3. Fazy rozwoju środków wytwórczych wg H. B. Kiefa

Transkrypt

1 ZAGADNIENIA WSTĘPNE 1. Składniki strumieni przepływających przez system wytwórczy strumienie: energetyczny, materiałowy, informacyjny. System wytwórczy zawiera: maszyny produkcyjne i narzędzia system manipulacji materiałem, system komputerowy do koordynowania i/lub sterowania powyższymy składnikami. Zasoby ludzkie są potrzebne stale lub okresowo do utrzymania systemu wytwórczego w ruchu. 2. Zakresy zastosowań różnych koncepcji organizacyjnych wytwarzania 3. Fazy rozwoju środków wytwórczych wg H. B. Kiefa faza 1 okres szybkiego rozwoju produkcji obrabiarek konwencjonalnych. Po zniszczeniach wojennych popyt na wszystkie wyroby przemysłowe był dyży. W przemyśle odbrabiarkowym rozwijałą się więc produkcja atuomatów do wytwarzania długich serii wyrobów. faza 2. Obrabiarki nowej generacji. Ogólne ożywienie na rynku faza 3. Długość produkowanych serii, oraz czas życia wyrobów uległy skróceniu, zaś zwiększyła się ich różnorodność i stopień złożoności. faza 4. Na plan pierwszy wysunięty problem koordynacji między róznymi urządzeniami i obszarami funkcjonalnymi. faza 5. Konieczne stało się całościowe rozwiązanie zagadnienia zintegrowanego przepływu informacji. Koncepcje takie, w postaci rozwiązań CIM pojawiły sięw tej fazie. 4. Cele automatyzacji montażu wysoka, stabilna wydajność, optymalne wykorzystanie powierzchni, ciągłość produkcji, bez zatorów i wąskich gardeł,pełna kontrola jakości na każdym etapie montażu skrócenie cykli produkcyjnych i zwiększenie wydajności,optymalizacja komunikacji wokółprodukcyjnej, w tym dostaw komponentów na linie, ergonomia stanowiska i łatwość obsługi, bezpieczeństwo pracy, niskie koszty produkcji, planowanie i udokumentowanie przebiegu produkcji, uzyskanie powtarzalnej, możliwie najwyższej jakości, redukcja zatrudnienia 5. Wymagania zrobotyzowanego elastycznego systemu montażowego technologia montażu musi być dostosowana do robotyzacji, tzn powinna być spełniona zasada DFA, postać i kształt części składowych, montowanych w wyrób, musi ułatwiać ich orientacjię, montowany wyrób musi przechodzić ze stanowiska na stanowisko w uporządkowanej kolejności, wszysteki części skłądowe muszą być montowane w określonym miejscu i czasie we właściwej kolejności.części składowe muszą mięc tolerancje wymiarowe zapewniające ich całkowitą zamienność lub być podzielone na grupy selekcyjne, proces montażu musi mieć skuteczny podsystem monitorowania, nadzorowania i wykrywania występujących nieprawidłowości. ELEMENTY I ZESPOŁY OBRABIAREK 6. Cechy techniczno-użytkowe obrabiarek Przeznaczenie(maszyny ogólnego przeznaczenia, maszyny specjalizowane i maszyny specjalne), wielkości charakterystyczne, wyposarzenie, wydajność, dokładność obrabiarki, sprawność, niezawodność, trwałość maszyny 7. Definicja i typy linii charakterystycznych linie charakterystyczne stałe: proste(pow. walca prostego, płaszczyzna), złożone(pow. zęba koła walcowego, pow. krzywki tarczowej) zmienne: proste(pow. stożkowa, pow walka kształtowego) złożone(pow. zęba koła stożkowego, pow. dowolna) 8. Klasyfikacja ruchów w obrabiarkach i ich charakterystyka Ruchy podstawowe: są niezbędne do przeprowadzenia procesu roboczego obrabiarki czyli potrzebne do ukształtowania przedmiotu oraz skrawania naddatku obróbkowego, ruchy podstawowe decydujące o ukształtowaniu powierzchni: ruchy krztałtowania, podziałowe, nastawcze. Ruchy podstawowe wpływające na proces skrawania: ruchy głowne i posuwowe Ruchy pomocnicze: uzupełniają proces roboczy obrabiarki. Podział ruchów pomocniczych: ruchy dosuwu i odsuwu narzędzia oraz orazobrabianego przedmiotu. ruchy zakładania i mocowania oraz zdejmowania narzędzia i obrabianego przedmiotu, ruchy włączania i wyłączania czynności roboczych obrabiarki. pozostałe ruchy pomocnicze. Występują również ruchy przestawiania narzędzia względem przedmiotu obrabianego. 9. Składniki układu kształtowania obrabiarki Układ kształtowania obrabiarki stanowią elementu i mechanizmy. które zapewniają uzyskanie wymaganego kształtu wykonywanych przediotów. Podstawowymi elementami układów kształtowana są zespoły prowadnicowe ruchu obrotowego lub prostoliniowego. w których są mocowane narzędzia i przedmiotu obrabiane. Zespoły te stanowią ary kinematyczne o jednym stopni swobody. które wyznaczają tory prostych ruchów kształtowania. Zespoły prowadnicwe są uzsytuowane przestrzennie za pomocą orpusów, tworząc układ geometryczny obrabiarki. 10. Obrabiarki o prostych i złożonych ruchach kształtowania (przykłady) W przypadku obrabiarek o prostych ruchach kształtowania ich układ gemetryczny jest zarazem ich układem kształtowania. przykłady: tokarka wirtarka wytyczarka szlifierka do otworów strugarka wzdłużna. przykłady złożonych: tokarka do gwintów, tokarka zataczarka, obrabiarka do uzębień, tokarka kopiarka 11. Główne i pomocnicze zespoły maszyny technologicznej Główne: silnik napędowy w sposob ciągły lib okresowy, przetwarza energię elektryczną na mechaniczną, która jest źródłem energii układu napędowaego maszyny. Energi silnik pobiera z sieci elektroenergetycznej, układ napędowyskładający się z róznych mechanizów i przekładni. Przenosi on ruch ze źródła napędu na zespoły robocze maszyny, najczęściej z jednoczesną wymaganą zmianą prędkości przenoszonego ruchu, zaspoły robocze realizują w procesie pracy maszyny niezbędne ruchy narzędzia i przedmiotu. Do zespołow tych zalicza się wrzeciona robocze, suporty, stoły itp. zespoły te mogą wykonywać ruchy obrotowe lub posuwowe. Zespoły pomocnicze: Zespół uchwytowy- połączenie narzędzia lub przedmiotu obrabianego z zespołem roboczym maszyny, Zespoły nośne (korpusy)- zespły łącznące w całość wszystkie zespoł maszyny, Zespoł sterowania- kierowanie ruchami i czynnościami, Urządzenia nastawne i pomiarowe, urządzenia smarujące, urządzenia chłodzące 12. Podstawowe funkcje i wymagania spełniane przez korpusy FUNKCJE: Korpusy są elementami maszyn, które spełniają szereg funkcji polegających na: utrzymywaniu elementów, zespołów i mechanizmów maszyny w określonym wzajemnym położeniu przyjmowaniu wszelkich obciążeń w postaci sił i momentów sił np. od napędu, od procesu wykonywanej przez maszynę pracy, związaniu maszyny z podłożem i przenoszenie wszelkich obciążeń na fundament. WYMAGANIA: Korpusy powinny zapewniać: łatwość obsługi maszyny podczas pracy, łatwość wykonania montażu tj. łączenia elementów i zespołów w gotową maszynę, przy stosowaniu połączeń zarówno rozłącznych, np. śrubowych, klinowych, jak i nierozłącznych, np. nitowych, spawanych, oraz łatwość wykonania demontażu, tj. rozłączenia maszyny na elementy i zespoły, niezmienność kształtów i wymiarów z upływem czasu, uzyskiwaną przez sezonowanie, tj. stabilizowanie korpusów (proces polegający na wygrzewaniu korpusów w podwyższonej temperaturze lub przechowaniu ich w temperaturze otoczenia, ale przez dłuższy czas najczęściej na wolnym powietrzu, w celu zmniejszenia naprężeń własnych), odporność na drgania i zdolność ich tłumienia; osiąga się to przez właściwą konstrukcję oraz dobór na korpusy materiału o takich właściwościach, swobodne odprowadzenie wiórów. 13. Podstawowe wymagania stawiane połączeniom prowadnicowym Podstawowe wymagania stawiane połączeniom prowadnicowym w obrabiarkach są następujące: wysoka dokładność geometryczna, określana wartościami i kierunkowością odchyłek toru ruchu rzeczywistego od teoretycznego; odporność na zużycie, stanowiąca podstawowy warunek zachowania wymaganej dokładności obrabiarki przez dostatecznie długi czas jej użytkowania; małe opory tarcia; dostatecznie duża sztywność stykowa, przejawiająca się małymi odkształceniami współpracujących powierzchni pod działaniem sił normalnych. 14. Typy prowadnic i przykładowe zastosowania Klasyfikacja prowadnic (rys. 2.5) oparta jest o następujące kryteria: kształt toru, położenie i kształt przekroju poprzecznego prowadnic oraz zasadę współpracy (rodzaj tarcia). Zasadniczy podział prowadnic wynika z rodzaju współpracy, czyli podział na prowadnice ślizgowe (hydrostatyczne, hydrodynamiczne, aerostatyczne) i toczne. Pozostałe kryteria podziału są stosowane zarówno w prowadnicach tocznych jak i ślizgowych. Dokonując podziału prowadnic według kształtu powierzchni nośnych dzielimy je na trójkątne (pryzmowe), prostokątne, trapezowe(jaskółczy ogon), kołowe. Ze względu na położenie powierzchni nośnych prowadnice dzielą się na zewnętrzne (wypukłe) i wewnętrzne obejmujące prowadnik 15. Podstawowe zadania zespołu wrzecionowego Zespół wrzecionowy składa się z wrzeciona, łożysk wrzecionowych i obsady łożysk (tuleja lub korpus). W końcowym efekcie o dokładności ruchu powierzchni bazującej (końcówki) wrzeciona decydują dokładności wykonania tych trzech elementów oraz sposób ich skojarzenia. Układ wrzecionowy ma spełniać następujące zadania: ustalić i mocować bezpośrednio lub za pomocą uchwytu w określonym położeniu roboczym przedmiot lub narzędzie, wprawiać w ruch obrotowy albo jednoczesny ruch obrotowy i postępowy obrabiany przedmiot lub narzędzie, przenosić siły poprzeczne i wzdłużne oraz momenty skręcające powstałe w procesie skrawania. 16. Typy łożysk ślizgowych stosowanych w obrabiarkach i ich charakterystyka - łożyska hydrodynamiczne, w których tarcie płynne uzyskuje się dopiero po przekroczeniu prędkości granicznej. Poniżej tej prędkości występuje tarcie mieszane i w tych warunkach łożyska wrzecionowe nie powinny pracować. Spośród zalet łożyskowania hydrodynamicznego na wyróżnienie zasługują: dobre tłumienie drgań, duża trwałość dokładności szczególnie w łożyskach natawianym luzem, małe wymiary poprzeczne a w łożyskach nastawialnych brak konieczności dokładnego wykonania wymiaru średnicy otworu Panwi. Do wad należą: możliwość wirowania błądzenie osi czopa, indywidualnie wykonanie z drogich materiałów (brąz). - łożyska hydrostatyczne, w których olej jest do komór smarowych Panwi doprowadzany pod ciśnieniem i stale ( nawet przy n=0) rozdziela Panew do czopa. Tarcie płynne występuje więc w całym zakresie prędkości obrotowych. W zespołach wrzecionowych obrabiarek stosowane są łożyska hydrostatyczne poprzeczne i wzdłużne. -łożyskowanie aerostatyczne, oparte na tych samych zasadach pracy co hydrostatyczne, z tym konstrukcyjne Panwi 17. Mechanizm krzywkowy (schemat) - przeznaczenie i Mechanizmy krzywkowe służą do zamiany ruchu obrotowego na ruch prostoliniowy posuwisto-zwrotny o niewielkim skoku. Zapewniają możliwość uzyskania dowolnego przebiegu ruchu na określonym odcinku drogi w obu kierunkach, przy czym zmiana prędkości i kierunku ruchu jest wymuszona odpowiednim ukształtowaniem zarysu krzywki. Mechanizmy te są stosowane w obrabiarkach automatycznych sterowanych mechanicznie - krzywkowe oraz w układach sterujących obrabiarek produkcyjnych i uniwersalnych. Zaletą mechanizmów krzywkowych w zastosowaniu do napędu ruchów prostoliniowych w obrabiarkach jest możność uzyskania ruchu w zasadzie o dowolnym przebiegu prędkości w funkcji drogi w obu kierunkach, co uzyskuje się dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu zarysu krzywki. Do wad mechanizmów krzywkowych należy zaliczyć: ograniczoną długość przesuwu, małą wytrzymałość, skłonność do szybkiego zużywania się i wrażliwość na uderzenia. Mechanizmy krzywkowe znajdują szczególnie szerokie zastosowanie do realizowania złożonych cyklów ruchów w obrabiarkach automatycznych (automaty tokarskie), a także w różnego rodzaju urządzeniach sterujących (np. do przełączania kół zębatych i sprzęgieł w skrzynkach przekładniowych). 18. Mechanizm korbowy (schemat) - charakterystyka i Mechanizm korbowy ze względu na prostą konstrukcję jest od dawna do dzisiaj stosowany do niewielkich skoków (do 200 mm) w dłutownicach, w obrabiarkach dłutujących do obwiedniowej obróbki kół zębatych i w piłach ramowych. Mechanizm korbowy: L - długość korbowodu, r - ramię korby, s - skok suwaka, vr - prędkość ruchu roboczego, vj - prędkość ruchu jałowego

