транспортирования, кантования и т. п. Кроме того такое оборудование, чаще всего, не имеет аналогов и требует поиска оригинального технического решении, что намного усложняет процесс проектирования. Большое количество приемов нестандартного оборудования первого типа применяемого в различных технологических переделах машиностроительного производства, приведены в работе [2], а также рассматривается процесс их поэтапного проектирования.
В механообрабатывающем производстве представителями данного типа нестандартного оборудования являются станки автоматы и полуавтоматы для выполнения конкретных технологических операций в условиях серийного производства. Как правило, их конструкция намного проще, чем универсального оборудования, что позволяет их изготавливать предприятию с использованием имеющихся технологических возможностей. При этом, их внедрение позволяет существенно повысить производительность при выполнении конкретной технологической операции за счет снижения трудоемкости выполнения непосредственно технологической операции, например за счет объединения не-скольких технологических переходов выполняемых последовательно и исключения или значительного сокращения вспомогательного времени например на переустановку обрабатываемой заготовки
В кузнечно – прессовом производстве представителями нестандартного оборудования данного типа являются специализированные пресса автоматического и полуавтоматического действия для изготовления деталей методом гибки, штамповки, прессования, чаще всего, не требующие больших технологических усилий и высокой точности изготовления деталей исполнительных механизмов.
В сварочном производстве нестандартное оборудование для полного выполнения технологической операции в автоматизированном или механизированном режиме обеспечивает фиксацию взаимного положения свариваемых деталей, а также их транспортирование в рабочую зону для выполнения сварки и удаление из нее после выполнения сварки.
В литейном производстве примерами нестандартного оборудования для механизации автоматизации основных и вспомогательных технологических операций могут служить оборудование для загрузки металлургических печей, оборудование для подготовки формовочной смеси, дозирующее оборудование, установки для удаления литников, манипуляторы для сборки литейных форм.
В прокатном производстве нестандартное оборудование применяется для механизации и автоматизации основных, но чаще вспомогательных операций, не требующих наличия больших мощностей и создания больших технологических усилий. Примерами такого оборудования могут служить установка для смены рабочих валков прокатных станов, установка для охлаждения труб, агрегат для зачистки внутреннего диаметра и торца труб перед их отделкой.
В сборочном производстве нестандартное оборудование для механизации и автоматизации сборочных операций для соединения деталей методом установки и затяжки резьбовых крепежных элементов (болтов, винтов, гаек, в том числе специальных), а также операций, выполняемых методом запрессовки и клепки.
В производстве нанесения покрытий нестандартное оборудование для        механизации и автоматизации технологических операций обычно предназначается для транспортирования (поступательного или вращательного перемещения, подъема, опускания, переворачивания) деталей и сборочных единиц в процессе нанесения на них различного рода покрытий либо жидких или газообразных материалов.
Во всех технологических переделах используется нестандартное оборудование для механизации и автоматизации вспомогательных операций, таких как, укладка, стопелирование, кассетирование и упаковки заготовок, деталей и сборочных единиц. Такое оборудование может работать как совместно с технологическим оборудованием, образуя комплекс с полным технологическим циклом, так и отдельно, при этом в его состав входит дополнительное транспортное устройство, например ленточный конвейер.

           Примером нестандартного оборудования первого типа является полуавтомат для изготовления плоских зигзагообразных пружин (см. Рис 1), общий вид которого показан на Рис 2.

Рис 1newДля получения необходимой формы пружины 1 полуавтомат содержит два гибочных модуля 2 и 3 и механизм шаговой подачи исходной заготовки 4, которые установлены на его рабочем столе 5. Все три механизма полуавтомата имеют пневматический привод, управляемый системой пневмоавтоматики, аппараты которой размещены на пневмопанеле 6, установленной в нише рабочего стола.

