Розвиток сучасних технологій машинобудування

Реферат на тему:

Тенденції розвитку сучасних технологій машинобудування 

План : 

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. 
 

Потокове виробництво у своєму розвитку йде шляхом автоматизації. 
 Комплексно-механізоване і автоматизоване потокове виробництво - це система машин, устаткування, транспортних засобів, що забезпечує строго узгоджене в часі виконання всіх стадій виготовлення виробів, починаючи від отримання вихідних заготовок і кінчаючи контролем (випробуванням) готового виробу і випуску продукції через рівні проміжки часу. 
 Спочатку були створені автоматичні лінії та жорсткі заводи-автомати. З появою електронно-програмного управління створювалися верстати з числовим програмним керуванням (ЧПК), обробні центри та автоматичні лінії, що містять як компонент обладнання з програмним управлінням. 
 В основі автоматизованого виробництва лежать автоматичні лінії, які мають всі переваги потокового виробництва, дозволяють безперервність виробничих процесів поєднувати з автоматичної їх виконання. 
 Автоматична лінія (АЛ) - це система машин-автоматів, розміщених по ходу технологічного процесу та об'єднаних системою управління та автоматичними механізмами і пристроями для вирішення завдань транспортування, накопичення заділів, видалення відходів, зміни орієнтації. Автоматичні липня служать для виконання в автоматичному режимі певних операцій (стадій) виробничого процесу і залежать від виду вихідних матеріалів (заготовок), габаритів, маси та технологічної складності виготовлених виробів, тому до складу АЛ може входити різну кількість обладнання : Від 5-10 для виробів середньої складності до 100-150 од. обладнання при масовому виробництві складних виробів. 
 У комплекс АЛ входить транспортна система, призначена для подачі заготовок зі складу до стендів, переміщення підвісної технологічного обладнання від одного стенду до іншого, для транспортування зі стендів готових виробів на головну лінію або склад готової продукції. 
 Виділяють жорсткі (синхронні) автоматичні лінії з характерною жорсткої межагрегатной зв'язком і єдиним циклом роботи верстатів і гнучкі (несинхронно) АЛ з гнучкою межагрегатной зв'язком. У цьому випадку кожен верстат має індивідуальний магазин-накопичувач межопераціонпих заділів. Залежно від функціонального призначення АЛ в машинобудуванні можуть бути заготівельними, механообробні, термічними, механоскладальних, складальними, контрольно-вимірювальними, пакувальними, консерваційними і комплексними.  