2 19. Mechanizm jarzmowy (schemat) - charakterystyka i Mechanizm jarzmowy z jarzmem wahadłowym, podobnie jak mechanizm korbowy, jest samonawrotny, tzn. nie wymaga stosowania żadnych dodatkowych członów (nawrotnicy) do zmiany kierunku ruchu. Jedną z odmian mechanizmu jarzmowego przedstawiono na rys Jarzmo o długości L, podparte przegubowo w punkcie O i powiązane u góry z suwakiem za pośrednictwem klocka ślizgowego, jest wprawiane w ruch wahadłowy za pomocą korby obracającej się dokoła punktu O ze stałą prędkością obrotową n obr/min. Korba jest tak rozwiązana, że można zmieniać jej promień r, przez co uzyskuje się różne skoki S suwaka. 20. Zasada działania mechanizmu zapadkowego (schemat) i Mechanizmy zapadkowe stosowane są do napędu ruchu posuwowego (np. strugarki poprzeczne). Najczęściej stosuje się zapadki zębate (koło zapadkowe - zapadka), ale bywają też zapadki cierne pracujące na zasadzie sprzęgła wyprzedzającego (wolne koło). Zapadki zębate mają koło zapadkowe z uzębieniem zewnętrznym lub rzadziej wewnętrznym. 21. Mechanizm maltański - schemat i zastosowanie w obrabiarkach Klasycznym przykładem mechanizmu ruchu przerywanego jest mechanizm maltański składający się z tarczy wrębowej l napędzanej korbą 2 zakończoną rolką 3. Liczba wrębów z tarczy wrębowej może być różna; najczęściej z = 4, 5 lub 6. Na jeden obrót korby przypada l/z obrotu tarczy wrębowej. Mechanizmy maltańskie są stosowane najczęściej do okresowego obrotu głowic rewolwerowych tokarek rewolwerowych, wiertarek oraz półautomatów i automatów tokarskich, a także do synchronizacji obrotów walcowych krzywek (bębnów) stosowanych w jednodźwigniowym sterowaniu skrzynek. 22. Przekładnia gitarowa - schemat i zastosowanie w obrabiarkach Przekładnie gitarowe stosowane są bardzo często w obrabiarkach, na których można toczyć lub frezować gwinty oraz w obrabiarkach do uzębień. Przekładnie te ze względu na małą ich sztywność używane są głównie w układach posuwu dla małych mocy i przy niewielkich prędkościach. Przekładnię gitarową z wahliwą płaską dźwignią (kołyską, gitarą) pokazano 25. Wymagania szczegółowe stawiane napędom ruchu głównego - dużą sztywnością charakterystyki mechanicznej, czyli małym spadkiem prędkości obrotowej wału silnika przy zwiększaniu momentu obciążenia, - dużym zakresem bezstopniowej zmiany (nastawiania) prędkości obrotowej silnika do obr/min, - przebiegiem dopuszczalnego obciążenia w funkcji prędkości obrotowej, który jest dostosowany do technologicznej charakterystyki obciążenia obrabiarki, - szybkim rozruchem, zwłaszcza przy dużych prędkościach obrotowych, w celu krótkiego dochodzenia do zadanej prędkości - co oznacza skrócenie czasów pomocniczych, - zdolnością do pracy serwonapędowej, tzn. możliwością pozycjonowania przy hamowaniu. 26. Wymagania szczegółowe stawiane napędom ruchu posuwowego - duży zakres bezstopniowej zmiany prędkości silnika, umożliwiający realizację zarówno posuwu roboczego w granicach pt = 0-4 m/min, jak i szybkiego przesuwu do ok m/min, - szybki rozruch i hamowanie, czyli duże przyspieszenie i opóźnienie ruchu, które jest uwarunkowane dużym momentem rozwijanym przez silnik w stanach przejściowych i małymi momentami bezwładności napędzanych elementów, - duża sztywność mechanicznych elementów przenoszących napęd od silnika do zespołu przesuwnego obrabiarki i duża odporność na pojawianie się zjawiska stick-slip, czyli ciernych drgań relaksacyjnych, - małe opory ruchu uwarunkowane niewielkimi siłami tarcia w połączeniach prowadnicowych i przekładniach, co jest istotne szczególnie ze względu na zjawisko stick-slip i oszczędność energii przy ruchach przesuwnych - duża równomierność ruchu (małe wahania prędkości), zwłaszcza dla małych prędkości posuwu, - duża dokładność pozycjonowania, czyli mały elementarny krok umożliwiający elementarne przemieszczenie ok. 2 µm. 27. Klasyfikacja napędów głównych obrabiarek Mechanizm korbowy 3 z regulowaną długością korby r powoduje kątowe wahania ramienia z zapadką 2. Podczas ruchu ramienia w lewo zapadka zazębia się z zębami koła zapadkowego powodując jego obrót. W drodze powrotnej zapadka przeskakuje po zębach nie powodując obrotu koła. Wałek, na którym osadzone jest koło zapadkowe, zakończony jest przekładnią śrubową 4 nadającą okresowy posuw suportowi 5. Kąt obrotu koła zapadkowego zależy od liczby zębów, o którą zapadka je obróci oraz od całkowitej liczby zębów w kole. NAPĘDY OBRABIAREK 23. Podstawowe zadania spełniane przez napędy obrabiarek Napędy stosowane w obrabiarkach, maszynach i urządzeniach technologicznych spełniają dwa podstawowe zadania: 1. Uzyskanie ruchu niezbędnego do wykonania pracy wynikającej z głównej funkcji realizowanej przez obrabiarkę (maszynę); jest to ruch o dużej energii. Napędy takie nazywają się napędami wykonawczymi, a w obrabiarkach napędami ruchu głównego. 2. Zapewnienie względnego ruchu organów roboczych obrabiarki (maszyny) po zaprogramowanym torze i z określoną prędkością, a w szczególności pozycjonowanie w żądanym położeniu. Napędy takie w ogólności nazywają się napędami pozycjonującymi, a w obrabiarkach napędami ruchu posuwowego (posuwu) lub ruchu przesuwowego. Są to napędy o stosunkowo małej energii. Wymagania stawiane napędom stosowanym w obrabiarkach i urządzeniach technologicznych można podzielić na dwie grupy: wymagania ogólne, wymagania szczegółowe. 24. Wymagania ogólne dotyczące wszystkich rodzajów napędów w obrabiarkach wymagany zakres prędkości obrotowej silnika, dostatecznie dużą moc lub moment napędowy silnika, wystarczający do wykonania pracy (pokonania obciążeń zewnętrznych) i pokonania oporów wynikających z sił tarcia napędzanych mechanizmów i obciążeń wewnętrznych, dostępność na rynku, duża sprawność i mały koszt napędu, niezawodność oraz łatwość obsługi i konserwacji; obecnie coraz częściej wymaganie to przyjmuje formę: bezobsługowość pracy napędu, małe gabaryty i masa napędu. 28. Preferowane obecnie rozwiązania napędów głównych obrabiarek prądu stałego z dodatkową dwu- lub trzystopniową skrzynką prędkości tzw. bezpośredni lub zintegrowany, tj. z silnikiem trójfazowym asynchronicznym lub synchronicznym zbudowanym jako elektrowrzeciono, z prędkością regulowaną przez sterowanie częstotliwością. 29. Preferowane obecnie rozwiązania napędów posuwowych obrabiarek 1) Tradycyjne napędy, w których silnik o ruchu obrotowym, bezpośrednio lub za pośrednictwem przekładni (kołowej zębatej albo pasowej zębatej), napędza śrubę toczną. 2) Napędy z elektronakrętką, w których silnik jest zintegrowany z obracającą się nakrętką toczną, a śruba pozostaje nieruchoma. 3) Bezpośrednie napędy z liniowym silnikiem elektrycznym. 4)

3 30. Składniki typowego modułu napędu posuwu z silnikiem obrotowym napędzającym śrubę toczną (schemat) oraz zalety i wady tego napędu Taka jednostka posówowa składa się z liniowego połączenia prowadnicowego tocznego z wbudowanym napędem z precyzyjną rubą kulkową lub pasem zębatym, a czasami także z układem pomiarowym. Rozwiązania takie są oferowane obecnie przez wielu producentów. Jednoski te umożliwiają szybkie pozycjonowanie przy stosunkowo wysokiej dokładnosci ruchu. Takie jednostki posówowe ze srubą toczną są stosowane we frezarkach i innych obrabiarkach NC. Zalety: -możliwosc optymalizowania konstrukcji przez stosowanie silników o dużej prędkosci obrotowej i mechanicznych przekładni redukujących -dzieki mech. Przekładni redukującej minimalicacja zwrotnego wpływu obciążenia na silnik napędowy -odsunięcie źródła ciepła, jakim jest silnik, od struktury mechanicznej obrabiarki -możliwosc wariantowania konstrukcji przy stosunkowo niewielkich kosztach -ograniczenia wartosci współczynnika wzmocnienia prędkosciowego (Kv = l/s), spowodowane skończoną sztywnoscią mechanicznych elementów przenoszących napęd -nieliniowosci w elementach mechanicznych ujawniające podczas występowania luzu zwrotnego -ograniczona trwałosc spwodowana zużywaniem się elementów napędu -ograniczona prędkosc obrotowa sruby tocznej, powodująca koniecznosc stosowania dużych wartosci skoku gwintu przy dużych prędkosciach posuwu -nagrzewanie się sruby i związane z tym odkształcenia cieplne 31. Budowa modułu posuwowego z napędzaną elektronakrętką (schemat) oraz zalety i wady tego napędu 34. Elementy składowe serwomechanizmu z komutatorowym silnikiem prądu stałego Serwomechanizm z komutatorowym silnikiem prądu stałego składa się z: -silnika prądu stałego obcowzbudnego lub z magnesami trwałymi -regulatora i wzmacniacza elektronicznego -zasilacza tyrystorowego -bezluzowej przekładni redukującej prędkosc obrotową silnika i ewentualnie przekładni zaminiającej ruch obrotowy na postępowy -układów pomiarowych położenia i prędkosci 35. Podstawowe rozwiązania napędów obrabiarek z zastosowaniem silników prądu przemiennego Wśród wielu rozwiązań napędów maszyn technologicznych z zastosowaniem silników prądu przemiennego wyróżnia się: napędy z silnikiem asynchronicznym zasilanym z sieci energetycznej, w których występuje jedna prędkość obrotowa lub napędy stopniowe złożone z silnika oraz stopniowej skrzynki prędkości, umożliwiające uzyskanie szeregu prędkości obrotowych zmienianych w sposób stopniowy, napędy złożone z silnika asynchronicznego oraz bezstopniowej przekładni