Рис 2new        Ко второму типу нестандартного оборудования относятся различные загрузочные бункеры, ориентирующие устройства, магазины для штучных деталей, стеллажи – накопители для длинномерных деталей и заготовок, отсекатели обеспечивающие поштучную выдачу деталей, питатели, автооператоры и автоматические манипуляторы, для подачи заготовки в рабочую зону технологического оборудования и съема готовой детали, и так-же устройства для подачи сыпучих материалов. Нестандартное оборудование для механизации или автоматизации работы основного технологического оборудования отличается от рассмотренного ранее тем, что предназначается для работы совместно с конкретным видом технологического оборудования и обеспечивает механизированную или автоматизированную поштучную подачу в ориентированном виде детали или заготовки в рабочую зону оборудования, а также установку, переустановку заготовки и снятие готовой детали. Нестандартное оборудование данного типа в различной степени находят применение в всех технологических переделах машиностроительного производства, в частности:
в металлообрабатывающем и сборочном производстве применяются бункерные загрузочные устройства и накопители для штучных деталей в комплекте с отсекателями, питателями или автоматическими манипуляторами, а также     специальные, в том числе шаговые, конвейеры, рольганги, самотечные лотки для           перемещения заготовок, деталей и сборочных единиц,
в кузнечно – прессовом и сварочном производстве, помимо бункерных загрузочных устройств, накопителей и питателей для штучных деталей, широко применяются стеллажи – накопители для длинномерного проката, контователи и устройства для подачи в рабочую зону технологического оборудования материала бес-конечной длины ( проволоки, ленты),
в прокатном производстве применяются стеллажи накопители и подающие рольганги для листового, сортового, фасонного и трубного проката, кантователи, укладчики в стопу и переукладчики с рольганга на рольганг или приемный стол,
в литейном производстве в основном применяются рольганги и конвейеры для штучных грузов (опок литейных форм), а также различные кантователи, и переукладчики,
в производстве покрытий применяются напольные и подвесные конвейеры для перемещения деталей и сборочных единиц (например, кузова автомобиля) в       процессе нанесения лакокрасочных и гальванических покрытий, а также выполнения промывки и сушки.
Рис 3new        Примером второго типа нестандартного оборудования является   автоматизированный стеллаж для накопления и поштучной укладки на подающий рольганг технологического оборудования заготовок из углового проката сечением до 200-200-20 мм и длиной до 13 м (см. Рис 3). Он состоит из двухсекционных унифицированных модулей, каждая секция которого состоит из рамы 1, цепного транспортера 2 с установленными на его цепи ложементами 3 для укладки и перемещения заготовок из углового проката и механизма переноса 4, выполненного в виде шарнирного четырехзвенника. Оба модуля имеют единый привод, состоящий из электродвигателя, червячного редуктора (на Рис 3 не показаны) и цепной передачи 5. Поштучная укладки заготовок из углового проката, расположенных в ложементах 3 транспортера 2 на ролики 6 подающего рольганга 7 осуществляется механизмом переноса 4.
К третьему типу нестандартного оборудования относятся устройства для накопления, загрузки, транспортирования на значительные расстояния, переориентации и выгрузки штучных заготовок, деталей, и сборочных единиц, а также сыпучих материалов
Во всех технологических переделах находят применения устройства для загрузки, выгрузки, переориентации, фиксации и зажима и транспортирования на значительные расстояния заготовок деталей и сборочных единиц имеющих значительные габаритные размеры и массу (конвейеры, кантователи, манипуляторы).
 В металлургическом и литейном производстве находят применение устройства для накопления, загрузки, транспортирования и выгрузки сыпучих материалов (ленточные, пластинчатые, скребковые, ковшовые и винтовые конвейеры, бункеры, питатели, дозаторы и разгрузочные устройства для сыпучих материалов
Представителем третьего типа нестандартного оборудования является конвейер для сборки жгутов проводов, общий вид которого показан на Рис 4 Он состоит из рамы модульного типа 1 с направляющими 2 и 3 на которых установлены каретки 4 на обрезиненных колесах 5, имеющие возможность перемещения в горизонтальном направлении, вместе с установленными на них сборочными планшетами 6 методом переталкивания, получая при этом привод от превмоцилиндра 7. На крайних модулях рамы 1 расположены устройства 8 для переноса кареток 4 со сборочными планшетами 6 с прямой ветви конвейера на обратную, состоящие из двух комплектов механизма зажима 9 и механизма по-ворота 10, получающих привод от превмоцилиндров 12 и пневмоповоротников 11 соответственно. Управление работой конвейера в полуавтоматическом режиме осуществляет система пневмоавтоматики.
Рис 4new    Для оптимизации конструкции любого типа нестандартного оборудования необходимо обеспечить следующее:
– найти конструктивную схему проектируемого нестандартного оборудования на основе проведения поиска технического решения, в полной мере отвечающего требованиям задачи на проектирование,
– установить оптимальный уровень автоматизации,
– выбрать оптимальный тип привода,
– выполнить компоновку механизмов в составе проектируемого изделия и деталей в составе узлов и механизмов,
– отработать созданную конструкцию на технологичность.
Рекомендации по методическому проведению поиска технического решения и примеры его выполнения при проектировании технических объектов различной степени новизны и сложности приведены в работе [1] и [2]

