Тема № 13 ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЙ МАШИНОБУДУВАННЯ.
План теми:
1. Застосування маловідходних технологій виготовлення заготовок деталей машин.
2. Використання верстатів з числовим програмним керуванням (ЧПК).
3. Створення гнучкого автоматизованого виробництва.
Технічний прогрес в машинобудуванні характеризується як покращенням конструкцій машин, так і неперервним удосконаленням технології їх виробництва. Від прийнятої технології залежить надійність роботи машин, а також економічність їх експлуатації.
Основні задачі:
- вдосконалення заготівельних процесів для максимального наближення форми заготовок до конфігурації готових деталей, підвищення точності заготовок та покращення якості їх поверхневого шару;
- підвищення точності обробки, якості поверхонь деталей машин;
- впровадження засобів автоматизації, верстатів з числовим програмним керуванням, багатоопераційних верстатів;
13.1. Застосування маловідходних технологій виготовлення заготовок деталей машин
Одним із головних напрямків розвитку виробництва є широке впровадження маловідходних і безвідходних технологій виготовлення заготовок деталей машин. Технологічна собівартість може бути суттєво знижена за рахунок впровадження точних заготовок. Такими заготовками є заготовки, що отримуються методами порошкової металургії та із композиційних матеріалів.
Можливості порошкової металургії для виготовлення деталей з різними властивостями практично необмежені. Цими методами можна створювати матеріали із композицій металів із різними неметалічними включеннями; отримувати матеріали заданої пористості; із заданими фізико-механічними властивостями. Виготовлені деталі можуть бути самими різними: антифрикційними, конструкційними, фільтруючими, електроконтактними, інструментальними, причому відходи при обробці є мінімальними.
Основними вихідними матеріалами деталей являються порошки металів (залізні, мідні, нікелеві, кобальтові, молібденові, вольфрамові, титанові), порошки-сплави та др. Фізико-механічні властивості порошків визначаються основним матеріалом, наявністю домішок, газів, формою і розмірами частинок, густиною і мікротвердістю.
Застосування високоенергетичних методів формоутворення деталей дозволяє досягати густини біля 100%, і, відповідно міцності, близької до міцності штамповок і виливок з того ж матеріалу.
Формування виробів в більшості випадків виконується холодним пресуванням у закритих прес-формах, після чого виріб запікається і отримує задані властивості. Після запікання можна проводити додаткову обробку: просочення мастильними матеріалами, термообробку, калібрування, обробку різанням.
До антифрикційних деталей відносяться підшипники ковзання, вкладиші, шайби, підп`ятники, які довгий час зберігають експлуатаційні властивості.
Високопористі матеріали застосовують в якості фільтруючих елементів для очищення газів і рідин. Так, пористі вироби із порошків бронзи, заліза, нікелю, титану застосовують в фільтрах для очистки повітря від пилу, водяного та мастильного туману, рідин, газів. Фільтри із титанової губки очищують агресивні водяні розчини кислот. Ці матеріали добре замінюють тканини, кераміку, скло, сітчасті фільтри.
Одним із найбільш перспективних напрямків створення матеріалів із високими експлуатаційними властивостями є формування композиційних матеріалів з вуглецевими волокнами, що мають різні фізико-механічні і фізико-хімічні властивості. Композиційні матеріали в порівнянні з металами і сплавами мають такі переваги: високі показники міцності, жорсткості і в`язкості; малу чутливість до зміни температури; теплових ударів, високу корозійну стійкість, малу чутливість до поверхневих дефектів, високі пластичні властивості, електро- і теплопровідність.
Композити дають можливість виготовляти деталі машин без заготівельних процесів шляхом безвідходної технології із значним зниженням маси за рахунок більш високої міцності і пружності матеріалів.
Зниження затрат на сировину і виробництво волокон, розробка раціональних технологічних процесів виготовлення деталей із композитів забезпечить їм широке використання в різних галузях промисловості.