mechanicznej, co umożliwia uzyskanie bezstopniowo zmienianej prędkości obrotowej organu roboczego, napędy złożone z silnika prądu przemiennego zasilanego z falowniki częstotliwości o bezstopniowo regulowanej prędkości obrotowej 36. Zalety silników prądu przemiennego w odniesieniu do silników prądu stałego Zalety silników prądu przemiennego w odniesieniu do silników prądu stałego to: -silniki nie mają komutatora i szczotek, nie wymagają nadzoru technicznego polegającego na wymianie szczotek, usówaniu pyłu i czyszczeniu komutatora i cechują się dużą niezawodnoscią i bezobsługowoscią pracy -brak komutatora i uzwojenia w wirniku czyni silniki bardziej wytrzymałe mechanicznie i w napędach można uzyskac duże prędkosci obrotowe -ze względu na brak komutacji mogą rozwijac duży moment w rozległym zakresie regulacji prędkosci, co podwyższa parametry dynamiczne napędu -wirniki silników prądu przemiennego mają mniejszy moment bezwładnosci, przez co można uzyskac większe przyspieszenie w procesie rozruchu i hamowania przy tym samym momencie napędowym silnika -w silnikach prądu przemiennego straty energii występują przede wszystkim w stojanie, skąd łatwo odprowadzi ciepło w sposób naturalny lub za pomocą chłodzenia obcego, przez co silniki mogą być prostszej konstrukcji i mniejszych rozmiarów -silniki mają sztywną charakterystykę mechaniczną -statecznosc pracy, czyli zdolnosc do samoczynnego dostosowania się do zmian obciążenia, co powoduje, że nie są wymagane dodatkowe układy regulacyjne 37. Podstawowy schemat blokowy układu serwonapędowego prądu przemiennego z silnikiem asynchronicznym skokowego wysokomomentowego. 41. Główne bloki układów pomiarowych położenia i przemieszczenia i stawiane im wymagania Układy pomiarowe położenia i przemieszczenia są elementami składowymi układów regulacji automatycznej położenia, tzn. serwomechanizmów stosowanych w napędach pozycjonujących. Umożliwiają one realizację pętli sprzężenia zwrotnego położeniowego. Z punktu widzenia funkcjonowania i konstrukcji układu pomiarowego można wyróżnić dwa funkcjonalne bloki: czujnik pomiarowy przekształcający wielkość ruchową (przemieszczenie lub położenie) w inną wielkość fizyczną, układ zasilająco-przekształcający (przetwornik), który umożliwia uzyskanie pomiarowego sygnału elektrycznego. Wymagania stawiane układom stosowanym w obrabiarkach i urządzeniach technologicznych można określić następująco: 1. Duży zakres pomiarowy, który w przypadku obrabiarek ciężkich może sięgać nawet kilku metrów. 2. Wysoka dokładność pomiaru, określona wymaganą względną rozdzielczością układu pomiarowego; dla ruchu postępowego wynosi od 10-5 do l0-6, co oznacza dokładność pomiaru 0, mm na drodze l m, a dla ruchu obrotowego 10-3, tzn. 1/1000 obrotu. 3. Przystosowanie do pracy w warunkach przemysłowych, przy zmiennej temperaturze, w obecności drgań, przy dużych przyspieszeniach itp. 4. Sygnał wyjściowy w postaci przebiegu elektrycznego, dogodnego do dalszego przetwarzania. 42. Klasyfikacja stosowanych w obrabiarkach CNC układów pomiarowych przemieszczenia i położenia W tym rozwiązaniu mamy napęd posówu z nieobrotową srubą i nakrętką obrotową zintegrowaną z serwosilnikiem napędowym. Zalety: -mniej elementów przenoszących napęd od silnika, nieobrotowa sruba nie ma łożysk, w przeciwieństwie do dotychczasowych rozwiązań -momenty bezwładnosci, które mają istotny wpływ na dynamiczne własciwosci serwonapędu, są znacznie mniejsze niż w konwencjonalnych napędach -nieruchome i sztywne zamocowanie sruby na obu końcach oraz jej napięcie wstępne umożliwia uzyskanie bardzo dużej sztywnosci skrętnej; minimalna sztywnosc (w srodku jej długosci) jest ok czterokrotnie większa niż konwencjonalnej obracającej się sruby, na poprawę sztywnosci skrętnej napędu wpływa także zmniejszenie liczby elementów mechanicznych -można uzyskac bez specjalnych trudnosci duży (Kv = 100 l/s) współczynnik wzmocnienia prędkosciowego -ograniczenia geometryczne wynikające ze srednicy sruby tocznej determinowanej wymagana sztywnoscią osiową napędu, srednica nakrętki musi być bowiem od 1.5 do 3 razy większa od srednicy sruby, co oznacza duży moment bezwładnosci wirnika silnika -trudnosc z uzyskaniem dużych wartosci przyspieszeń dla zespołów przesównych o relatywnie małej bezwładnosci w stosunku do dużej bezwładnosci wirnika silnika (to ogranizenie można częsciowo ominąc przez optymalizację konstrukcji silnika i nakrętki oraz stosowanie srub o dużym skoku gwintu) 32. Zalety i wady bezpośrednich napędów liniowych Jest to rozwiązanie przyszłosciowe. Są to napędy prądu stałego, prądu przemiennego z silnikami asynchronicznymi i synchronicznymi oraz silniki skokowe. Zalety: -bardzo duża powtarzalnosc i dokładnosc pozycjonowania -możliwosc uzyskania dużych (v>100 m/min) prędkosci ruchu posównego i przesównego -duża niezawodnosc (brak części zużywających się) -często zbyt duża objętosc i duża masa własna (niekorzystny stosunek masy do siły napędowej) -koniecznosc zastosowania obcego chłodzenia -wrażliwosc na zmienne obciążenia -utrudnienia w zastosowaniu w osiach pionowych -duży koszt 33. Schemat blokowy tyrystorowego układu napędowego ze sprzężeniem zwrotnym: prędkościowym i prądowym 38. Cechy charakterystyczne napędów liniowych z trójfazowym silnikiem asynchronicznym i synchronicznym Napędy liniowe z trójfazowym silnikiem asynchronicznym prądu przemiennego mają następujące cechy charakterystyczne: siła posuwowa zależy głównie od obciążenia, co dla zmiennego obciążenia prowadzi do pulsacji, wskutek indukowania SEM następuje silne nagrzewanie się statora, każdorazowo po włączeniu silnika musi być sprawdzone położenie punktu początkowego w układzie współrzędnych absolutnych, siła przyciągająca ruchomy prowadnik (część pierwotną) do nieruchomych prowadnic działa tylko wtedy, gdy jest włączone zasilanie, silniki asynchroniczne cechuje duże zapotrzebowanie prądowe wynikającej z prądu magnesującego. Napędy liniowe z trójfazowym silnikiem synchronicznym charakteryzują się tym, że: stosunek siły pociągowej do masy silnika jest od 50 do 100% większy niż dla asynchronicznych, następuje niewielkie nagrzewanie się części wtórnej (statora silnika), po wyłączeniu napędu cały czas występuje siła przyciągająca ruchomy prowadnik (część pierwotną) do nieruchomych prowadnic, proste algorytmy, pełniące funkcję regulatora, wystarczają do sterowania pracą silnika, dzięki czemu możliwe jest stosowanie większych częstotliwości próbkowania. 39. Zalety i wady zastosowania napędu posuwu silnikiem liniowym zamiast silnika obrotowego i przekładni śrubowej Napęd posuwu silnikiem liniowym - zamiast silnika obrotowego i przekładni śrubowej - cechuje się zaletami: znacznym zmniejszeniem bezwładności układu (brak śruby pociągowej i kół pasowych), z czego wynika możliwość uzyskiwania znacznych przyspieszeń, brakiem elementów pośrednich (przekładni), co zwiększa sztywność maszyny, możliwością stosowania dużych wzmocnień w pętli regulacyjnej, co daje dobrą dokładność nadążania za danym konturem, brakiem ograniczeń prędkości i długości przesuwu, możliwością uzyskania dużych (v > 100 m/min) prędkości ruchu posuwowego i przesuwowego, użyciem jednego systemu pomiarowego (liniału) zarówno do sterowania silnikiem, jak i do pomiaru współrzędnych, wysoką niezawodnością (brak części zużywających się). Liniowe napędy posuwu mają też wady: ograniczona siła posuwu i często zbyt duża objętość i masa własna (niekorzystny stosunek masy do siły napędowej), konieczność chłodzenia cieczą, brak samohamowności istotny zwłaszcza w przypadku pionowej osi, umiejscowienie źródła ciepła wewnątrz obrabiarki, utrudniony montaż ze względu na trwałe magnesy. 40. Zasada działania silnika krokowego Silniki skokowe, zwane także silnikami krokowymi, są stosowane przede wszystkim w tych przypadkach, gdzie obciążenie jest stosunkowo niewielkie. Silniki skokowe mogą pracować w otwartym układzie sterowania, bez kontroli wykonanego położenia, ponieważ po każdym impulsie sterującym ich wirnik - dzięki specjalnej konstrukcji - wykonuje obrót o ściśle określony kąt Wartość tego kąta, odpowiadającego pojedynczemu impulsowi sterującemu, jest nazywana skokiem lub krokiem silnika. Układ z silnikami skokowymi reaguje na serię impulsów tak, że wykonywany ruch o dokładnie określonej liczbie skoków odpowiada ściśle liczbie impulsów. Na rysunku 3.26 przedstawiono zasadę działania silnika PODSTAWOWE RODZAJE OBRABIAREK I ICH MOŻLIWOŚCI TECHNOLOGICZNE 43. Tokarki - typy, budowa, cechy charakterystyczne i Tokarki kopiarki są przeznaczone do wykonywania powierzchni obrotowych o złożonych kształtach, które są odwzorowywane z zarysu kopiału. Tokarki uchwytowe są przeznaczone do obróbki krótkich przedmiotów nie wymagających podparcia kłem konika. Przedmiot obrabiany jest mocowany wyłącznie w uchwycie. Typowe przedmioty obrabiane to tarcze, krążki, pierścienie, krótkie tuleje itp. Tokarki karuzelowe są przeznaczone do obróbki przedmiotów o dużych średnicach. Mają pionowo usytuowane wrzeciono, którego końcówką jest stół obrotowy (obrót karuzelowy) z otworem centrującym i rowkami teowymi do umocowania ustawionych na jego powierzchni przedmiotów. Tokarki tarczowe są stosowane do obróbki przedmiotów o dużej średnicy i małej wysokości, takich jak: tarcze, obręcze, koła pasowe lub zamachowe itp. Przedmiot obrabiany jest zakładany zwykle za pomocą podnośnika i mocowany na dużej tarczy (uchwycie), która jest wyposażona w cztery niezależnie nastawiane szczęki oraz ma specjalne rowki teowe do zakładania indywidualnych zacisków i śrub mocujących. Tokarki rewolwerowe są przeznaczone do obróbki przedmiotów wymagających użycia znacznej liczby narzędzi (od kilku do kilkunastu). Jest to możliwe dzięki zastosowaniu obrotowej głowicy rewolwerowej umożliwiającej zamocowanie narzędzi w takiej kolejności, w jakiej mają być użyte do realizacji poszczególnych zabiegów obróbkowych. Automaty i półautomaty tokarskie są obrabiarkami ogólnego przeznaczenia stosowanymi wyłącznie w produkcji seryjnej i masowej. W automatach tokarskich wszystkie ruchy i czynności związane z obróbką określonej liczby jednakowych przedmiotów odbywają się samoczynnie, bez udziału człowieka. Obróbka przebiega nieprzerwanie, w sposób ciągły, aż do wyczerpania zapasu materiału wyjściowego. W półautomatach tokarskich pełen cykl pracy przy obróbce jednego przedmiotu jest wykonywany samoczynnie, wymaga jednak udziału obsługującego do powtórzenia tego cyklu przy obróbce następnego przedmiotu (zdjęcie gotowej części, założenie w uchwycie nowego przedmiotu, uruchomienie obrabiarki).