Рис 5new
Например, для нахождения конструктивной схемы бункерного загрузочного устройства для ориентированной подачи корпуса объектива (см. Рис. 5), у которого наружный диаметр D и длина L были практически одинаковы (это мешало использовать традиционные конструкции бункерных загрузочных устройств), были проанализированы возможные положения детали (см. Рис. 6), которые представляли собой следующее:
– деталь лежит на боковой поверхности, выступающий
бурт находится справа (Рис.6а),
– деталь лежит на боковой поверхности, выступающий
бурт находится слева (Рис 6б),
– деталь лежит вертикально на торце меньшего диаметра (Рис.6в),
– деталь лежит вертикально на торце большего диаметра (Рис6г),
– деталь лежит на боковой поверхности, ось симметрии расположена под углом к пазу шибера (Рис 6д).
Рис 6new      В результате проведенного анализа, возможных положений детали, был сделан простой и логичный вывод о том, что для обеспечения сброса в бункер деталей, находящихся в положениях отличных от выбранного (деталь лежит на боковой поверхности, выступающий бурт справа, Рис 6а), необходимо обеспечить, чтобы ось, проходящая через центр тяжести, находилась за границей плоскости опоры детали. А для этого необходимо во время хода шибера вверх с захваченными и находящимися в различных положениях деталями, принудительно уменьшить площадь опоры деталей в заборной части шибера, что приведет к их обратному падению в бункер. При этом, необходимо для детали находящейся в требуемом ориентированном положении создать условия, способствующие ее устойчивому удержанию в заборной части шибера. Этого можно добиться, если оснастить заборную часть шибера дополнительными элементами (деталями, механизмами), меняющими свое положение в процессе его движения вверх, что позволяет реализовать условие изменения площади опоры захваченных деталей и фиксировать детали находящиеся в требуемом положении.

Рис 7new     Такое устройство было найдено также путем анализа возможных положений детали (см. Рис.7). Оно состояло из двух ползушек 10 и 12, установленных в пазах заборной части шибера 2, при этом ползушка 12 при ходе шибера 2 вверх перемещалась влево в горизонтальном направлении, а чуть позже ползушка 10 перемещалась вниз в вертикальном направлении. Это приводило к зажиму ползушкой 12 правильно сориентированных в пазу 8 шибера 2 деталей и смещению влево находящихся в пазу 8 шибера 2 неправильно расположенных деталей, а затем уменьшение опорной поверхности неправильно расположенных деталей в результате смещения вниз ползушки 10 приводило к их падению в бункер. После чего в пазу 8 заборной части шибера оставались только правильно сориентированные детали.

