Автоматы и линии последовательного действия

Автоматы и линии последовательного действия создают для полной или частичной обработки сложных изделий. В них всю обработку дифференцируют, разбивая на группы операций, стремясь к одинаковой их продолжительности и располагая в различных позициях согласно принятой технологической последовательности, обработку ведут во всех позициях одновременно; изделие последовательно проходит через все позиции и обрабатывается в них различными группами инструментов согласно технологическому процессу так, что в обработке одновременно находится число изделий, равное числу позиций.

Как показано выше, полную обработку изделия длительностью t_pо можно выполнить и в однопозиционном автомате (рис. V-10, а). Требования к повышению производительности привели к созданию автоматов последовательного действия с дифференциацией и концентрацией технологического процесса (рис. V-10, б). При небольшом числе позиции более рациональной является, однако, компоновка автоматов с расположением позиций по окружности (рис. V-10, б). Дальнейший рост требований к повышению производительности влечет за собой увеличение степени дифференциации и концентрации операций и числа рабочих позиций (рис. V-10, г).Однако при большом числе позиций нерациональной оказывается уже круговая компоновка из-за наличия большого “мертвого” пространства внутри автомата. Отсюда возврат к линейной компоновке (рис. V-10, д).

Постепенное возрастание количества последовательных позиций (рис. V-10, в, г, д) приводит к снижению надежности в работе, так как любой отказ инструмента или механизма вызывает останов всей системы из-за наличия жесткой связи между позициями. Поэтому для уменьшения общих потерь систему делят на отдельные участки, между которыми располагают магазины-накопители (рис. V-10, е), компенсирующие простои соседних участков. Так, в случае отказа первого участка второй участок получает заготовки из накопителя на границе между первым и вторым участком. Если первый участок работает, а второй простаивает, заготовки поступают в накопитель.

Однако при малом числе позиций в участке становится целесообразным возврат к круговой компоновке позиций (рис. V-10, ж).

Приведенный анализ показывает, что принципиального отличия между автоматами и автоматическими линиями не существует. Системы (рис. V-10, б, в, г, д) с равным основанием могут быть отнесены и к многопозиционным автоматам, и к автоматическим линиям. И те, и другие имеют единые законы построения, единые закономерности производительности.

Важнейшей задачей проектирования автоматов и линий последовательного действия является выбор оптимальной степени дифференциации и концентрации технологического процесса, т. е. наивыгоднейшего числа позиций q. Она решается на основе законов агрегатирования рабочих машин по критерию высокой производительности.

Производительность однопозиционной машины, полностью выполняющей заданный технологический процесс,

, (V-5)

где t_pо — суммарное время технологического воздействия согласно принятому технологическому процессу; t_x — суммарное время несовмещенных холостых ходов (загрузка и съем изделий, зажим и разжим, подвод и отвод инструментов и т. д,); å С — потери по инструменту одного комплекта инструмента; t_е — потери по оборудованию одного комплекта механизмов и устройств.

При этом å С + t_e = å t_п — собственные внецикловые потери однопозиционного автомата. Дифференциация и концентрация операций при создании многопозиционных автоматов приводят к изменению по величине всех составляющих затрат времени — длительности обработки и потерь.

Для того чтобы найти зависимость производительности автоматов последовательного действия от числа рабочих позиций q, необходимо определить, как изменяются в зависимости от а величины t_x, t_p,å С, t_е.

Согласно расчетной схеме (рис. V-11), технологический процесс дифференцируют таким образом, что комплект инструмента рассредоточивается на все q рабочих позиций. Если принять, что дифференциация равномерная, время обработки в i-й позиции

.

Время холостого хода, равное времени поворота шпиндельного блока из позиции в позицию, не зависит от характера технологического процесса и определяется лишь динамическими характеристиками машины. Поэтому в первом приближении оно не зависит от числа позиций (t_x = const).

При дифференциации технологического процесса на q частей

в i-й позиции имеется 1\q часть инструмента, отсюда собственные внецикловые потери i-ой позиции:

.

Так как отказ любой позиции приводит к останову всей машины, ее собственные внецикловые потери

. (V-6)

Графики зависимости всех составляющих затрат времени от числа рабочих позиций q показаны на рис. V-12.

Подставляя значения длительности рабочего цикла и собственных внецикловых потерь в общую формулу производительности, получаем функциональную зависимость производительности машин последовательного действия от числа рабочих позиций:

(V-7)

На рис. V-13 показаны графики зависимости производительности автоматов последовательного действия от числа позиции. При увеличении числа позиций производительность сначала растет, а затем падает вследствие возрастания внецикловых потерь. Следовательно, значительное увеличение числа позиций может привести к обратному результату.

Очевидно, для каждого сочетания конкретных условий работы можно определить наивыгоднейшую степень дифференциации технологического процесса, т. е. число позиций автомата q_mах, при котором обеспечивается максимальная производительность Q_max.