4 44. Wiertarki - typy, budowa, cechy charakterystyczne i Wiertarki rewolwerowe przeznaczone są do wykonywania operacji skoncentrowanych (wiercenie, rozwiercanie, nawiercanie, pogłębianie i gwintowanie) za pomocą narzędzi zamocowanych we wrzecionach głowicy rewolwerowej; pracują w trybie półautomatycznym Wiertarki wielowrzecionowe mają od kilku do kilkudziesięciu równocześnie pracujących wrzecion (8-36) ułożyskowanych w jednej głowicy wielowrzecionowej; stosowane w produkcji średnioseryjnej (z przestawnymi wrzecionami z teleskopowymi wałkami przegubowymi) lub wielkoseryjnej (z wrzecionami o stałym rozstawieniu osi) Wiertarki do głębokich otworów przeznaczone do wiercenia lub powiercania otworów, których długość jest wielokrotnie większa od średnicy; otwory są wiercone wiertłami lufowymi o średnicach od 3 do 60mm, wiertłami BTA o średnicach od 12 do 300mm, wiertłami rurowymi (trepanacyjnymi) o średnicach mm 45. Wytaczarko - frezarki - budowa, cechy charakterystyczne i Wytaczarki przeznaczone są do dokładnej obróbki otworów (IT 4 5) za pomocą noży do wytaczania; wymagana jest duża dokładność rozstawienia wytaczanych otworów ( mm) Wytaczarko - frezarki przeznaczone do wytaczania otworów i frezowania płaszczyzn, są stosowane w produkcji jednostkowej i małoseryjnej jako podstawowe obrabiarki do obróbki korpusów, a z odpowiednim oprzyrządowaniem (skrzynka wytaczarska) w produkcji średnioseryjnej 46. Frezarki - typy, budowa, cechy charakterystyczne i Pod względem rozpowszechnienia frezarki zajmują drugie miejsce, po tokarkach. Ze względu na przeznaczenie frezarki dzielą się na trzy grupy: 1) ogólnego przeznaczenia, umożliwiające obróbkę, różnych powierzchni na różnych przedmiotach obrabianych, 2) specjalizowane, umożliwiające obróbkę określonych powierzchni na różnych przedmiotach obrabianych, 3) specjalne, dostosowane do wykonywania określonych operacji na wybranych przedmiotach obrabianych Najbardziej rozpowszechnione są frezarki ogólnego przeznaczenia, które podzielić można na następujące odmiany: 1) stołowe, 2) wspornikowe (konsolowe), 3) bezwspornikowe (bezkonsolowe), 4) wzdłużne, 5) karuzelowe, 6) bębnowe. Frezarki stołowe ustawiane są na stołach warsztatowych przeznaczone są do wykonywania precyzyjnych prac (nastawianie wymiarów odbywa się tu z dokładnością 0,01-0,001 mm) na małych przedmiotach obrabianych. We frezarkach stołowych napęd ruchu głównego jest mechaniczny (od silnika elektrycznego), a ruchów posuwowych - ręczny. Frezarki wspornikowe spotykane są w prawie każdym zakładzie produkcyjnym przemysłu maszynowego. Frezarki te wyposażone są w tak zwany wspornik, (na którym usytuowany jest stół frezarki), który może być przemieszczany pionowo po prowadnicach korpusu. Napęd ruchów: głównego i posuwowych, jest w tych frezarkach mechaniczny. Frezarki wspornikowe budowane są jako: poziome i pionowe. Frezarka wspornikowa pozioma ma poziomo ułożyskowane wrzeciono. Podczas obróbki narzędzie zamocowane we wrzecionie bezpośrednio lub za pośrednictwem trzpienia frezarskiego - wykonuje ruch główny. Przedmiot obrabiany mocowany jest na stole frezarki i wykonuje ruchy posuwowe oraz nastawcze. Stół frezarski może przemieszczać się w następujących kierunkach: - poziomo wzdłuż frezarki (posuw wzdłużny), - poziomo w poprzek obrabiarki (posuw poprzeczny), - pionowo (nastawianie głębokości skrawania). Niektóre frezarki poziome, tak zwane uniwersalne, maj± stół wyposażony w obrotnicę - przedmiot obrabiany może wówczas przemieszczać się pod kątem w stosunku do osi wrzeciona. Frezarki wspornikowe pionowe budowane są jako: - zwykłe (mające pionowo usytuowane wrzeciono), - uniwersalne, umożliwiające nastawianie wrzeciona pod kątem, w stosunku do płaszczyzn stołu. Przedmiot obrabiany, zamocowany na stole frezarki pionowej, może przemieszczać się w następujących kierunkach: poziomo - poprzecznie, poziomo - wzdłużnie, pionowo. Frezarki bezwspornikowe nazywane również produkcyjnymi lub lożowymi, przeznaczone są do obróbki dużych i ciężkich przedmiotów. Frezarki te mają stół krzyżowy usytuowany na łożu obrabiarki; sanie wzdłużne stołu mogą się przesuwać po prowadnicach łoża, a sanie poprzeczne po prowadnicach wykonanych na górnej powierzchni sani wzdłużnych. Wrzeciennik frezarki może być przemieszczany pionowo, po prowadnicach wykonanych w korpusie. Frezarki wzdłużne przeznaczone są do obróbki korpusów maszyn. Stół frezarki może się przemieszczać wzdłużnie po prowadnicach wykonanych na łożu. Narzędzia mocowane są we wrzecionach wrzecienników górnych i bocznych. Każdy z wrzecienników ma samodzielny napęd ruchu głównego. Wrzecienniki górne mogą, być przesuwane po prowadnicach wykonanych w belce - belka może być przemieszczana pionowo po prowadnicach stojaków Wrzecienniki boczne mogą się przesuwać pionowo, po prowadnicach wykonanych na stojakach. Każde z czterech wrzecion może być przesuwane w kierunku własnej osi. Wrzecienniki mogą być obracane w płaszczyźnie pionowej, co umożliwia frezowanie powierzchni skośnych. W przypadku frezarek bębnowych, przedmioty obrabiane mocowane są na bębnie obracającym się wokół poziomej osi. Frezarka wyposażona jest w cztery wrzecienniki, które mogą się przesuwać pionowo, po prowadnicach wykonanych w stojakach. Wrzecienniki mogą przemieszczać się również wzdłuż osi wrzecion. Każdy z wrzecienników ma indywidualny napęd ruchu głównego. Do frezarek specjalizowanych są zaliczane: frezarki-kopiarki, frezarki do gwintów, frezarki do rowków wpustowych. Jako frezarki specjalne są traktowane: frezarki narzędziowe, frezarki dla hutnictwa, frezarki dla kolejnictwa 47. Strugarki i dłutownice - budowa, cechy charakterystyczne i Dłutownice stosowane w produkcji jednostkowej do obróbki powierzchni płaskich i walcowych (np. rowków wpustowych, przelotowych i ślepych, niepełnych powierzchni walcowych, krzywek itp.), które ze względu na skomplikowany kształt i trudny dostęp narzędzia nie można wykonać na innych obrabiarkach. Przeznaczenie strugarek poprzecznych do obróbki części płaskich poziomych, pionowych i skośnych lub krzywoliniowych (z zastosowaniem urządzeń kopiujących), w przedmiotach małych o niedużym ciężarze. Stosowane głównie w produkcji jednostkowej. Przeznaczenie strugarek wzdłużnych do obróbki długich powierzchni płaskich o zarysie poprzecznym prostoliniowym lub łamanym przy zachowaniu dużej dokładności (płaskości, prostoliniowości); stosowane w produkcji jednostkowej i małoseryjnej do obróbki korpusów maszyn, płyt, blach, listew itp. Strugarki wzdłużne jednostojakowe przeznaczone do obróbki wąskich i szerokich wystających poza gabaryt poprzeczny stołu. Strugarki wzdłużne dwustojakowe - do obróbki przedmiotów ciężkich ale mieszczących się między stojakami. 48. Przeciągarki - typy, budowa, cechy charakterystyczne i Przeznaczenie przeciągarek do obróbki wielkoseryjnej powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych. Cechy charakterystyczne: - duża wydajność przy wysokiej dokładności obróbki, - pionowe przeciągarki są wydajniejsze i dokładniejsze, - poziome przeciągarki nadają się lepiej do automatyzacji, Odmiany: - prostoliniowe lub obrotowe, - do powierzchni zew lub wew, - pionowe lub poziome, 49. Przecinarki - typy, budowa, cechy charakterystyczne i Przeznaczenie przecinarek przeznaczone do cięcia (przecinania, odcinania, wycinania) materiałów metalowych i tworzyw sztucznych głównie w magazynach i przygotowalniach półfabrykatów dla wydziałów obróbki mechanicznej i spawalni. Przecinarki ramowe mało wydajne, ale stosowane w produkcji jednostkowej i seryjnej. Przecinarki taśmowe do przecinania materiałów prętowych, rur i kształtowników. Są bardzo wydajne, lecz narzędzie jest mało trwałe. Przecinarki tarczowe przystosowane do pracy w cyklu półautomatycznych. Mogą być całkowicie zautomatyzowane. 50. Szlifierki - typy, budowa, cechy charakterystyczne i Szlifierki podobnie jak tokarki, dzielimy na następujące trzy grupy: -Szlifierki ogólnego przeznaczenia, -Szlifierki specjalizowane, -Szlifierki specjalne. Do szlifierek ogólnego zastosowania zalicza się: szlifierki kłowe i bezkłowe do wałków; szlifierki do otworów zwykłe, planetarne i bezkłowe; szlifierki do płaszczyzn obwodowe i czołowe. Do szlifierek specjalizowanych zalicza się: szlifierki taśmowe, szlifierki wygładzarki (honownice), szlifierki dogładzarki, szlifierki docieraczki Do szlifierek specjalnych zalicza się: szlifierki do walców, szlifierki do zaworów i gniazd zaworowych, szlifierki do wałów korbowych, szlifierkiostrzałki. Powszechnie znanymi i najczęściej spotykanymi w praktyce szlifierkami są szlifierki kłowe do wałków, szlifierki do płaszczyzn i szlifierki-ostrzaczki. AUTOMATYZACJA PROCESÓW OBRÓBKI 51. Kierunki rozwoju automatyzacji procesów obróbki skrawaniem Pierwszy (w sensie najwcześniejszego stosowania) dotyczy produkcji dużej (masowej, wielkoseryjnej) i ma na celu wprowadzenie kompleksowej automatyzacji poprzez stosowanie obrabiarek specjalnych lub zespołowych, składających się w znacznej mierze zunifikowanych lub znormalizowanych zespołów. Drugi dotyczy przede wszystkim produkcji średnioseryjnej i polega na tworzeniu gniazd i linii obróbkowych z obrabiarek istniejących przez zsynchronizowanie jej pracy i powiązanie specjalnymi urządzeniami transportowymi (transport przedmiotów obrabianych). Trzeci automatyzacja polega na wykorzystaniu nowych typów obrabiarek ogólnego przeznaczenia, których konstrukcja jest już przygotowana zarówno do samodzielnej pracy jak i do wbudowania w automatyczne linie obrabiarkowe. 