      При выборе уровня автоматизации создаваемого нестандартного оборудо- вания необходимо учитывать:
– трудоемкость изготовления и объем выпуска детали, или операции, для выполне-ния которой, предназначено оборудование, а также соотношение между основным и вспомогательным временем в общем балансе трудоемкости
– ориентировочную стоимость оборудования, которая определяется на основе эко-номических расчетов, учитывающих прежде всего приемлемый для предприятия срок окупаемости вложенных финансовых средств,
– технологические возможности предприятия в части изготовления деталей и узлов создаваемого оборудования, а также возможность и целесообразность изготовления по кооперации сложных и крупногабаритных деталей (станин, рам, корпусов, ползунов, кареток и т. д.),
– опыт создания аналогичного оборудования, поскольку использование       проверенных технических решений существенно сокращает сроки проектирования и изготовления снижает количество ошибок и стоимость оборудования, гарантируя его надежную работу в условиях сложившегося производства,
– субъективные факторы, к которым относятся директивно определенные сроки на создание оборудования и предложения по его внедрению работников конкретного производственного участка (рабочих, мастеров, технологов), которые необходимо всесторонне анализировать на этапе проведения инженерного анализа задачи на проектирование и использовать рациональные зерна при поиске технического решения.
   Опыт проектирования нестандартного оборудования автоматического действия свидетельствует о том, что наиболее эффективным и поэтому чаще всего применяемыми являются станки полуавтоматы. Причиной этого является то, что они имеют намного более простую конструкцию, чем автоматы и следовательно более низкую стоимость и при правильно выбранной конструкции исполнительного механизма и типе привода незначительно уступают по производительности автоматам, обладая при этом таким важным преимуществом как простая и быстрая переналадка необходимая при переходе на изготовление другого типоразмера детали, а в ряде случаев могут и превосходить оборудование автоматического действия с ПУ по производительности за счет простоты конструкции и малоинерционности исполнительного механизма.
Например, при выборе оптимального уровня автоматизации процесса гибки плоских зигзагообразных пружин (см. Рис. 1) учитывалось влияние следующих факторов:
– при автоматическом цикле работы оборудования, включающем 12-15 последовательно выполняемых реверсивных поворотов каждого гибочного модуля при формовке детали, способ первоначальной подачи исходной заготовки в рабочую зону станка (ручной или автоматический) может изменить производительность в целом на 3-5%, что не существенно,
– создание оборудования работающего в автоматическом режиме на 30-50% усложняет как его кинематику, так и конструкцию отдельных узлов (конструкция механизма подачи будет более сложной и энергоемкой), что приведет к увеличению сроков проектирования и изготовления оборудования и значительному увеличе-нию его стоимости,
– конструкция нестандартного оборудования должна предусматривать возможность быстрой переналадки на различные по длине типоразмеры заготовок.
С учетом перечисленных факторов наиболее оптимальным являлось полуавтоматическое оборудование, которое и было создано (см. Рис. 2)
Правильный выбор типа привода создаваемого нестандартного оборудования на этапе проведения технического анализа задачи на проектирование позволяет разработчику при дальнейшем проектировании более детально            сконцентриро-ваться на выборе конструктивной схемы создаваемого изделия, что в значительной степени сокращает время проектирования, особенно при создании нового ТО, и повышает качество проекта в целом. Однако необходимо отметить, что найденная на этапе поиска технического решения конструктивная схема, как исполнительного механизма, так и технического объекта в целом, может оказать существенное влияние на выбор типа привода. Основными видами привода применяемого в машиностроении являются: механический, гидравлический, пневматический, комбинированный (гидромеханический, пневмомеханический,           пневмогидравлический) и программируемый (электромеханический, электрогидравлический, электропневматический, электрогидромеханический).
Практика проектирования нестандартного оборудования свидетельствует о том, что выбор оптимального типа привода позволяет, как правило, создать простую и надежную конструкцию, а ошибочно выбранный тип привода приводит к созданию громоздкой, не-удобной в эксплуатации и зачастую ненадежной конструкции. В общем случае, выбор типа привода определяется следующими факторами:
– видом выполняемых им операций, характеризующихся величинами                технологических усилий, скоростью величиной и требуемой точностью перемещений выходного звена приводимых механизмов,
– циклом работы механизма и оборудования в целом (непрерывный, или с периодическими остановками),
– удалением друг от друга и расположением в пространстве приводимых в       движение механизмов и прежде всего их ведущих звеньев.
Оказывают влияние на выбор типа привода и субъективные факторы, такие как технологические и финансовые возможности предприятия, директивно        установленные сроки внедрения создаваемого оборудования, сложившиеся традиции и опыт проектирования аналогичных конструкций, – которые также необходимо учитывать. Основным условием оптимального выбора типа привода является правильное использование его преимуществ и сведение к минимуму нежелательного влияния его недостатков.
Для механического привода:
– преимуществами являются: возможность работать с высокими скоростями и     передавать большие усилия, в том числе при необходимости обеспечения строго последовательной, параллельной или последовательно – параллельной работы   нескольких различных по кинематике механизмов, возможность получения точного перемещения выходного звена при использовании точных кинематических пар, например винт – гайка, и программируемого двигателя, например шагового,
– недостатками являются: сложность конструкции, вызванная, прежде всего,     большое количеством звеньев для получения пониженной, или регулируемой скорости перемещения приводимого механизма, а также при работе с остановками и передаче движения механизмам расположенным на значительном расстоянии друг от друга, или в разных плоскостях.