В неавтоматизированном производстве, когда технологический процесс выполняется группой из q последовательно работающих однопозиционных машин, проблемы определения оптимальной степени дифференциации операций не существует. Чем больше дифференцирован процесс обработки, тем выше технологическая производительность и ниже потери по инструменту каждой машины. Поэтому с увеличением числа позиций q производительность группы независимо работающих станков монотонно возрастает.

Для расчета наивыгоднейшего числа позиций производную dQ_q/(dq) в формуле (V-7) приравняем нулю, откуда получим

. (v-8)

Как показано выше (см. гл. III), внецикловые потери по оборудованию t_e являются комплексным показателем надежности механизмов и устройств автомата, характеризуя их безотказность и ремонтопригодность:

,

где w — параметр потока отказов (см. гл. III), характеризующий их интенсивность; Q _ср — среднее время обнаружения и устранения отказов.

Подставляя в формулу (V-8) значение t_e и учитывая, что t_pо = 1/К_о получаем

. (V-9)

Таким образом, наивыгоднейшее число позиций автоматов последовательного действия зависит только от двух факторов — общей длительности обработки детали и надежности в работе позиционных механизмов и устройств. Графики зависимости q_max от этих факторов показаны на рис. V-14.

Формула (V-9) и графики позволяют наглядно объяснить тенденции в проектировании многопозиционных машин, сложившиеся в различных отраслях машиностроения. В металлообработке, особенно при обработке металлов резанием, интенсивность отказов очень велика (w _ток. Р110- V-14), поэтому число позиций в многошпиндельных токарных автоматах целесообразно выбирать небольшим. При этом пределы их колебаний, вызванные различной величиной потерь, также невелики. Это хорошо подтверждается, например, многолетним опытом конструирования многошпиндельных токарных автоматов, которые создаются с числом позиций q = 4, 6, 8.

И наоборот, в полупроводниковом и электровакуумном машиностроении многопозиционные автоматы часто имеют число позиций q = 24, 36, 48 и выше. Это объясняется более легкими условиями работы — обработка без снятия стружки, с малыми рабочими усилиями и, следовательно, малой величиной интенсивности отказов w _отк (рис. V-14). Формула (V-9) и графики (рис. V-14) позволяют объяснить также большую разницу в числе позиций различных машин. Как наглядно показано на графиках, в зоне малых внецикловых потерь даже незначительное их сокращение позволяет резко повысить наивыгоднейшее число рабочих позиций.

Указанные закономерности изменения производительности и выбора числа рабочих позиций в равной степени справедливы и для автоматических линий последовательного действия с жесткой межагрегатной связью (см. рис. V-10, б, в, г, д). В автоматических линиях, разделенных на участки, зависимость длительности рабочего цикла от числа позиций сохраняется полностью, как и для многопозиционных автоматов. Внецикловые потери одного участка при делении линии по методу равных потерь и полной компенсации накопителями простоев остальных участков составляют

, (V-10)

где n_уч — число участков, на которое разделена линия.

Если компенсация простоев происходит неполностью, что всегда имеет место из-за ограниченной емкости накопителей, простои i-го участка возрастут в w раз:

(V-11)

где w — коэффициент возрастания внецикловых потерь из-за простоев соседних участков.

Подставляя значение t_уч в общую формулу производительности, получаем

(V-12)

Показанные на рис. V-15 графики зависимости производительности автоматических линий от числа рабочих позиций при различном числе участков показывают, что деление линии на участки позволяет повысить наивыгоднейшую степень дифференциации и концентрации операций технологического процесса.

При выборе числа позиций линии следует иметь в виду, что не всегда можно создать автоматическую линию с числом позиций, обеспечивающих теоретически максимальную производительность. Обычно характер технологического процесса и конструктивные соображения не позволяют выбирать число позиций меньше определенного значения q_min, учитывая, что в каждой позиции может совершаться, как правило, лишь один ход механизма и инструмента за рабочий цикл.

Так как линия может включать несколько технологических участков, на границах которых происходит перебазировка детали, то минимальное число позиций, определяемое технологическим процессом q_min, может значительно превышать число позиций, обеспечивающее теоретически максимальную производительность q_max. Таким образом, автоматическая линия может обеспечить не производительность Q_max, а значительно меньшую величину.

С другой стороны, всегда существует и максимально возможное количество рабочих позиций, определяемое невозможностью дифференцирования таких операций, как чистовая расточка, нарезание резьбы и др.

Кроме того, следует иметь в виду, что не всегда линия проектируется на максимальную производительность. Обычно при проектировании линии задается ее проектная мощность Q_тр определяемая потребностью в данных изделиях и другими соображениями.

Если Q_тр < Q_max, то, построив зависимость производительности от числа позиций, можно определить оптимальную степень дифференциации и концентрации операций, которая обеспечивает заданную производительность Q_тр.

Если Q_тр > Q_max, то заданная производительность не может быть обеспечена.

Дата добавления: 2014-11-25