52. Czynniki wpływające na celowość automatyzacji procesów obróbki skrawaniem - długość czasów jednostkowych tam gdzie koszty osobowe oraz ceny powierzchni produkcyjnych są wysokie a ceny urządzeń automatyzujących są niskie, to długie czasy jednostkowe sprzyjają automatyzacji (operator może obsługiwać kilka obrabiarek) pod warunkiem max wykorzystania parku maszynowego. - wielowarsztatowość wielowarsztatowość przypadku tego rodzaju produkcji, dotyczącej części na ogół małych, o krótkim czasie jednostkowym, praca na kilku obrabiarkach bez automatyzacji nie jest możliwa; skrócenie czasu między zakończeniem obróbki jednego przedmiotu a założeniem nowego może być poważnym źródłem oszczędności. - łatwość przezbrojenia jest ona warunkiem, w produkcji małoseryjnej, istotnie wpływającym na opłacalność automatyzacji; dotyczy to zwłaszcza łatwości i szybkości przezbrajania urządzeń manipulacyjnych związanych ze zmianą typu przedmiotu obrabianego. 53. Cel procesów wyposażania konwencjonalnych obrabiarek w dodatkowe urządzenia (dla produkcji średnioseryjnej) - zwiększenie wydajności obróbki przez skrócenie czasów pomocniczych np. czasu wymiany przedmiotów dzięki zastosowania zdalnie sterowanego uchwytu przedmiotowego, - uwolnienie operatora od uciążliwej obsługi, zwłaszcza w zakresie wymiany przedmiotów i narzędzi np. przez zastosowanie manipulatorów, - zwiększenie dokładności obróbki (np. powtarzalność wymiarów) przez powtarzalne, jednoznaczne mocowanie przedmiotów i pozycjonowanie narzędzi (zmniejszenie wpływów niewłaściwej obsługi), - wprowadzenie obsługi wielostanowiskowej, - tworzenie zautomatyzowanych gniazd a nawet linii, 54. Rodzaje automatyzowanych czynności dla różnych grup obrabiarek Na podstawie dotychczasowych doświadczeń związanych z automatyzacją obrabiarek konwencjonalnych można wyodrębnić następujące, najczęściej automatyzowane grupy obrabiarek: wiertarki i gwinciarki, gdzie istotnymi zagadnieniami są: zmiana kierunku ruchu, ruchy podziałowe, orientowanie przedmiotu obrabianego; tokarki (zwłaszcza rewolwerówki i kopiarki), gdzie istotne są ruchy szybkie, pozycjonowanie narzędzia, orientowanie przedmiotu; frezarki, gdzie najważniejsze jest mocowanie i orientowanie przedmiotu obrabianego, jak również sterowanie cyklem obróbki; szlifierki, gdzie niezwykle istotne są ruchy szybkie, pozycjonowanie narzędzia, mocowanie przedmiotu; przecinarki ścierne i piły, gdzie zagadnieniem podstawowym jest podawanie materiałui jego mocowanie 55. Automatyzacja czynności związanych z przedmiotem obrabianym Czynności pomocnicze związane z przedmiotem obrabianym są szczególnie pracochłonne w odniesieniu do frezarek, a także wiertarek. Automatyzacja tych czynności polega na tym, że: przy automatyzacji czynności mocowania i odmocowania przedmiotu obrabianego stosuje się siłowniki pneumatyczne (uchwyty tokarskie neumatyczne, rzadziej hydrauliczne lub elektryczne), zdalnie sterowane, do automatyzacji ruchów przestawczych przedmiotów obrabianych w strefie skrawania (ruchy wykonywane pomiędzy kolejnymi zabiegami) stosuje się stoły podziałowe, obrotowe i liniowe, podzielnice z napędem pneumatycznym, hydraulicznym lub elektrycznym, przy automatyzacji czynności związanych z orientowaniem, gromadzeniem i wydawaniem przedmiotów obrabianych stosuje się podajniki wibracyjne elektromagnetyczne, magazynki-przenośniki półwyrobów z urządzeniami wydającymi z napędem pneumatycznym, hydraulicznym, elektrycznym, do automatyzacji czynności związanych z podawaniem przedmiotu obrabianego do uchwytu, a po zakończeniu obróbki z wyjęciem przedmiotu z uchwytu i umieszczeniem go poza obrabiarką, stosuje się specjalne urządzenia załadowczo-rozładowcze, a także coraz częściej roboty przemysłowe 56. Cechy automatu (półautomatu) tokarskiego odróżniające go od tradycyjnej tokarki Od tradycyjnej tokarki automat (półautomat) tokarski różni przede wszystkim: sterowanie ruchami posuwowymi, które jest sterowaniem krzywkowym mechanicznym, zderzakowym elektrycznym i hydraulicznym (elektrohydraulicznym), napęd ruchu posuwowego, który jest napędem krzywkowym mechanicznym lub hydraulicznym, zautomatyzowanie czynności załadowczych i wyładowczych przedmiotu obrabianego, praca w cyklu automatycznym, zautomatyzowanie czynności zmiany narzędzi skrawających, odpowiednio do programu obróbki, zautomatyzowanie czynności zmiany parametrów kinematycznych, odpowiednio do programu obróbki, sterowanie wszystkimi czynnościami najczęściej w funkcji czasu, tzn. z wykorzystaniem wału sterującego. 57. Automat tokarski wzdłużny - budowa, cechy Do charakterystycznych cech budowy i działania automatu wzdłużnego należy zaliczyć następujące: ruch posuwowy wzdłużny wykonuje wrzeciennik wraz z przedmiotem zaciśniętym w uchwycie sprężystym; ruch posuwowy poprzeczny wykonują suporty poprzeczne (boczne, górne); ruch obrotowy główny wykonuje wrzeciono wraz z przedmiotem zaciśniętym w uchwycie sprężystym; przedmiot (pręt) zaciśnięty w uchwycie sprężystym wrzeciona jest podparty dodatkowo w prowadniku, który znajduje się w pobliżu suportów poprzecznych; taka konstrukcja umożliwia obróbkę prętów długich o małej średnicy, ponieważ miejsca występowania sił skrawania znajdują się w pobliżu prowadnika pręta i tym samym pręt, pomimo znacznej długości, jest poddany stosunkowo małemu momentowi zginającemu od sił skrawania; powierzchnię walcową uzyskuje się wówczas, gdy posuw poprzeczny jest równy zeru, natomiast jeżeli posuw poprzeczny jest różny od zera, to otrzymuje się powierzchnię obrotowo-symetryczną, np. powierzchnię stożkową; obrabiarka jest wyposażona w trzywrzecionową, przechylną głowicę, przeznaczoną do wiercenia, gwintowania i ograniczania długości wysuwającego się pręta; wszystkie ruchy i czynności wykonywane w czasie pracy obrabiarki są sterowane i napędzane przez krzywki sterujące, znajdujące się na głównym wale sterującym 58. Automat tokarski poprzeczny - budowa, cechy Do charakterystycznych cech budowy i działania automatu poprzecznego należy zaliczyć następujące: materiałem wyjściowym jest najczęściej pręt (okrągły, wielokątny) mocowany w uchwycie sprężystym; ruch główny wykonuje przedmiot wraz z wrzecionem, przy czym wrzeciennik, w przeciwieństwie do automatu wzdłużnego, jest nieruchomy; prędkość obrotowa wrzeciona jest podczas cyklu roboczego niezmienna (prędkość obrotową wrzeciona można zmieniać tylko przy wyłączonym automacie); automat jest wyposażony w suporty poprzeczne (górny, dolny, tylny) oraz w suporty krzyżowe, przy czym suporty poprzeczne są konstrukcyjnie przygotowane tylko do ruchu poprzecznego, a suporty krzyżowe zarówno do ruchu wzdłużnego, jak i poprzecznego; wiele zabiegów normalnie wykonywanych toczeniem wzdłużnym wykonuje się toczeniem poprzecznym nożami kształtowymi; do realizacji operacji wiercenia i gwintowania służy trzywrzecionowa, przechylna głowica; do realizacji wszystkich ruchów i czynności służy główny wał sterujący z krzywkami napędowo-sterującymi; jeden obrót wału jest równoznaczny z wykonaniem jednego przedmiotu. 59. Automat tokarski rewolwerowy - budowa, cechy - Ruchy robocze (posuwowe) kształtujące wykonują zarówno głowica rewolwerowa (tylko posuw wzdłużny), jak i suporty narzędziowe - Wielopołożeniowa głowica rewolwerowa pionowa jest wyposażona w mechanizm krzyża maltańskiego KM, który zapewnia dostatecznie dokładny ruch podziałowy głowicy - Automat rewolwerowy ATA-40 jest przykładem sterowania mechanicznego z pomocniczym wałem sterującym - Automat ma dwa wały sterujące: główny WS i pomocniczy PWS. Na głównym wale sterującym WS są umieszczone przede wszystkim te krzywki napędowosterujące, które decydują o kształcie wykonywanego przedmiotu - Krzywki te podlegają wymianie wraz ze zmianą przedmiotu obrabianego. Na pomocniczym wale sterującym są umieszczone bębny sterujące T1, T2, T3}, które inicjują początek i koniec określonych, powtarzalnych czynności, takich jak: zwalnianie i zaciskanie pręta we wrzecionie (bęben T1), przełączanie sprzęgieł S3 i S4 w celu zmiany prędkości i kierunku wirowania wrzeciona (bęben T2), obrót głowicy rewolwerowej (bęben T3). Sterowanie powtarzalnymi czynnościami jest realizowane w taki sposób, że przestawne zderzaki na bębnach T1, T2, T3 za pośrednictwem dźwigni sterujących włączają i rozłączają sprzęgła 60. Automat tokarski wielowrzecionowy - budowa, cechy Do cech charakterystycznych automatu wielowrzecionowego należy zaliczyć obecność następujących zespołów i elementów: bębna wrzecionowego z ułożyskowanymi wrzecionami przedmiotów; wykonującymi ruch obrotowy główny - bęben wrzecionowy wykonuje okresowy ruch podziałowy, suportów poprzecznych, przy czym liczba suportów poprzecznych może odpowiadać liczbie wrzecion przedmiotowych lub być od niej mniejsza, jednego centralnego suportu wzdłużnego współosiowego z bębnem wrzecionowym (suport ten, o przekroju wieloboku foremnego, wykonuje ruch posuwowy wzdłużny), suportów do toczenia wzdłużnego zamocowanych na stałe do suportu centralnego (suporty te są wyposażone w imaki z narzędziami do toczenia wzdłużnego), wrzecienników do wiercenia i gwintowania, które są wyposażone w napędzane obrotowe narzędzia (wiertła, gwintowniki) i osadzone na suporcie centralnym (mają one możliwość ruchu posuwowego względem ruchomego suportu centralnego), centralnego wału napędowego, który napędza wszystkie wrzeciona przedmiotowe, wrzeciona wiercące i gwintujące, jak również główny wał sterujący, wału sterującego wraz z krzywkami sterująco-napędowymi wszystkie ruchy posuwowe i pomocnicze (podziałowe) są napędzane od wału sterującego.