Для гидравлического привода:
– реимуществами являются: возможность развивать большие усилия, обеспечение точного, регулируемого положения приводимого механизма, или его выходного звена в крайних точках (чаще всего это поступательно перемещаемый ползун или каретка ) с использованием достаточно простых средств (регулируемых упоров) и простое регулирование скорости перемещения, при работе в цикле с различными по продолжительности остановками, простота обеспечения привода механизмов расположенных на значительном расстоянии и в различных плоскостях.
– недостатками являются: ограничения по скорости перемещения приводимых      механизмов, потребность в наличии гидростанции, имеющей достаточную сложность, особенно при работе с высокими давлениями (р > 16,0 МПа ).
Для пневматического привода:
– преимуществами являются: возможность обеспечивать более высокую скорость перемещения приводимого механизма, чем при использовании гидропривода, простота в получении сжатого воздуха (один компрессор может обеспечивать сжатым воздухом целый цех), обеспечение точного, регулируемого положения приводимого механизма, или его выходного звена в крайних точках (чаще всего это поступательно перемещаемый ползун или каретка ) с использованием достаточно простых средств (регулируемых упоров) и простое регулирование скорости перемещения, при работе в цикле с различными по продолжительности остановками, простота привода механизмов расположенных на значительном расстоянии и в различных плоскостях,
– недостатками являются: значительно большие, чем при использовании гидропри-вода, размеры пневмодвигателей (диаметра пневмоцилиндров и пневмоповорот-ников) при создания больших усилий (Р > 20 кН), сложность в обеспечении по-стоянства скорости перемещения приводимого механизма и ее точного регулиро-вания по величине в течении цикла работы.
Для комбинированного пневмо – гидромеханического привода:
– преимуществами являются: возможность обеспечения синхронной работы, в том числе с остановками в течении цикла, нескольких механизмов, возможность осу-ществления привода нескольких механизмов с различной кинематикой от одного движетеля (пневмо – гидроцилиндра, пневмо – гидроповоротника), возможность обеспечить работу с остановками механизма со сложной траекторией движения выходного звена, простота привода механизмов расположенных на значительном расстоянии и в различных плоскостях,
– недостатками являются недостатки присущие пневмо и гидроприводу.
Для комбинированного пневмогидропривода, который используется в основ-ном для исключения недостатков присущих пневмоприводу и гидроприводу :
– преимуществами являются: возможность обеспечения более высокого, чем при использовании пневмопривода, постоянства скорости перемещения приводимого механизма и ее точного регулирования по величине в течении цикла работы, упрощение привода за счет исключения необходимости иметь гидростанцию, увеличение величины выходного давления жидкости при использовании пневмогидроусилителей,
– недостатками являются: невозможность получения высоких давлений,      применяемых в гидроприводе, и связанные с этим недостатки присущие пневмоприводу, невозможность работать с высокими скоростями, которые у данного вида привода обычно ниже, чем у пневмопривода, усложнение конструкции привода по сравнению с пневмоприводом.
Для программируемого привода, используемого для обеспечения точных перемещений выходного звена механического и гидравлического:
– реимуществами является: возможность получения для выходного звена         приводимого механизма большого количества точных положений (линейного перемещения ходовой гайки, угла поворота зубчатого колеса ) или выходного элемента гидродвигателя (штока гидроцилиндра, вала гидромотора), а также обеспечение требуемой скорости перемещения, режима разгона и торможения,
– недостатками являются: дополнительное усложнение приводимого механизма, за счет необходимости введения в его конструкцию устройств для исключения зазоров в кинематических цепях и, как правило, датчиков обратной связи и усложнение оборудования в целом за счет введения устройства программного управления.
Выбор типа привода нестандартного оборудования автоматического действия должен осуществляться в следующей последовательности.
1. Изучение специфики технологической операции, для автоматизации которой    создается нестандартное оборудование (потребные технологические усилия и скорости перемещения исполнительного органа) и анализ информации об объемах производства.
2. Анализ цикл работы оборудования с точки зрения продолжительности и последовательности работы механизмов и имеющих место в их работе остановок.
3. Анализ мест расположения приводимых механизмов и наличие требований к их синхронной работе (последовательной, параллельной, последовательно – пара-лельной) в течении цикла.
4. Выявление количества и необходимой точности положений выходных звеньев механизмов в течении цикла работы оборудования.
5. Выбирается тип привода который обладает преимуществами, максимально    соответствующими предъявляемым к нему требованиям, которые выявлены в процессе проведенного анализа специфики выполнения операции для автоматизации которой создается оборудование и особенностей работы его механизмов.
    Опыт проектирования нестандартного оборудования автоматического действия свидетельствует о том, что наиболее эффективным, и поэтому чаще всего при-меняемым типом привода является пневмопривод или комбинированный пневмомеханический привод. Причина этого состоит в том, что помимо вышеперечисленных преимуществ, такой привод позволяет за счет использования покупных элементов (пневмоцилиндров, пневмоповоротников, пневмоаппаратов управления и в т. числе использования системы              пневмоавтоматики) максимально сократить количество и упростить конструкцию оригинальных деталей собственного изготовления, и тем самым, с одной стороны, повысить надежность, а с другой , снизить стоимость создаваемого оборудования, особенно в условиях неспециализированного производства. Кроме того, использование такого типа привода позволяет значительно сократить сроки его проектирования и изготовления, что очень важно при подготовке производства новых видов продукции в со-временных рыночных условиях.