Одним з напрямів впровадження досягнень науково-технічного прогресу і вирішення завдань  оновлення та розширення асортименту  продукції, що випускається є створення  гнучких виробничих систем (ГВС). 
 ГВС у відповідності з державним стандартом являє собою сукупність у різних поєднаннях обладнання з числовим програмним управлінням, роботизованих технологічних комплексів, гнучких виробничих модулів, окремих одиниць технологічного обладнання і систем забезпечення їх функціонування в автоматичному режимі протягом заданого інтервалу часу, що володіють властивістю автоматизованої переналагодження при виробництві виробів довільної номенклатури в установлених межах значень їхніх характеристик. 
 ДПС призначена для виконання основних виробничих процесів (заготівельних, механічних та інших видів обробки і збірки). Така система має здатність швидкого переналагодження для виготовлення різних виробів даного конкретного виробництва. Гнучкі виробничі системи застосовуються в різних типах виробництва і розрізняються за характером продукції, що випускається і видами виконуваних робіт, за кількістю та масштабом агрегатів, об'єднаних у систему, за ступенем автоматизації окремих елементів і всієї системи в цілому, рівнями організаційної структури та іншими ознаками. 
 З організаційних ознаками розрізняють наступні види ДПС: 
  гнучка автоматизована лінія (ГАЛ) - гнучка виробнича система, в якій технологічне устаткування розташоване у прийнятій послідовності технологічних операцій; 
  гнучкий автоматизований ділянку (ГАУ) - гнучка продуктивна система, що функціонує за технологічним маршрутом, у якому передбачена можливість зміни послідовності використання технологічного обладнання; 
  гнучкий автоматизований цех (ГАЦ) - гнучка виробнича система, що являє собою в різних поєднаннях сукупність гнучких автоматизованих і роботизованих технологічних ділянок для виготовлення виробів заданої номенклатури; 
  система забезпечення функціонування технологічного обладнання ДПС - сукупність в загальному випадку взаємопов'язаних автоматизованих систем, що забезпечують проектування виробів, технологічну підготовку їх виробництва, управління гнучкою виробничою системою за допомогою ЕОМ та автоматичне переміщення предметів виробництва та технологічного оснащення. 
 У загальному випадку в систему забезпечення функціонування ДПС входять: автоматизована транспортно-складська система (АТСС), система автоматизованого контролю (САК), автоматизована система видалення відходів (АСУО), автоматизована система інструментального забезпечення (АСІО), автоматизована система управління технологічними процесами (АСУТП) ; автоматизована система наукових досліджень (АСНІ), система автоматизованого проектування (САПР), автоматизована система технологічної підготовки виробництва (АСТПП), автоматизована система управління ДПС (АСУ ГВС) та ін 
 Гнучкий виробничий модуль (ГПМ) - це автономно функціонуюча одиниця технологічного обладнання . Роботизований технологічний комплекс (РТК) - це сукупність одиниць технологічного обладнання, промислового робота і засобів їх оснащення, автономно функціонуюча й здійснює багаторазові цикли. РТК, призначені для роботи в ДПС, повинні мати автоматизовану переналагодження і можливість вбудовування в систему. 
 Основними характеристиками ГПМ та РТК є: здатність працювати деякий час автономно, без участі людини; автоматичне виконання всіх основних і допоміжних операцій; гнучкість, яка задовольняє вимогам дрібносерійного виробництва; простота налагодження, усунення відмов основного обладнання та систем управління; сумісність з устаткуванням традиційного і гнучкого виробництва ; висока ступінь завершеності обробки деталей з однієї установки; висока економічна ефективність. 
 Ефективність ДПС забезпечується за рахунок функціонування системи автоматизованого проектування, АСТПП, АСОПП та інших автоматизованих систем. 
 Інтеграція всіх автоматизованих систем в рамках АСУП веде до створення гнучкого автоматизованого виробництва (ГАП). Витрати на створення, придбання, утримання та використання засобів автоматизації дуже великі, тому автоматизація виробництва повинна мати соціально-економічне обгрунтування.  

Гнучка виробнича автоматизована система (ГВС) - це виробнича система зі складною структурою, що у свою чергу має складну функцію і взаємозв'язки між підсистемами. Робота усіх компонентів такої системи координується як єдине ціле системою керування, що забезпечує швидку зміну програми функціонування технічних способів системи, при зміні об'єкту виробництва.  
ГВС складається із таких підсистем: технологічної, транспортної, забезпечення інструменту, контролю якості, складської та управління.  
Під технологічною підсистемою розуміють сукупність взаємопов’язаних технічних машин (верстатів, автоматів), які здійснюють формоутворення деталі в автоматичному режимі (верстати).  
Транспортна підсистема складається з транспортних і накопичуваних пристроїв, які виконують проміжне зберігання й доставку заготівок, деталей до головної технологічної системи, або до складу. Також вона виконує орієнтацію і установку заготівок в необхідний момент часу на робочій позиції, знімання оброблених заготівок (деталей) та їх наступне транспортування в накопичувач.  
Складська підсистема забезпечує постачання для технологічної системи заготівок, деталей та їх зберігання. Складування включає в себе прийом вантажів, їх розміщення, зберігання, накопичування й видачу.  
Підсистема інструментального забезпечення відповідає за оперативну підготовку та зберігання виробничого інструменту, а також за його контроль й доставку до головного технологічного обладнання.  
Підсистема контролю збезпечує зберігання інформації про виготовлені вироби, налагодження вимірювальних пристроїі, своєчасне виявлення браку, операційний або приймальний контроль якості, видача результатів.  
Підсистема управління виготовляє оптимальне управління технологічною системою, організацію виробничого процесу, управління підсистемами, інформаційними потоками. Вона також розроблює оперативні завдання для верстатів і систем обслуговування, надає контроль виконання виробничого процесу і впливає на нього в разі відхилення від запланованого ходу виробництва, підготовлює технологічну й планову документацію. Система управління складається з управляючого обчислювального комплексу з відповідним програмним забезпеченням.  
Розбивши підприємство на підсистеми, ми можемо більш досконально вивчити проблему і знайти найкраще рішення.  