5 61. Obrabiarki zespołowe - definicja i cechy charakterystyczne Obrabiarki zespołowe, zwane także agregatowymi, to obrabiarki specjalne, zbudowane ze znormalizowanych zespołów i uzupełnione zespołami specjalnymi, dostosowane do obróbki jednakowych lub technologicznie podobnych przedmiotów obrabianych [17]. Obrabiarki zespołowe nie muszą być obrabiarkami automatycznymi, jednakże zalicza się je do obrabiarek specjalnych, które rzadko buduje się jako nieautomatyczne. Tak więc w praktyce będą to obrabiarki najczęściej półautomatyczne ze sterowaniem w funkcji drogi. Można podać następujące ekonomiczno-techniczne przyczyny budowy obrabiarek zespołowych: wysoki koszt budowy klasycznych obrabiarek specjalnych, długi czas wykonania (wyprodukowania) klasycznej obrabiarki specjalnej, możliwość kształtowania dowolnych konstrukcji stosownie do potrzeb, możliwość łączenia kilku różnych operacji, np.: wiercenia i frezowania, na jednej obrabiarce zespołowej (w miejsce dwóch klasycznych obrabiarek specjalnych: wiertarki i frezarki). Cechą działania obrabiarki zespołowej jest rytmiczność (cykliczność) pracy. Czas wykonania jednego cyklu nazywa się taktem obrabiarki zespołowej T. Rozróżnia się następujące takty obrabiarki zespołowej: 1. takt konstrukcyjny lub techniczny Tk, czyli czas od zamocowania przedmiotu obrabianego na obrabiarce do odmocowania i zdjęcia wykonanego na gotowo przedmiotu; 2. takt technologiczny planowany Tt, który uwzględnia współczynnik rzeczywistego wykorzystania obrabiarki. 62. Linie obrabiarkowe - definicja i cechy charakterystyczne Linią obrabiarkową nazywa się zestaw stanowisk obróbkowych, którymi mogą być: obrabiarki uniwersalne, obrabiarki zespołowe, jednostki obróbkowe, automaty i półautomaty, w kolejności umożliwiającej realizowanie procesu technologicznego. Cechą charakterystyczną linii obrabiarkowej jest to, że oprócz obrabiarek specjalnych, urządzeń podającoodbierających przedmioty obrabiane, urządzeń usuwających wióry, w jej skład wchodzą podajniki i przenośniki przedmiotów obrabianych stanowiące tzw. drogę transportową oraz zasobniki. Linie obrabiarkowe należą do najczęściej automatyzowanych środków wytwórczych. Wynika to z ich zasadniczego przeznaczenia, jakim jest zastosowanie w produkcji wielkoseryjnej i masowej. Automatyzacja takiej produkcji jest stosunkowo prosta i ekonomicznie opłacalna. W zależności od stopnia powiązania obrabiarek z transportem przedmiotów obrabianych rozróżnia się dwa rodzaje linii: 1. Linia powiązana w sposób sztywny. Linia nie jest wyposażona w międzystanowiskowe urządzenia zasobnikowe dla przedmiotów obrabianych. Wówczas takt pracy obrabiarek w linii jest równy taktowi pracy linii. 2. Linia powiązana w sposób elastyczny, z wyposażeniem jej w międzystanowiskowe zasobniki przedmiotów obrabianych, wyrównujące różną wydajność obrabiarek w linii. Takt pracy takiej linii może być inny niż takt pracy obrabiarek. Koncepcje linii obrabiarkowych zmieniały się w czasie. Pierwsze linie były budowane z obrabiarek ogólnego przeznaczenia, o dużej uniwersalności. Prowadziło to do niewykorzystywania możliwości eksploatacyjnych poszczególnych obrabiarek. Następnie pojawiła się tendencja do budowy obrabiarek specjalnych jednooperacyjnych, jako podstawowych elementów linii. Taka koncepcja prowadzi do nadmiernego rozproszenia procesu technologicznego i daje w efekcie linię o dużej liczbie stanowisk, zajmującą znaczną powierzchnię produkcyjną, trudno automatyzowalną ze względu na dużą liczbę urządzeń automatyki. Ponieważ najważniejszą cechą linii obrabiarkowej jest jej niezawodność w długim okresie eksploatacji, a nadmierna liczba stanowisk nie sprzyja zwiększaniu niezawodności, pojawiła się tendencja do grupowania operacji z wykorzystaniem obrabiarek wielooperacyjnych, wielostronnych, czyli obrabiarek zespołowych. Współczesne linie obrabiarkowe składają się z obrabiarek zespołowych uzupełnionych obrabiarkami specjalnymi. Automatyzowanie produkcji przez stosowanie linii obrabiarkowych ma następujące zalety: zmniejszenie powierzchni produkcyjnej, zmniejszenie kosztów produkcji (kosztu jednostkowego) oraz zwiększenie wydajności, poprawa ciągłości i rytmiczności produkcji, zwiększenie dokładności i jednolitości wyrobów, poprawa warunków pracy i bhp. PODSTAWY STEROWANIA OBRABIAREK 63. Elementarne funkcje sterowania realizowane przez układy sterowania włączanie i wyłączanie silników napędowych, włączanie i wyłączanie ruchów głównych, przestawczych i pomocniczych, a także sterowanie ich przebiegiem (kierunkiem, prędkością), nastawianie i kontrolowanie przemieszczeń wykonywanych przez zespoły robocze, nastawianie i kontrola dopuszczalnych obciążeń, podawanie, mocowanie i wymiana przedmiotów obrabianych, a także narzędzi i oprzyrządowania, nadzorowanie przebiegu pracy maszyny. 64. Klasyfikacje automatycznych układów sterowania 1. ze względu na opis matematyczny: liniowe, nieliniowe. 2. ze względu na przebieg sygnałów sterujących: analogowe (ciągłe), impulsowe. 3. ze względu na naturę fizyczną sygnałów: mechaniczne, elektryczne, hydrauliczne, pneumatyczne, kombinowane. 4. Ze względu na typ zadania sterowania : sterowania programowego (wiodący dla obrabiarek i maszyn technologicznych), regulacji stałowartościowej, regulacji nadążnej, regulacji ekstremalnej. 5. ze względu na zmienną, w funkcji której następuje sterowanie: sterowanie w funkcji czasu, sterowanie w funkcji drogi, sterowanie w funkcji wymiarów przedmiotu obrabianego. 65. Klasyfikacja układów sterowania obrabiarek 1. ze względu na opis matematyczny: liniowe, nieliniowe. 2. ze względu na przebieg sygnałów sterujących: analogowe (ciągłe), impulsowe. 3. ze względu na naturę fizyczną sygnałów: mechaniczne, elektryczne, hydrauliczne, pneumatyczne, kombinowane. 4. Ze względu na typ zadania sterowania : sterowania programowego (wiodący dla obrabiarek i maszyn technologicznych), regulacji stałowartościowej, regulacji nadążnej, regulacji ekstremalnej. 5. ze względu na zmienną, w funkcji której następuje sterowanie: sterowanie w funkcji czasu, sterowanie w funkcji drogi, sterowanie w funkcji wymiarów przedmiotu obrabianego. 66. Podział sterowań logicznych wg kryterium programowalności a)z programowaniem mechanicznym:programowanie na szybko(polaczenie przewodowe), przeprogramowywalne(polaczenie z wymiennymi wtykami) b)z programowaniem komputerowym: swobodnie programowalne(ram), z wymiennym oprogramowaniem(rom, eprom) 67. Zalety i wady sterowania logicznego PLC Zalety: niezależność budowy i połączeń sprzętowych od oprogramowania (ten sam program może zostać zainstalowany na różnym sprzęcie); znacznie krótszy czas montażu i uruchomienia nowego programu sterującego (ważne gdy sterowanie zawiera funkcje diagnostyczne); szybka i prosta korekcja (wprowadzanie poprawek) istniejącego programu (istotne na etapie uruchamiania lub zmiany programu); możliwość automatycznego dokumentowania (gromadzenia) i powielania (kopiowania) programów; duża niezawodność działania (sterowanie i programy nie ulegają zużywaniu się); prosta i szybka instalacja oraz niewielkie wymiary gabarytowe. Znaczne powiększenie kosztu wdrożenia programu (o programator); brak uniwersalności programatorów (utrudnia prace uruchomieniowe, gdy w eksploatacji jest dużo różnych systemów PLC). 68. Zasady oznaczania osi współrzędnych i kierunków ruchów zespołów roboczych obrabiarek Podstawowy układ osi współrzędnych obrabiarki jest układem prostokątnym prawoskrętnym, odniesionym do przedmiotu zamocowanego na obrabiarce. Osie współ- rzędnych układu podstawowego są równoległe do głównych prowadnic obrabiarki. Za dodatni zwrot ruchu zespołu roboczego obrabiarki ustala się zwrot ruchu narzędzia od przedmiotu obrabia- nego, tzn. ruch zespołu sterowanego w tym kierunku powoduje powiększanie wymiaru przedmiotu obrabianego. Osie układu podstawowego oznacza się dużymi literami X, Y, Z. Ruchy obrotowe dookoła osi równoległych do osi X, Y, Z oznacza, się odpowiednio literami A, B, C. Dodatnie zwroty tych ruchów przyjmuje się zgodnie z obrotem śruby prawoskrętnej przemieszczającej się w kierunkach +X, +Y, +Z Zasady oznaczania osi współrzędnych i kierunków ruchów zespołów roboczych obrabiarek (2) Jeżeli w obrabiarce oprócz zespołów sterowanych w osiach X, Y, Z występują inne zespoły wykonujące przemieszczenia równoległe do osi układu podstawowego, to osie tych ruchów są oznaczane literami odpowiednio U,V,W. Dodatkowe ruchy obrotowe powinny być oznaczane literami D, E. Gdy występuje potrzeba przedstawienia ruchów zespołów obrabiarki związanych z przedmiotem obrabianym w odniesieniu do stałego narzędzia, wówczas osie tych ruchów powinny być oznaczane literami zgodnymi z układem podstawowym ze znaczkiem prim": X', Y', Z', A', B', C. Położenie osi Z pokrywa się z osią wrzeciona głównego (np. w tokar- kach, wiertarkach, frezarkach, centrach obróbkowych) lub jest pro- stopadłe do płaszczyzny mocowania przedmiotu obrabianego (np. w strugarkach). Oś X powinna być położona poziomo, równolegle do płaszczyzny mocowania przedmiotu obrabianego. Oś X jest osią podstawową w płaszczyźnie ustawienia przedmiotu obrabianego lub narzędzia. Położenie osi Y wynika z określenia układu współrzędnych jako prostokątnego i prawoskrętnego 69. Rodzaje interpolacji realizowane przez obrabiarki sterowane numerycznie Zadane w programie wartości przemieszczeń są wykorzystywane do realizowania ruchów przez napędy posuwu w ste- rowanych osiach obrabiarki. W numerycznym sterowaniu kształtowym są zadawane tylko niektóre punkty zarysu, a przez interpolację są wyznaczane wielkości sterujące, jako dokładne zależności drogi od czasu. Rodzaje interpolacji: liniowa (standardowo interpolacja w trzech osiach, jako opcja w większej liczbie osi), kołowa (standardowo interpolacja w dwóch osiach), helikalna (po linii śrubowej), typu Spline, wielomianowa. ELASTYCZNA AUTOMATYZACJA WYTWARZANIA 70. Przesłanki powstania i rozwoju elastycznej automatyzacji produkcji Pierwszą poważną przesłanką, która zasadniczo wpłynęła na zmianę podejścia do automatyzacji wytwarzania, stał się rynek. Z badań rynków (zachodnich) wynikają następujące obserwacje: szybko zmienia się popyt na wyroby, co zmusza producentów do częstszego przeprofilowywania produkcji, np. obecnie rzadko kiedy producent samochodów oferuje tylko jeden model samochodu, najczęściej co roku oferowany jest nowy model, rosnąca oferta rynkowa powoduje skrócenie cyklu życia wyrobów, przy czym nierzadko jest to zużycie "moralne", a nie fizyczne, rosnąca konkurencja zmusza wytwórców do większej innowacyjności, dąży się do skrócenia cyklu produkcyjnego (krótkie terminy realizacji zamówień), zmniejsza się serie produkcyjne kosztem zwiększonej oferty asortymentowej, dąży się do lepszego wykorzystania możliwości produkcyjnych maszyn i urządzeń technologicznych, zmniejsza się zasoby materialne w celu obniżki kosztów wytwarzania (just in time production), humanizuje się pracę załogi 71. Cel wprowadzenia elastycznych systemów wytwórczych i ich definicja Definicja: elastyczny system wytwórczy ESW definiuje się jako zbiór zautomatyzowanych elastycznych jednostek wytwórczych (obrabiarek oraz innych maszyn i urządzeń technologicznych), pozwalających na stosowanie różnych technik wytwarzania (obróbka skrawaniem, obróbka plastyczna, obróbka cieplna, powlekanie powierzchni itp.), połączonych ze sobą automatycznymi urządzeniami transportowymi, zapewniający elastyczną automatyzację wytwarzania przedmiotów Cele: przesuwanie czasu przezbrajania obrabiarki do czasu głównego, realizacja przezbrajania podczas przebiegu obróbki, redukcja czasów oczekiwania obrabiarki (np. na wykonanie określonych czynności takich jak zmiana narzędzi itp.) redukcja postojów awaryjnych, zmiana programu obróbki bez przerywania pracy, automatyzacja zarządzania narzędziami i ich dostarczania do obrabiarki, automatyzacja wprowadzania narzędziowych danych korekcyjnych z urządzeń do ustawiania narzędzi do sterowania CNC obrabiarki. szybkie zmiany produkcji i reagowanie na życzenia klienta praca bez nadzoru w godzinach nocnych i dniach wolnych, praca w czasie regulaminowych przerw, minimalizacja personelu nadzorującego w czasie trzeciej zmiany. Istotą tych systemów jest użycie istniejących, sterowanych numerycznie i zautomatyzowanych urządzeń w taki sposób, by zapewnić poprawę ekonomicznej opłacalności produkcji średnio i małoseryjnej. 