close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Снижение временных затрат при получении изделий на прутковых автоматах с устройством сортировки..pdf

код для вставкиСкачать
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Оригинальна статья / Original article
УДК: 62.503.57; 621.9.08
DOI: 10.21285/1814-3520-2016-6-64-72
СНИЖЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ ЗАТРАТ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ИЗДЕЛИЙ НА ПРУТКОВЫХ
АВТОМАТАХ С УСТРОЙСТВОМ СОРТИРОВКИ
© М.С. Чепчуров1, Н.А. Табекина2
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,
308012, Россия, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.
Резюме. Цель. Снижение затрат на получение изделий в технологических системах на базе автоматов продольного точения. Методы. Управление величиной снимаемого припуска путем изменения глубины резания и величины продольной и поперечной подачи по информации о диаметре заготовок, поступающих в систему, и величине износа режущей части инструмента. Результаты. В работе подробно рассмотрен цикл изготовления продукции в технологической системе на базе автомата продольного точения на примере стоматологического бора,
на основе которого составлена циклограмма работы технологической системы с учетом контрольносортировочной операции. Выполнен анализ технологических параметров, оказывающих влияние на точность
получаемого размера и качество обрабатываемой поверхности. Установлено, что предложенная структура
управления технологической системой позволяет совместить операции механической обработки и сортировки
изделий, при этом контрольно-сортировочное устройство встраивается непосредственно в технологическую систему. В качестве прибора бесконтактного проекционного измерения диаметров рассматривается устройство на
основе ПЗС-матрицы, с которого по информации формируются сигналы управления приводами подач. Заключение. В работе доказано, что возможно совмещение в одной технологической системе механической обработки и
контрольно-сортировочной операции при наличии системы управления, что позволит уменьшить время производственного цикла получения изделия.
Ключевые слова: циклограмма работы, прутковый автомат, коррекция положения инструмента, технологическая система, система управления.
Формат цитирования: Чепчуров М.С., Табекина Н.А. Снижение временных затрат при получении изделий на
прутковых автоматах с устройством сортировки // Вестник ИрГТУ. 2016. № 6 (113). С. 64-72. DOI: 10.21285/18143520-2016-6-64-72
REDUCTION OF TIME EXPENDITURE UNDER PART PRODUCTION BY SWISS-TYPE AUTOMATIC LATHES
WITH SORTING DEVICES
M.S. Chepchurov, N.A. Tabekina
Shukhov Belgorod State Technological University,
46 Kostyukov St., Belgorod, 308012, Russia.
Resume. Purpose. Cost reduction of part production in technological systems based on swiss-type automatic lathes.
Methods. Control of the size of removed allowance by changing the depth of cutting and the value of longitudinal and
cross feed according to the information on workpiece diameter received by the system and the value of the tool cutting
part wear. Results. The article provides a detailed consideration of the product cycle in the technological system based
on the swiss-type automatic lathe for the case of a dental bur. On its basis, a cycle diagram of technological system operation has been designed taking into account control and sorting operations. The analysis of technological parameters
affecting the accuracy of the received size and quality of the machining surface is performed. It is determined that the
proposed structure of technological system control allows to combine machining and sorting of parts, while the control
and sorting device is integrated into the technological system. The device based on CCD (change-coupled device) is
considered as a non-contact diameter projective measurement device, in accordance with information of which the signals of feed drive control are formed. Conclusion. The article proves the possibility to combine machining and controlsorting operations in a single technological system if the control system is available. This will reduce the time of the part
production cycle.
Keywords: operation cycle diagram, swiss-type automatic lathe, tool position compensation, technological system, control system
___________________________
1
Чепчуров Михаил Сергеевич, доктор технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения,
e-mail: avtpost@mail.ru
Chepchurov Mikhail, Doctor of Engineering sciences, Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, e-mail: avtpost@mail.ru
2
Табекина Наталья Александровна, аспирант кафедры технологии машиностроения, e-mail: mail-tasha@bk.ru
Tabekina Natalia, Postgraduate of the Department of Mechanical Engineering Technology, e-mail: mail-tasha@bk.ru
64
ВЕСТНИК ИрГТУ № 6 (113) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 6 (113) 2016
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
For citation: Chepchurov M.S., Tabekina N.A. Reduction of time expenditure under part production by swiss-type automatic lathes with sorting devices. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016, no. 6 (113), pp. 64–72.