На Рис 8 показаны два варианта привода исполнительных механизмов сварочного полуавтомата механический и пневматический.

Рис 8new          На Рис 8а показана конструкция сварочного полуавтомата с кулачково – рычажным приводом исполнительных механизмов. В процессе работы его рабочие органы перемещаются следующим образом:
– механизм отрезки 5 с ножами 6 и каретка 21 с упорным элементом 13, перемещаются в направляющих станины 1 в горизонтальном направлении, получая привод от соответствующего кулачка распределительного вала 7 через рычаг 10,
– каретка 14 с планкой 12 перемещается в направляющих станины 1 в горизонталь-ном направлении, получая привод через систему рычагов 11 и 16 и тягу 17 от со-ответствующего кулачка распределительного вала 7.
– цанга 27 для подачи проволоки 2 получает привод через рычаг 8 от          соответствующего кулачка распределительного вала 7,
– сварочная головка 3 перемещается в направляющих станины 1 в вертикальном направлении, получая привод через рычаг 9 от соответствующего кулачка распределительного вала 7.
На Рис 8б показана конструкция полуавтомата, в которой кулачково – рычажный привод исполнительных механизмов заменен пневматическим приводом. При этом его рабочие органы перемещаются следующим образом:
– механизм отрезки 5 с ножами 6 получает привод от нижнего пневмоцилиндра 18, контактируя с вилкой 34 закрепленной на штоке пневмоцилитндра,
– каретка 21 с упорным элементом 13 получает привод от верхнего      пневмоцилиндра 18, контактируя с вилкой 34 закрепленной на штоке пневмоцилитндра,
– цанга 27 для подачи проволоки 2 получает привод от пневмоцилиндра 10, контактируя через рычаг 8 с вилкой 11, установленной на штоке пневмоцилиндра,
– сварочная головка 3 перемещается в направляющих станины 1 в вертикальном направлении, получая привод от пневмоцилиндра 16 контактируя через рычаг 9 с вилкой 17, установленной на штоке пневмоцилиндра.
Анализ двух вариантов конструкции исполнительных механизмов сварочного полуавтомата позволяет сделать очевидный вывод о том, что при расположении рабочих органов нестандартного оборудования на значительном расстоянии и перемещающихся в различном направлении применение кулачково – рычажных механизмов, получающих привод от одного распределительного вала приводит к необоснованному усложнению конструкции. Об этом наглядно свидетельствует, показанная на Рис 8б, более простая, а значит и менее трудоемкая конструкция исполнительных механизмов полуавтомата, в которой кулачково – рычажные механизмы заменены пневмоцилиндрами. При этом необходимо иметь в виду, что в настоящее время нет необходимости изготавливать пневмоцилиндры в условиях неспециализированного производства, поскольку различные фирмы выпускают достаточно не дорогие пневмоцилиндры диаметром от 16 до 250мм и более и ходом штока от 10мм до 2м, а также пневмоповоротники с различными углами поворота выходного вала и крутящим моментов на нем.
Практика показывает, что отсутствие грамотной, технически обоснованной компоновки узлов и механизмов в изделии, даже при удачно найденном техническом решении задачи на проектирование и грамотной разработке входящих в него узлов, механизмов и деталей, может привести к созданию конструкции технического объекта (ТО), которая в дальнейшем неизбежно потребует значительной доработки.
В общем случае на выбор компоновки узлов и механизмов в составе ТО оказывают влияние следующие факторы:
– функции, выполняемые ТО и его конструктивная схема, позволяющая их        реализовать,
– конструктивные особенности узлов и механизмов входящих в ТО, обусловленные их взаимосвязью между собой,
– требования и ограничения, предъявляемые к ТО и его элементам.
К ограничениям, которые необходимо учитывать при проектировании ТО, относятся следующие:
– технические критерии оценки ТО в части его массы, габаритных размеров,      мощности привода и т. п.,