72. Warunki poprawności pracy elastycznych systemów wytwórczych -ospowiedni zapas przedmiotow obrabianych i narzedzi; -zautomatyzowany transport przedmiotow obrabianych; -zautomatyzowane zaopatrywanie obrabiarek w narzędzia; -automatyczne odprowadzanie wiorow; -automatyczne mycie przedmiotow; -zautomatyzowana kontrola przedmiotow obrabianych na obrarce lub specjalnych stanowiskach - scentralizowane systemy nadzoru i diagnostyki 73. Aspekty elastyczności systemu wytwórczego (wg. Browne?a) Maszynowy -który określa łatwość dostosowywania się obrabiarek wymagań pojawiających się przywytwarzaniu różnych przedmiotów należących do określonego ich spektrum (przy zmianie zadania obróbkowego). Elastyczność taką zapewnia automatyzacja zmiany narzędzi. Elastyczność maszynowa jest cechą poszczególnych obrabiarek. Można na nią wpływać m.in. poprzez rozmiary przystanowiskowego magazynu narzędziowego. Procesowy - który określa możliwość wytwarzania przedmiotów przy zastosowaniu różnych procesów technologicznych, różniących się na przykład kolejnością wykonywania operacji. Im większa jest elastyczność procesowa przedmiotów obrabianych, tym lepiej można zrównoważyć obciążenie poszczególnych obrabiarek w systemie wytwórczym. Elastyczność procesowa jest cechą przedmiotów obrabianych. Można na nią wpływać formułując różne procesy technologiczne dla przedmiotów obrabianych należących do określonego ich spektrum. Przepływu przedmiotów - który określa zdolność systemu do swobodnego przemieszczania różnych przedmiotów obrabianych. Im większa jest elastyczność tego rodzaju, tym lepsze może być zasilanie w przedmioty poszczególnych obrabiarek przy wykorzystaniu ich elastyczności maszynowej nie występują bowiem ograniczenia narzucane przez system przepływu materiałów. Ten rodzaj elastyczności jest cechą podsystemu przepływu materiałów. Zależy on od rozwiązań technicznych przyjętych w tym podsystemie i od rozmieszczenia dróg transportowych. Kolejności przepływu przez stacje robocze - elastyczność tego rodzaju oznacza, że przedmiot, o ściśle określonym procesie technologicznym, może przyjmować różne trasy przebiegu przez system. Jest to zdolność do kontynuowania pracy systemu np. w wypadku zakłóceń w pracy jednej z obrabiarek. Elastyczność ta jest związana z cechami urządzeń wytwórczych składających się na system i zależy m.in. od liczby jednakowych (lub zastępujących się) obrabiarek oraz od możliwości szybkiego ich wyposażenia w potrzebne narzędzia. Rodzaju wyrobów - przy założeniu, że w rozpatrywanym przedziale czasowym istniejący ESW nie będzie miał możliwości rozbudowy i przezbrajania, elastyczność ta będzie określać liczbę różnych typów przedmiotów, które mogą być wytwarzane bez konieczności zatrzymywania systemu w celu jego przezbrojenia. Im większa jest elastyczność z uwagi na rodzaj wyrobów, tym mniejsze mogą być zapasy magazynowe niezbędne dla dotrzymania określonych terminów dostaw. Zmiany rodzaju wyrobów -przy założeniu, że w rozpatrywanym przedziale czasowym istniejący ESW nie będzie miał możliwości rozbudowy, ale będzie mógł być przezbrajany - ten rodzaj elastyczności będzie dotyczył liczby różnych typów przedmiotów, które mogą być wytwarzane bez dodatkowych nakładów inwestycyjnych. Elastyczność zmiany rodzaju wyrobów jest cechą zależną od właściwości ogółu składników systemu. Zależy ona od właściwości eksploatacyjnych stosowanych obrabiarek oraz od zakresu w jakim mogą się one zastępować lub uzupełniać. Ogólnie można stwierdzić, że większą elastycznością tego rodzaju odznaczać się będzie system, w którym są obrabiarki uzupełniające się, aniżeli system złożony głównie z obrabiarek zastępujących się. Liczebności serii wyrobów - wyraża zdolność do ekonomicznie efektywnego wytwarzania różnych liczebnie serii przedmiotów należących do określonego spektrum. System elastyczny o wysokiej elastyczności liczebności serii wyrobów charakteryzuje się płaskim przebiegiem krzywej kosztów jednostkowych wyrobu. Elastyczność tego rodzaju jest właściwością systemu jako całości. Rozbudowy systemu - wyraża zdolność do łatwej rozbudowy systemu przy zmianie rozmiarów produkcji. Jest to właściwość systemu jako całości. Można na nią wpływać, stosując modułową strukturę sprzętową i oprogramowania, a także planując odpowiednio layout systemu (np. planując wolne miejsca dla późniejszego zainstalowania dodatkowych obrabiare 74. Podział zautomatyzowanych elastycznych środków wytwórczych

6 75. Kryteria wyboru jedno- i wielomaszynowych elastycznych środków wytwórczych Jednomaszynowe: Obrabiarki NC i CNC jako pojedyncze, samodzielne maszyny wytwórcze nadają się przede wszystkim do jednostkowej i seryjnej produkcji przedmiotów typopodobnych. Środki wytwórcze w postaci pojedynczych obrabiarek sterowanych numerycznie są efektywne, jeżeli są wyposażone w niezbędne uchwyty przedmiotowe i komplet narzędzi skrawających oraz zweryfikowane programy technologiczne zgromadzone w pamięci CNC. Jeżeli niezbędna jest obróbka na kilku obrabiarkach NC, to wówczas konieczne są magazyny międzyoperacyjne. Centra obróbkowe jako pojedyncze, samodzielne maszyny wytwórcze są przeznaczone przede wszystkim do produkcji średnioseryjnej o dużej częstotliwości zmian profilu produkcyjnego w ciągu roku i o dużych wymaganiach dokładnościowych obróbki, zwłaszcza w odniesieniu do przedmiotów wymagających obróbki wielostronnej w jednym zamocowaniu. Szczególnie dotyczy to przedmiotów typu korpus wymagających dużych czasów pomocniczych związanych z zamocowaniem i odmocowaniem przedmiotów. Centra obróbkowe spaletyzowane są typowym przykładem tego poziomu elastyczności wytwarzania. Wielomaszynowe: Elastyczne systemy obróbkowe jako zestawy wielomaszynowe są przeznaczone do wytwarzania wielu zróżnicowanych asortymentowo przedmiotów zarówno dla produkcji jednostkowej, jak i wielkoseryjnej. Możliwość równoczesnej obróbki różnych asortymentowo przedmiotów, wzajemna zastępowalność maszyn technologicznych oraz ich uzupełnianie się stwarza system wytwórczy o niezwykłych możliwościach nie tylko technologicznych, ale i organizacyjnych. 76. Obszary zastosowań elastycznych środków wytwórczych (schemat) ROBOTYZACJA W PROCESACH WYTWARZANIA 77. Powody zastępowania pracy ludzkiej robotami A. Rozwiązania konstrukcyjne wyrobu lub zespołu powinny umożliwiać podawanie części do montażu po prostych trajektoriach. B. Rozwiązania konstrukcyjne stref łączenia powinny umożliwiać wygodne dosunięcie narzędzi i przyrządów montażowych. C. Część bazowa powinna zachować stałe położenie, elementy montowane i narzędzia powinny być doprowadzane od góry. D. Zespoły montażowe powinny składać się z nie więcej niż 12 części. (Jeśli występuje większa liczba części, należy grupować części w podzespoły.) E. Części montowane powinny mieć proste i symetryczne kształty, minimalną liczbę stabilnych położeń, wyodrębnione powierzchnie bazowe oraz powierzchnie do automatycznego orientowania F. Kształt konstrukcyjny części powinien być taki, aby na wyjściu z urządzeń magazynowopodających nie następowało sczepianie części mogące blokować ich przemieszczanie. G. Części bazowe powinny dawać się łatwo ustawiać w pozycjach roboczych automatów lub linii, a ich powierzchnie bazowe powinny być wystarczająco duże ze względu na stabilne położenie i sztywność. 78. Podział aplikacji przemysłowych w zakresie wykorzystania robotów 1. Aplikacje związane z manipulowaniem materiałem (np. przemieszczanie materiału lub przedmiotu obrabianego z jednego miejsca w drugie, umieszczanie przedmiotów obrabianych w okreslonym miejscu (np. na paletach) i ich zdejmowanie, załadunek i rozładunek obrabiarki). 2. Realizacja operacji technologicznych (wymaga operowania specjalnym oprzyrządowaniem umieszczonym w końcowym członie wykonawczym) 3. Aplikacje montażowe 4. Operacje nadzorowania (wymagają umieszczenia robota w miejscu przedmiotu obrabianego i wyposażenia go w urządzenie kontrolnopomiarowe) 79. Rozwiązania urządzeń manipulacyjnych stosowanych w ASO -manipulatory zintegrowane z obrabiarką obsługują ją od przodu; są stosowane głównie do wymiany narzędzi -uniwersalne roboty wolnostojące są usytuowane przed obrabiarką i obsługują ją od przodu; rozw stosowane do małych przedmiotów obrabianych, jest nieekonomiczne, znacznie ogranicza dostęp do maszyny -roboty bramowe są usytuowane nad obrabiarką i obsługują ją od góry; zapewniają łątwy i wygodny dostęp do przestrzeni roboczej, są stosowane głównie do za- i wyładunku przedmiotów oraz obsługi magazynów, służą czasem do manipulacji narzędziami, zajmują niewielką przestrzeń, zapewniają swobodny dostęp do obsługi maszyny 80. Czynności obróbki skrawaniem wykonywane przez roboty -wiercenie: za pomocą robotów jest łatwiejsze i dużo bardziej dokładne niż wykonywane przez człowieka. Zwiększa to wydajnosc i produktywnosc zakładu, minimalizacjąc obsługę urządzenia. Za pomocą robota wykonuje się też czynnosci trasowania, nawiercania i powiercenia otworów. -szlifowanie: jest wykorzystywane do usunięcia ostrych krawędzi i zadziorów na elemencie, powstałych w poprzednich operacjach, do oczyszczania spoiny w spawanym materiale lub usuwania zbędnego fragmentu nadlewu. Manipulator robota może pracowac w niedostępnych dla rąk ludzkich miejscach. Szlifowanie wyk przez roboty jest dużo bardziej efektywne, dokładniejsze, szybsze. -frezowanie: wykorzysutje się do obróbki wtórnej elementów wstępnie przygotowanych na maszynach CNC. Zast robotów ogranicza się do frezowania elementów w trudno dostępnych miejscach, niemożliwych do obróbki na maszynie CNC (małe moce robotów, za małe na opory przy frezowaniu). -cięcie: laserowe, plazmowe, piłą obrotową, elektrodrążenie i cięcie strumieniem wody często jest stosowane z aplikacjami z robotami. Narzędzie umieszcza się na końcówce robota, a częsc obrabiana jest podsuwana do robota przez przenoscnik tasmowy, obrotnice lub inny maniupulator. Uzysskuje się w ten sposób dużą dokładnosc scieżki cięcia, powtarzalnosc operacji i niska chropowatosc powierzchni po cięciu. 