(In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2016-6-64-72
Введение
Продукция, изготовленная на автоматах продольного точения или прутковых
автоматах, имеет высокие требования к
точности получаемых поверхностей (диаметров), так как они являются как деталями
различных механизмов приборов, так и изделиями, у которых исключаются различные радиальные биения. К таким изделиям
можно отнести стоматологические боры 3
[1], у которых радиальные биения хвостовика, имеющего значительную величину,
просто недопустимы.
Авторы неоднократно описывали
технологию изготовления и сортировки
стоматологического инструмента [1, 2],
оставляя открытым вопрос управления величиной снимаемого припуска при получении поверхности изделия. Ведь отклонения
размеров получаемой поверхности требуют
необходимости последующей сортировки с
целью доводки стоматологического инструмента. Если соблюдать требования по
точности получаемых размеров, то процесс
сортировки изделий может отпадать, а
останется только контроль с целью выявления брака или корректировки положения
режущего инструмента.
Анализ технологических
параметров, влияющих на точность
размера и качество обрабатываемой
поверхности
Рассмотрим в качестве примера изделие – бор стоматологический «Факел»,
представленный на рис. 1 в виде профиля
в продольном сечении.
Бор имеет общую длину L (все размеры определяются согласно ГОСТ 2663491) с рабочей частью длиной Lp и хвостовиком длиной Lx. Согласно ГОСТ4 наиболее
3
ГОСТ 26634-91 РФ. Инструменты стоматологические
вращающиеся. Хвостовики. Минск: ИПК Изд-во стандартов, 1992. 7 с.
GOST 26634-91 State Standard RF Rotary dental instruments. Shanks. Minsk: IPK Standards Publishers, 1992. 7p.
4
ГОСТ 26634-91 РФ. Инструменты стоматологические
вращающиеся. Хвостовики. Минск: ИПК Изд-во стандартов, 1992. 7 с.
ISSN 1814-3520
высокие требования предъявляются к диаметру D, в то же время радиусы r, R, а также остальные размеры могут быть выполнены по 14-му квалитету. При этом рабочая
часть инструмента может удовлетворять
условию Dp > D. Для выполнения дальнейшего анализа разобьем профиль на 4
участка. На участке I не требуется соблюдение высокой точности размеров и обеспечения небольшой высоты микронеровностей, то же самое относится и к участкам II
и IV. А вот участок III требует выполнения
размеров по 7–8-му квалитетам с шероховатостью 6,3 мкм. Обработка заготовки на
прутковом автомате выполняется с использованием люнетной втулки согласно схеме,
приведенной на рис. 2.
Таким образом, вылет заготовки составляет незначительную величину, которой можно пренебречь при расчете точности получаемой детали. Так как отклонения
от оси незначительны, то силы резания не
оказывают влияния на полученный диаметр.
Возникает вопрос: что оказывает
влияние на качество получаемого изделия,
точнее – на окончательный размер хвостовика и его шероховатость? Согласно выражению, полученному В.Л. Чебышевым, основное влияние на шероховатость поверхности, получаемой токарной обработкой,
оказывают радиус при вершине режущего
инструмента и величина продольной подачи (Sпрод). А на стабильность получаемых
диаметров D (рис. 1) оказывает влияние
износ режущей части инструмента, который
можно контролировать путем прямых измерений, например, во время выстоя при его
отводе в момент подачи заготовки, либо
косвенным – путем измерения получаемого
диаметра. Современные способы контроля
[3] позволяют реализовывать оба варианта
контроля износа режущего инструмента, а
момент замены инструмента можно определить с использованием датчика, измеряGOST 26634-91 RF Rotary dental instruments. Shanks.
Minsk: IPK Standards Publishers, 1992. 7p.
ВЕСТНИК ИрГТУ № 6 (113) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 6 (113) 2016
65
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
ющего мощность, затрачиваемую на снятие
припуска [4, 5]. При контроле износа режущей части инструмента требуется определение абсолютного размера радиуса при
вершине режущей части инструмента с высокой точностью до 1 мкм, что весьма затрудняет использование ПЗС-матриц, выпускаемых в наше время для промышленности, так как требуется размер ее зерна
порядка 0,5 мкм [6]. То есть разработка и
изготовление контрольного узла, позволяющего оценить износ режущей части инструмента с точностью до 1 мкм, потребует
значительных инвестиций, которые сделают нецелесообразным использование подобного контроля. Авторы считают целесообразным остановиться на контроле диа-
метров получаемых изделий, то есть в этом
случае для обеспечения контроля размеров (рис. 1) в диапазоне 1,54–1,56 мм достаточно ПЗС-матрицы с размером зерна
5–10 мкм [7] с последующим выполнением
коррекции положения режущего инструмента или глубины резания. Таким образом, вопрос расположения контрольного
узла получаемого размера решен – на выходе из зоны обработки.