– место расположения ТО, или его элементов при эксплуатации,
– ограничения, определяемые нормативными документами, в том числе          требованиями техники безопасности и экологии.
Компоновка элементов вновь создаваемого ТО, в общем случае, осуществляется в следующей последовательности.
ПЕРВЫЙ ЭТАП. Выбор главных осей координат ТО, относительно которых будет производиться размерная увязка основных (базовых) деталей, входящих в него элементов (узлов и механизмов). Для токарного станка главными осями координат являются координаты оси шпинделя и к ним привязываются все его остальные механизмы. Для полуавтомата для сборки хомута зажимного (см. работу [2]) главными осями координат являются оси координат гибочной оправки. Как правило, выбор главных осей при выполнении компоновки проектируемого ТО не вызывает у конструктора осложнений и всегда однозначен.
ВТОРОЙ ЭТАП. Определение места расположения и размерная привязка к    выбранным главным осям координат основного (исполнительного) механизма ТО, в соответствии с выбранной на этапе поиска технического решения конструктивной схемой. Для механического пресса или холодно – высадочного автомата это выбор места расположения и привязка кривошипно-шатунного механизма. Для сборочного полуавтомата это выбор места расположения и привязка механизма завивки стяжки (см. работу [2]). Для токарного станка это место расположения шпинделя.
ТРЕТИЙ ЭТАП. Определение места расположения и размерная привязка остальных узлов и механизмов ТО к главным осям координат, в соответствии с выбранной конструктивной схемой. Как показывает опыт, это самый сложный и ответственный этап компоновки, поскольку именно сейчас должно быть конкретно обеспечено выполнение:
– расположения элементов ТО в соответствии с выполняемыми ими функциями,
– взаимосвязи между узлами и механизмами ТО,
– требований и ограничений, предъявляемых к ТО,
– размерной увязки элементов ТО,
– равномерное заполнение ТО входящими в него узлами и механизмами (для оборудования, это еще и обеспечение минимально необходимого количества элементов ТО в рабочей зоне).
Как правило, при проектировании новых сложных ТО их компоновка, отвечающая всем требованиям и ограничениям получается у разработчика с «n-го» раза. При этом для выполнения удовлетворительной компоновки проектируемого ТО разработчик вынужден менять:
– габаритные размеры узлов и механизмов,
– место расположения узлов и механизмов (выносить в другое место),
– взаимное расположение узлов и механизмов,
– компоновку, или даже конструкцию входящих в него деталей, включая способ крепления на станине базовых деталей,
– кинематику, а иногда и тип привода механизмов.
Основным моментом размерной привязки узлов и механизмов ТО является опреде-ление расстояния от главных осей координат до их основной или базовой детали (корпус, рама, станина), которые, как правило, в процессе дальнейшего проектирования остаются неизменными. Для механизма привода вращения винтоверта сборочного полуавтомата (см. работу [2]) таким размером является расстояние от оси собираемого хомута находящегося на гибочной оправке (оси винтоверта), до базовой плоскости станины полуавтомата.
ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП. Компоновка деталей входящих в узлы и механизмы ТО.
На выбор компоновки деталей входящих в состав механизма оказывают влияние следующие факторы:
– выполняемые механизмом функции и его конструктивная схема позволяющая их реализовать,
– конструктивные особенности деталей входящих в механизм,
– требования и ограничения, налагаемые на механизм ТО,
– удобство доступа к деталям механизма подлежащим регулировке.
В результате выполнения данного этапа должны быть назначены номинальные величины размеров звеньев размерных цепей, определяющих предварительную собираемость узлов и механизмов ТО.