13.2.Використання верстатів з числовим програмним керуванням (ЧПК)
Серійне виробництво, в якому випускається до 80% загальної продукції, характеризується великими затратами робочого часу на виконання допоміжних операцій. Основним напрямком скорочення цих затрат є автоматизація виробничих процесів за рахунок використання верстатів з числовим програмним керуванням (ЧПК). На цих верстатах досягається висока ступінь автоматизації обробки і можливість їх швидкого переналагоджування на обробку будь-якої деталі в межах технічних характеристик.
Ефективність застосування верстатів з ЧПК виражається в:
· підвищенні точності і однорідності розмірів і форми оброблюваних заготовок;
· підвищенні продуктивності обробки в кілька разів ;
· зниженні собівартості обробки;
· значному зниженні потреб у висококваліфікованих верстатниках.
Застосування верстатів з ЧПК розвивається у двох напрямках:
Перший напрямок – обробка дуже складних заготовок унікальних деталей, що мають складну конфігурацію і різні фасонні поверхні, виготовлення яких на традиційних верстатах є неможливим або вимагає великих затрат часу і праці, в тому числі висококваліфікованої або важкої фізичної праці.
Другий напрямок – обробка заготовок звичайних деталей з точністю ІТ16 – ІТ8 та шорсткістю Rz =(3…10) мкм. Економічна ефективність застосування верстатів з ЧПК проявляється уже при обробці відносно невеликих партій (20…30 шт.) Заготовок.
Відбувається вдосконалення систем ЧПК та конструкцій верстатів, які сприяють підвищенню їх точності і продуктивності, розширенню технологічних можливостей по обробці з одного установа найбільшого числа поверхонь заготовки.
Вдосконалення систем ЧПК в першу чергу направляється на підвищення точності обробки заготовок і компенсацію виникаючих похибок. Системами забезпечується безступінчасте регулювання частоти обертання шпінделя із збереженням постійності швидкості різання при переході на обробку поверхонь другого діаметра; можливість кутового позиціонування шпинделя для орієнтованої установки в патрон несиметричної заготовки; можливість поперечної обробки на токарному верстаті неорухомої заготовки свердлуванням і фрезеруванням.
Нові системи з ЧПК передбачають компенсацію систематичних похибок обробки, пов`язаних із тепловими деформаціями технологічної системи, впливом зазорів в з`єднаннях на точність переміщень; автоматичну корекцію накопичених похибок.
В сучасних токарних верстатах вводиться автоматичне вимірювання розмірів оброблюваних заготовок. Отримана інформація обробляється системами ЧПК для здійснення автоматичної корекції положення інструменту.
Для запобігання поломкам інструменту та появи браку в багатьох системах вводяться обмеження, що переривають процес обробки при досягненні граничних значень потужності різання, сили, моменти і т.п.
Для серійного та крупносерійного типів виробництва верстати з ЧПК оснащаються засобами для завантаження та розвантаження заготовок, що дає можливість використовувати їх в складі гнучких автоматизованих дільниць.
Токарні, фрезерні і фрезерно-свердлувально-розточні верстати з оперативною системою керування дозволяють здійснювати програмування безпосередньо на верстаті із введенням управляючої програми з допомогою клавіатури пульта верстата. Сучасні багатоопераційні верстати мають пристрої для зміни окремих інструментів та багатошпиндельних головок, оснащуються змінними столами і наборами поворотних плит-супутників, що дозволяють здійснювати швидку автоматичну заміну оброблюваних заготовок різних типів і розмірів з контролем позиціонування базових поверхонь.
Для організації автоматичного циклу обробки сучасні багатоопераційні верстати забезпечуються пристроями для контролю стану різального інструменту і ступені його затуплення на основі контролю потужності, крутного моменту, сили струму або величин складових сил різання. Величина розмірного зношування інструменту для корекції його положення визначається за результатами автоматичних вимірювань оброблюваної заготовки або вимірювань інструменту безпосередньо на верстаті.