Рассмотрим цикл получения изделия, изображенного на рис. 1:
1) подача прутка;
2) зажим заготовки;
3) включение шпинделя;
4) подвод инструмента в точку
начала обработки;
Рис. 1. Профиль стоматологического бора
Fig.1. Dental bur profile
Рис. 2. Схема обработки заготовки стоматологического бора: 1 – люнетная втулка;
2 – цанга; 3 – резец; 4 – заготовка в виде калиброванного прутка
Fig. 2. Machining pattern of a dental bur workpiece: 1 – a stay bush; 2 – a collet; 3 – a cutter;
4 – a workpiece in the form of a calibrated bar
66
ВЕСТНИК ИрГТУ № 6 (113) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 6 (113) 2016
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
5) обработка участка I с круговой
интерполяцией против часовой стрелки
(радиус траектории R);
6) обработка участка II с линейной
интерполяцией;
7) перемещение инструмента с рабочей подачей вдоль оси Z на участке III;
8) подвод контршпинделя;
9) перезахват заготовки;
10) обработка участка IV с круговой интерполяцией;
11) отвод контршпинделя;
12) освобождение детали;
13) перемещение инструмента в
точку начала обработки.
Итого, 13 пунктов в описании циклограммы обработки. Добавим еще один –
14 – измерение диаметра D изделия и коррекцию положения инструмента только на
участке III, так как на других в связи с 14 кв.
выполняемых размеров эта коррекция не
требуется.
Выделим основные узлы технологической системы и составим циклограмму ее
работы, представленную на рис. 3.
Согласно рис. 3 время выполнения
цикла обработки заготовки составит

об = ∑  ,
=1
где τ – время выполнения i-го шага цикла.
В случае, если выполняется контроль получаемого изделия, циклограмма
имеет продолжение для контрольносортировочного узла. Условимся [8], что
контроль и сортировка деталей выполняются непосредственно в технологической
системе получения изделий, а не с использованием
отдельного
контрольносортировочного автомата. Реализация подобной схемы значительно упрощает организацию производственного процесса и
снижает затраты на транспортирующие и
ориентирующие устройства. Сортировка
происходит после выполнения обработки и
при этом начинается следующий цикл получения изделия, так как не рационально
останавливать автомат, на котором получают изделия, для выполнения контроля и
сортировки. Эти процессы можно выполнять и параллельно.
Обозначим через j – номер цикла
выполняемого изделия, соответственно
τC – время выполнения шага контрольносортировочной операции (рис. 4).
Рис. 3. Циклограмма работы технологической системы на базе пруткового автомата
Fig.3. Cycle diagram of technological system operation based on a swiss-type automatic lathe
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ № 6 (113) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 6 (113) 2016
67
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Рис. 4. Циклограмма контроля и сортировки изделий
Fig. 4. Cycle diagram of part control and sorting
Время выполнения
сортировочной операции
контрольно-

  = ∑  .
=1
Таким образом, получаем условия
максимального времени выполнения контрольно-сортировочной операции
есть в устройстве подачи заготовки требуется наличие датчика диаметра, аналогичного датчику в контрольно-сортировочном
автомате. В качестве датчика используется
устройство, неоднократно описанное авторами статьи5. Общая циклограмма работы
технологической системы представлена на
рис. 5.
Время получения n деталей из одной заготовки

 > +1,
 = 1Σ + ∑ Σ
=2
то есть время выполнения на следующем
цикле получения изделия. Из одного прутка
возможно получение n-изделий, то есть
выполнение n-циклов как механической обработки, так и контроля и сортировки.
При назначении технологических
режимов, а именно глубины резания, оказывает влияние не только износ инструмента, но и начальный диаметр заготовки,
который необходимо так же контролировать перед началом выполнения цикла. То
Таким образом, при количестве заготовок n можно оценить приблизительное
время получения m×n изделий. Доказано,
что предлагаемая авторами технологическая система подразумевает изменение
цикла получения изделия с учетом износа
режущего инструмента и нестабильности
диаметров, поступающих в систему после
механической обработки заготовок.