Гибкая производственная система (ГПС) — это совокупность в разных сочетаниях оборудования с  программным управлением, роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей, отдельных  единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. 
Неотъемлемой частью гибких производственных систем являются транспортные средства, в функции которых входят: 
получение заготовок со склада и автоматическая транспортировка их к заданному месту; 
загрузка рабочих мест необходимыми заготовками; 
взятие готовой продукции с рабочего места и транспортировка ее на следующее рабочее место или на склад; 
планирование оптимальных маршрутов обслуживания рабочих мест по заданному критерию качества; 
транспортировка промышленных отходов. 
В качестве автоматических транспортных устройств используют напольные и подвесные конвейеры линейного и замкнутого кругового типов, рельсовые напольные и монорельсовые подвесные транспортные роботы, автоматические транспортные тележки. 
Устройства первого и второго типов имеют существенный недостаток — малую гибкость при частом изменении технологического процесса, что делает их применение целесообразным в условиях серийного и массового производств. 
Системы на базе автоматических тележек обладают гибкой структурой, изменяющейся в зависимости от технологического процесса, и высоким уровнем автоматизации при быстрой переналадке. Будучи снабженными стапелирующими устройствами и манипуляторами с захватными устройствами, такие тележки выполняют сложные функции транспортных роботов. Наибольшее распространение получили автоматические тележки, перемещающиеся в плоскости, как наиболее эффективные. 
Для надежного функционирования систем технологической обработки необходимо создавать промежуточные накопительные склады, которые входят в транспортно-накопительные системы (ТНС). Они включают следующее оборудование: 
краны-штабелеры, рельсовые тележки (транспортировку грузовых единиц, загрузку и выгрузку стеллажей, приемных устройств технологического оборудования, транспортных механизмов, распределение грузовых единц между основным технологическим оборудованием); 
цепные, роликовые конвейеры (транспортировку и накопление грузовых единиц); 
перегрузочные устройства (изменение направления движения грузовой единицы на 90° без ее поворота); 
поворотные столы (изменение направления движения грузовой единицы с ее поворотом на 90—360°, поворот грузовой единицы на устройства контроля — контроль габаритных размеров грузовой единицы в процессе ее перемещения на входе в автоматизированную ТНС и контроль массы грузовой единицы на входе в ТНС); 
секции приемного стеллажа (загрузка и выгрузка кранов-штабелеров и тележек рельсовых и конвейерных механизмов) ; 
стеллажи (хранение грузовых единиц); 
приемные устройства (накопление грузовых единиц перед технологическим оборудованием); 
тара (емкость для укладки и транспортировки грузов); 
подвесные грузонесущие конвейеры (транспортировка тарно-штучных грузов по замкнутой пространственной трассе); 
подвесные толкающие конвейеры (транспортировка и накопление тарно-штучных грузов по замкнутой подвесной трассе с остановкой любой тележки на трассе в требуемом месте, передачей с конвейера на конвейер, вертикальным перемещением); 
однорельсовая подвесная дорога (транспортировка тарных грузовых единиц по разветвленной дороге с автоматическим адресованием); 
транспортно-перегрузочные роботы напольные (автоматическая загрузка и разгрузка затаренных грузов на движущийся подвесной транспорт по заданной программе, транспортировка и накопление грузовых единиц); 
автоматические конвейерные манипуляторы (перегрузка штучных или затаренных грузов с подвесного грузонесущего конвейера на загрузочные позиции технологического оборудования и наоборот); 
перегрузочные манипуляторы с ручным управлением (механизированные перегрузочные роботы с затаренными или штучными грузами); 
мостовые однобалочные электрические подвесные краны с автоматическим адресованием (транспортировка грузовых единиц, загрузка и выгрузка подвижного состава однорельсовых подвесных дорог); 
самоходные безрельсовые тележки (транспортировка грузов, причем загрузка и выгрузка тележки могут осуществляться вручную или с использованием робота); 
тележка-перекладчик (транспортировка грузов на поддонах или спутниках); 
тележка-тягач (перемещение грузов в прицепных тележках). 
В условиях ГПС электроробокары (самоходные безрельсовые тележки) транспортируют грузы со складов и межоперационных накопителей к технологическому оборудованию и обратно. 
В каждом из перечисленных случаев электроробокар оснащается соответствующим оборудованием для проведения погрузочно-разгрузочных работ или других операций. 
Создание типизированных ГПС на базе серийно выпускаемого оборудования, а также отдельных типовых решений позволит удовлетворить потребности в ГПС примерно на 70 %. В тех же случаях, когда типизированные ГПС не смогут удовлетворить заказчика, их следует использовать в качестве базового варианта и доукомплектовать специальным оборудованием.