Рис 9new
Классическим примером решения стоящей перед разработчиком задачи, за счет изменения компоновки узлов и механизмов в составе ТО, является создание конструкции карусельного станка. Обработка на токарном станке (см. Рис 9) крупногабаритных, тяжелых деталей типа шкивов и маховиков, имеющих большой наружный диаметр и значительную высоту, даже на больших токарных станках (лобовых), затруднен по ряду причин.

Рис 10new           Основными из них, являются следующие:
– сложность обеспечения точной установки тяжелой, крупногабаритной цилиндрической заготовки типа шкива или маховика в горизонтальном положении в патрон токарного станка и проблематичность выполнения ее гарантированного зажима,
– большая нагрузка на передний подшипник шпинделя токарного станка (см. Рис 10) и кулачки патрона, создаваемая, большим весом и дисбалансом заготовки,
– невозможность поджима заготовки центром пиноли токарного станка из-за наличия в заготовке центрального отверстия сравнительно большого диаметра.
Рис 11new      Все эти проблемы исчезают, если изменить положение оси вращения         брабатываемой заготовки с горизонтального, как в токарном станке, на вертикальное, как в карусельном станке (см. Рис 11). В этом случае крупногабаритная заготовка легко и достаточно точно устанавливается на планшайбу карусельного станка, а поскольку она имеет диаметр намного больше, чем патрон токарного станка, то естественно ее легко оснастить и более мощным механизмом зажима заготовки и увеличенными опорными подшипниками, в которых вращается планшайба (см. Рис 12). Однако изменение компоновки станка, как правило, и этот пример яркое тому подтверждение, существенным образом влияет на конструкцию функциональных элементов (узлов и механизмов) станка.

Рис 12new        В статье «Выполнение компоновки элементов конструкции» выложенной на сайте в разделе «Общая методика проектирования» приведен пример компоновки механизмов в составе сборочного полуавтомата имеющего оригинальную конструкцию.
      Технологичность конструкции изделия (узла или механизма) определяется возможностью выполнить при сборке технические требования сборочного чертежа, обеспечивающие его работоспособность, при изготовлении входящих в него деталей технически и экономически обоснованными методами.
Количественным показателем технологичности конструкции сборочной единицы (узла, механизма) является исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющей его собираемость, обеспечивающую работоспособность при достижении необходимой для этого точности входящих в него деталей технически и экономически обоснованными методами.
Методически отработка конструкции узла или механизма на технологичность проводится в следующей последовательности:
1. Проведение функционального анализа конструкции изделия: или его элемента (узла, механизма, сборочной единицы) с целью выявления соответствия требований точности, предъявляемых к параметру, определяющему работоспособность изделия,
2. Составление и расчет размерной(ых) цепи(ей), исходное – замыкающее звено,   которой, определяет собираемость изделия и гарантирует его работоспособность,
3. Анализ результатов расчета размерной(ых) цепи(ей) с целью оценки     оптимальности требований по точности к ее звеньям и правильности выбора метода обеспечения точности исходного – замыкающего звена (правильность выбора метода сборки),
4. Внесение изменений в конструкцию изделия или его элемента (узла, механизма) с целью обеспечения его технологичности, в соответствии с результатами анализа расчета указанной(ых) размерной(ых) цепи(ей).
Рис 13new       На Рис 13а показана конструкция поворотно – делительного стола с приводом от мальтийского механизма до отработки на технологичность, а на Рис 13б – после отработки на технологичность с использованием размерного анализа. Поэтапное проведение от-работки конструкции поворотно – делительного стола на технологичность, а также большое количество примеров отработки на          технологичность различных узлов и механизмов приводится в статье «Обеспечение технологичности конструкции» выложенной на сайте в разделе «Общая методика     проектирования».

ЛИТЕРАТУРА

1. Игнатьев Н. П. Учебно – методическое пособие «Основы проектирования» в двух частях Азов 2011г.
2. Игнатьев Н. П. Справочно – методическое пособие «Проектирование нестандартного оборудования» Азов 2013г.

Статья написана на основании соответствующих разделов справочно – методического пособия Игнатьева Н. П. «Проектирование нестандартного оборудования».

В пособии также содержится:
– классификация нестандартного оборудования,
– примеры нестандартного оборудования для полного выполнения                    технологического процесса в механизированном или автоматизированном режиме,
– примеры нестандартного оборудования для автоматизации основного       технологического оборудования,
– примеры нестандартного оборудования для накопления, загрузки,      транспортирования на значительные расстояния, переориентации и выгрузки штучных заготовок, деталей, и сборочных единиц, а также сыпучих материалов
– общая методика проектирования и методика проектирования механизмов и      систем,
– примеры поэтапного проектирования большого количества нестандартного          оборудования различного назначения, степени новизны и сложности.
– информация необходимая для выбора оптимального уровня автоматизации и типа привода нестандартного оборудования и примеры оптимизации,
– методика и примеры выполнения компоновки элементов конструкции.
– методика и примеры отработка конструкции на технологичность c             использованием размерного анализа,

 

Для приобретения полной версии статьи добавьте её в корзину,

Стоимость полной версии статьи 100 рублей.