81. Praktyczne zastosowanie robotów w procesie odlewania pod ciśnieniem -umieszczanie wkładek zalewanych wewnątrz formy cisnieniowej - smarowanie za pomocą pistoletu smarowniczego zamocowanego w kisci trudno dostępnych miejsc formy - kontrola prawidłowosci przebiegu procesu - wyjmowanie zakrzepniętych odlewów z formy cisnieniowej -wykonywanie czynnosci związanych z procesem chłodzenia odlewów -przenoszenie ochłodzonych odlewów ze zbiornika chłodzącego na automatyczne stanowisko okrawania -umieszczenie odlewów w magazynie 82. Podstawowe korzyści wynikające z robotyzacji i automatyzacji w odlewnictwie -poprawa jakosci wyrobów -zmniejszenie liczby ubytków -zmniejszenie, a czasami całkowita likwidacja błędów -wyręczenie pracowników z uciążliwych warunków pracy -poprawa bezpieczeństwa pracownika -kontrola wyrobu w trakcie wytwarzania 83. Argumenty przemawiające za robotyzacją pras w tłoczniach -możliwosc wycofania ludzi poza strefę pras o dużym zagrożeniu wypadkowym -wyeliminowanie uciążliwosci pracy, ze względu na monotonne czynnosci w dużym hałasie i drganiach -możliwosc znacznego zmniejszenia liczby pracowników obsługujących prasy - zwiększenie wydajnosci pras i poprawienie jakosci wytłoczek -możliwosc łączenia pras w linie technologiczną -możliwosc włączenia linii pras w zintegrowany system wytwarzania 84. Wymagania dotyczące robotów przeznaczonych do pracy w kuźni -odpornosc na działanie wysokich temperatór -praca 24h na dobę -duża elastycznosc robota -bezawaryjna pracy w ciężkich warunkach -duża powtarzalnosc ruchu i dokładnosc pozycjonowania -duży udźwig, zasięg i szybkosc działania -5 lub 6 stopni swobody -współpraca układu sterownaia rbotem z zewnętrznymi sensorami 85. Konfiguracja przykładowego zrobotyzowanego stanowiska spawalniczego AUTOMATYCZNY MONTAŻ WYROBÓW 86. Struktury i rodzaje operacji montażowych (schemat) -podawanie i orientowanie - laczenie -utrwalanie -kontrola -zdejmowanie 87. Charakterystyka podsystemów w elastycznych systemach montażowych W elastycznych systemach montażowych występują podsystemy transportowo-magazynowe, obejmujące wzajemnie powiązane urządzenia do układania, przechowywania, chwilowego gromadzenia, rozładowywania i przemieszczania jednostek montażowych i pomocy warsztatowych do określonego miejsca, kontroli, obejmujące urządzenia do kontroli elementów (części) oraz jednostek zmontowanych, ich właściwości fizycznych i geometrycznych, stanu urządzeń technologicznych, jak i parametrów wydajnościowych montażu, sterowania, obejmujące sterowanie poszczególnych maszyn i urządzeń oraz powiązanie tych sterowań. 88. Klasyfikacja systemów organizacyjnych procesu technologicznego montażu (schemat) a)montaż staly: niepodzielny, podzielny b) montaż ruchomy: z ruchem swobodnym, z ruchem przymuszonym 89. Rodzaje organizacji montażu końcowego -montaż końcowy u wytwórcy i wysłanie gotowego wyrobu. Czynności u odbiorcy mogą obejmować jedynie podłączenie zasilania, wykonanie fundamentów i posadowienie. Taki przypadek jest typowy dla lżejszych urządzeń produkcyjnych do 5 ton i wysokości do 3 metrów, montaż końcowy u wytwórcy, a następnie demontaż, wysłanie i ponowny montaż u odbiorcy. Demontaż wynika ze zbyt dużego ciężaru i wymiarów ze względu na możliwości przeładunkowe u odbiorcy. Dotyczy to dużych obrabiarek, pras czy też linii obróbkowych, montaż końcowy u odbiorcy. Poszczególne części i zespoły są tak skonstruowane i wykonane, aby odpowiadały wymaganiom zamienności bez znaczniejszych robót na dopasowywanie 90. Metody montażu ze względu na zamienność części lub zespołów metodę montażu o pełnej zamienności, w której montaż sprowadza się do kompletowania elementów bez ich obróbki i dobierania. Suma tolerancji wykonania elementów montowanych równa się tolerancji ogniwa zamykającego. Metoda jest stosowana w produkcji wielkoseryjnej i masowej, metodę montażu o niepełnej zamienności, w której istnieje prawdopodobieństwo, że przy niekorzystnych wartościach i położeniu tolerancji wykonania elementów nie uzyska się wymaganej tolerancji ogniwa zamykającego. Stosowanie tej metody może spowodować pojawienie się braków, a nawet wystąpienie awarii narzędzi i organów roboczych. Dopuszczalne ryzyko wadliwych wyrobów nie powinno przekraczać 0,1-0,27% [13], metodę montażu selekcyjną, która oparta jest na grupowym doborze jednostek montażowych. Stosowana jest gdy nie ma możliwości rozszerzenia tolerancji ogniwa zamykającego, a zawężenie tolerancji wykonania elementów montowanych jest utrudnione lub nieopłacalne. Metoda ta polega na zmierzeniu całej partii elementów montowanych, podzieleniu na grupy w ten sposób, że w każdej z nich są jednostki o wymiarach granicznych, zawartych np. w 3 częściach tolerancji całej partii (wówczas są to trzy grupy). Metoda ta stosowana jest głównie przy łączeniu dwóch lub trzech części okrągłych, metodę montażu selekcyjną, która oparta jest na indywidualnym doborze dla określonej jednostki bazowej (np. pierścień łożysk) wieloskładnikowego ogniwa o określonych wymiarach (np. kulek lub rolek). Przed montażem występuje kompletacja elementów, metodę montażu kompensacyjną, w której żądaną tolerancję ogniwa zamykającego uzyskuje się przez zmianę wymiaru jednego z elementów montowanych. Zmiana ta może dotyczyć: wprowadzenia dodatkowych części, tzw. kompensatorów konstrukcyjnych, regulacji położenia jednego z elementów montowanych względem drugiego, np. za pomocą śrub regulacyjnych i elementów sprężystych, oraz zdjęcia specjalnie pozostawionego naddatku materiału z jednego z elementów, tzw. kompensatora technologicznego. Metoda montażu z kompensatorem technologicznym nazywana jest również metodą z dopasowywaniem. Metoda kompensacyjna ze względu na wydłużenie procesu montażu stosowana jest w produkcji jednostkowej i małoseryjnej. 91. Etapy rozwoju mechanizacji i automatyzacji prac montażowych W montażu można wyróżnić pięć etapów rozwoju mechanizacji i automatyzacji prac montażowych: montaż ręczny wykonywany wyłącznie za pomocą mięśni ludzkich bez użycia narzędzi lub z użyciem narzędzi. Stosowane są najprostsze narzędzia i noszą nazwę narzędzi ręcznych, montaż ręczny zmechanizowany wykonywany przy użyciu przenośnych przyrządów z napędem elektrycznym, pneumatycznym lub hydraulicznym, montaż zmechanizowany (maszynowy), w którym występuje przymusowe prowadzenie narzędzia względem części montowanych przez zastosowanie prowadnic lub mechanizmów kierujących, co odróżnienia maszynę od zmechanizowanego narzędzia. Ręcznie wykonywane są tylko czynności pomocnicze oraz sterowanie maszyną, montaż maszynowy zautomatyzowany, wyposażony w urządzenia zmechanizowane operacji zasadniczych i pomocniczych. Ręcznie wykonywane są tylko czynności sterowania, montaż automatyczny, w którym występuje automatyczne sterowanie operacji zasadniczych i pomocniczych. Ręcznie wykonywane są tylko czynności nastawiania układów sterowania. Może występować sterowanie komputerowe, które dotyczy zarówno samych maszyn, jak i wyposażenia tych maszyn, transportu i pomiarów. Sterowanie pozwala budować systemy montażu z monitorowaniem przebiegu procesu, z inteligentnymi systemami adaptacyjnymi i uczącymi się, jak i systemami o wysokiej inteligencji bazujące na rezultatach i poszukujące optimum jakości i ilości produkcji, dostosowujące się do zamówień. Przez stopień automatyzacji rozumie się określony etap rozwoju techniki, charakteryzujący się możliwymi do zastosowania środkami zmechanizowanego i zautomatyzowanego montażu. Możliwość zastosowania środków technicznych zależy od złożoności wyrobu. 92. Technologiczność konstrukcji wyrobu - ogólne zasady konstrukcji wyrobu złożonego jak najmniejsza liczba części, zastosowanie konstrukcji modułowej, stosowanie części standardowych, zaprojektowanie części spełniających wiele funkcji w wyrobie, zaprojektowanie części z przeznaczeniem do stosowania w różnych wyrobach, projektowanie części zgodnie z zasadami technologiczności konstrukcji dla danego procesu wytwarzania, unikanie oddzielnych części złącznych, minimalizacja kierunków i ruchów montażowych. Istnieje ścisłe powiązanie wyrób-technologia montażu-system montażowy W projektowaniu wyrobu ukierunkowanym na montaż można wyróżnić: projektowanie ukierunkowane na automatyzację sterowań, projektowanie ukierunkowane na automatyzację wykonywania połączeń, projektowanie ukierunkowane na automatyzację podawania wewnątrzoperacyjnego, projektowanie ukierunkowane na automatyzację transportu między operacyjnego. 93. Technologiczność konstrukcji wyrobu z punktu widzenia montażu A. Rozwiązania konstrukcyjne wyrobu lub zespołu powinny umożliwiać podawanie części do montażu po prostych trajektoriach. Dostarczanie części do montażu po liniach pionowych jest wygodne ze względu na wykorzystanie sił ciężkości. Części wcześniej dostarczone nie powinny blokować następnych. Należy minimalizować liczbę części, jak i ich typy i wymiary, oraz stosować części znormalizowane. B. Rozwiązania konstrukcyjne stref łączenia powinny umożliwiać wygodne dosunięcie narzędzi i przyrządów montażowych. Te dosunięcia winny odbywać się wzdłuż odcinków prostoliniowych, z możliwością stosowania wielowrzecionowych zespołów wykonawczych. Ważne jest również minimalizowanie liczby części złącznych, np. uzyskiwanie połączeń nierozłącznych przez odkształcenia plastyczne. C. Część bazowa powinna zachować stałe położenie, elementy montowane i narzędzia powinny być doprowadzane od góry. Konieczność zmiany położenia części bazowej komplikuje konstrukcję urządzeń transportowych i pomocniczych. D. Zespoły montażowe powinny składać się z nie więcej niż 12 części. Jeśli występuje większa liczba części, należy grupować części w podzespoły. Bez takiego wstępnego łączenia konieczne byłoby stosowanie urządzeń wielopozycyjnych o zwiększonej zawodności. W praktyce nie stosuje się linii lub automatów mających ponad 20 pozycji. E. Części montowane powinny mieć proste i symetryczne kształty, minimalną liczbę stabilnych położeń, wyodrębnione powierzchnie bazowe oraz powierzchnie do automatycznego orientowania F. Kształt konstrukcyjny części powinien być taki, aby na wyjściu z urządzeń magazynowopodających nie następowało sczepianie części mogące blokować ich przemieszczanie. Szczególnie kłopotliwe pod tym względem są spiralne sprężyny, rozcięte pierścienie, podkładki sprężyste i tym podobne. Jeżeli nie ma możliwości zmiany kształtu, to konieczne staje się ręczne ustawienie elementów lub zainstalowanie przy urządzeniu montażowym maszyny wytwarzającej te elementy, po to, ażeby skorzystać z położenia uzyskanego w procesie technologicznym. Części wzajemnie się przenikające powinny mieć strefy prowadzące i ścięcia. G. Części bazowe powinny dawać się łatwo ustawiać w pozycjach roboczych automatów lub linii, a ich powierzchnie bazowe powinny być wystarczająco duże ze względu na stabilne położenie i sztywność.

7 94. Wymagania wyrobu dla automatycznego montażu 95. Zasady projektowania wyrobów dla automatycznego montażu A. Rozwiązania konstrukcyjne wyrobu lub zespołu powinny umożliwiać podawanie części do montażu po prostych trajektoriach. B. Rozwiązania konstrukcyjne stref łączenia powinny umożliwiać wygodne dosunięcie narzędzi i przyrządów montażowych. C. Część bazowa powinna zachować stałe położenie, elementy montowane i narzędzia powinny być doprowadzane od góry. D. Zespoły montażowe powinny składać się z nie więcej niż 12 części. (Jeśli występuje większa liczba części, należy grupować części w podzespoły.) E. Części montowane powinny mieć proste i symetryczne kształty, minimalną liczbę stabilnych położeń, wyodrębnione powierzchnie bazowe oraz powierzchnie do automatycznego orientowania F. Kształt konstrukcyjny części powinien być taki, aby na wyjściu z urządzeń magazynowopodających nie następowało sczepianie części mogące blokować ich przemieszczanie. G. Części bazowe powinny dawać się łatwo ustawiać w pozycjach roboczych automatów lub linii, a ich powierzchnie bazowe powinny być wystarczająco duże ze względu na stabilne położenie i sztywność.