За рахунок об`єднання верстатів з ЧПК в поточні лінії досягається неперервність технологічного процесу і його часткова автоматизація. Створюються групові поточні лінії
13.3. Створення гнучкого автоматизованого виробництва
Підвищення ефективності виробництва може здійснюватись за рахунок високоавтоматизованих технологічних комплексів устаткування, що функціонують з використанням принципів "безлюдної" технології - без участі робітників або з мінімальною кількістю обслуговуючого персоналу.
Розвиток подібних комплексів і перехід на безлюдну технологію в умовах багатономенклатурного серійного виробництва є можливим на основі впровадження гнучких виробничих систем.
Гнучка виробнича система (ГПС) згідно ГОСТ 26228-84 - це сукупність або окрема одиниця технологічного устаткування і система забезпечення її функціонування в автоматичному режимі, яка має властивості автоматизованого переналагоджування при виробництві виробів довільної номенклатури у встановлених границях значень їх характеристик.
По організаційній структурі гнучкі виробничі системи формуються у вигляді гнучких виробничих модулів (ГПМ), гнучких автоматичних ліній (ГАЛ) , дільниць (ГАД), гнучких автоматизованих цехів (ГАЦ) і заводів (ГАЗ).
Гнучке автоматизоване виробництво представляє собою розвинуту автоматизовану систему, що управляється від ЕОМ; воно включає в себе комплекс обробного устаткування, зв`язаного автоматизованою транспортно-складською системою подачі, зберігання і транспортування заготовок та стружки (АТСС), автоматизовану систему інструментального забезпечення (АСІЗ), систему автоматизованого контролю (САК), зв`язане із системою автоматизованого проектування конструкцій виробів, що випускаються(САПР), автоматизованою системою технологічної підготовки виробництва (АСТПП); автоматизованою системою наукових досліджень (АСНД) та автоматизованою системою управління виробництвом (АСУВ).
Гнучке автоматизоване виробництво характеризується високим ступенем автоматизації технологічних процесів обробки, обслуговування, управління і неперервністю процесів багатономенклатурного дрібносерійного виробництва. ГАВ дає можливість експлуатації на протязі доби технологічного устаткування при необов`язковій участі робітника у функціонування системи.
В той же час певна частина персоналу повинна залишатись на операціях контролю, комплектування заготовок та інструменту, загального спостереження за ходом виробництва
Однією із основних особливостей ГАВ являється його висока гнучкість, яка дозволяє в умовах серійного виробництва в будь-який момент припинити випуск продукції і за короткий період з мінімальними затратами приступити до випуску нової продукції. Загальна продуктивність праці зростає не менше, як у п`ять-шість раз, робітники звільняються від важких, шкідливих і монотонних робіт.
Вихідною одиницею гнучкого автоматизованого виробництва являється гнучкий автоматизований модуль. Гнучкий автоматизований модуль - це гнучка виробнича система, що складається із одиниці технологічного устаткування, оснащена автоматичним пристроєм програмного керування і засобами автоматизації технологічного процесу. В загальному випадку засоби автоматизації ГВМ можуть включати накопичувачі , супутники, засоби завантаження-розвантаження, засоби заміни технологічного оснащення, видалення відходів, автоматизованого контролю, діагностики, засобів переналагоджування. На ГВМ автоматизований перехід на обробку різних заготовок здійснюється в межах технологічних можливостей устаткування.
Гнучка виробнича система складається із кількох гнучких виробничих модулів, зв`язаних автоматизованою системою керування і транспортно-складською системою.
Система автоматичного керування розподіляє роботу між окремими модулями, направляючи заготовки по найкращим потокам. При цьому може бути призначена обробка кількох дрібних партій заготовок незалежно одна від одної.
Автоматизована транспортно-складська система відправляє заготовки на будь-який верстат комплексу і в будь-якій послідовності.
Автоматизована система інструментального забезпечення слідкує за станом різальних інструментів на верстатах і виконує своєчасну заміну окремих інструментів або цілих інструментальних магазинів.