_________________________________
5
Пат. № 153620, Российская Федерация. Устройство для бесконтактного измерения малых диаметров / Н.А.
Табекина, М.С. Чепчуров, Н.А. Архипова, И.А. Тетерина; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова.
№ 2014149933/28; заявл. 10.12.2014; опубл. 27.07.2015. Бюл. № 21. 2 с.
Tabekina N.A., Chepchurov M.S., Arkhipova N.A., Teterina I.A. A device for non-contact measurement of small diameters. Patent Russian Federation no. 153620, 2015.
68
ВЕСТНИК ИрГТУ № 6 (113) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 6 (113) 2016
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Рис. 5. Общая циклограмма работы технологической системы
Fig. 5. General cycle diagram of technological system operation
Если при допустимом износе инструмента возможна коррекция технологических режимов, то при катастрофическом
износе требуется замена инструмента,
требующая временных затрат. Используя
рекомендации по выбору момента смены
инструмента, изложенных в [9], можно заключить, что его смена должна происходить в момент подачи заготовки, но при
этом время смены инструмента не должно
превышать время подачи заготовки. В слу-
чае недостижимости этого условия авторы
рекомендуют использовать автомат смены
инструмента (АСИ), в этом случае смену
инструмента можно выполнять не только
перед началом цикла обработки прутка, но
и согласно циклограмме (рис. 3) – в момент
закрепления заготовки в приспособлении.
Результаты и их обсуждение
Вышеприведенное позволило составить схему технологической системы,
представленную на рис. 6.
Рис. 6. Схема технологической системы на базе пруткового автомата
Fig. 6. Flow diagram of the technological system based on the swiss-type automatic lathe
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ № 6 (113) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 6 (113) 2016
69
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Предполагается оснащение всех
представленных на рис. 6 узлов собственными управляющими контроллерами, для
чего составим спецификацию передаваемой информации по каждому узлу (рис. 7).
Рис. 7. Схема связей между узлами технологической системы
Fig. 7. Flow diagram of technological system units
70
ВЕСТНИК ИрГТУ № 6 (113) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 6 (113) 2016
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Обмен данных между различными
узлами технологической системы авторы
рекомендуют проводить по промышленной
шине, а при программировании процесса
получения изделия следует выполнять программирование каждого узла в соответствии с циклограммами, представленными
на рис. 3–5.
Если программирование основных
узлов можно описать логикой их работы, то
генерация технологических режимов зависит от начальных условий механической
обработки диаметра заготовки, ее физических свойств, износа режущей части инструмента. В этом случае требуются предварительные исследования обработки разнообразных материалов с различной режущей частью инструмента. При производстве однотипных изделий из одного и того
же материала такие исследования оправданы, но при частой смене номенклатуры
они занимают много времени, да и изменения геометрических и физических характеристик заготовок носят стохастический характер. Выход из этой ситуации – использование адаптивной программируемой системы управления оборудованием. То есть,
настройка режимов обработки может выполняться по параметрам или ограничениям. В нашем случае этими параметрами
являются предельно допустимая шерохо-
ватость и допустимая мощность, затрачиваемая на съем припуска, что описано в [6].
Заключение
Таким образом, подводя итог вышеизложенному, авторы доказали, что совмещение в одной технологической системе
механической обработки и контрольносортировочной операции возможно при
наличии системы управления, обеспечивающей регулирование технологического
процесса на основе информации о полученном размере, геометрических характеристиках и физическом состоянии заготовок, а также мощности, затрачиваемой на
снятие припуска и износ режущего инструмента. Это доказано наличием размерных
связей между геометрией заготовок и полученной детали с режимами обработки, а
также между геометрией заготовки и режущей частью инструмента с мощностью, затрачиваемой на съем припуска. Раскрытие
выявленных связей позволило создать
схему комплексной технологической системы, включающую устройство контроля и
сортировки и обеспечивающую минимальное время производственного цикла получения изделия в технологических системах
на базе автоматов продольного точения.
Работа выполнена в рамках гранта: Проект ПСР № 2011-ПР-146, договор
№ А-28/15 от 14.04.2015 г.
Библиографический список
1. Табекина Н.А. Требования к контрольноцепи привода обоpудования // Ремонт, восстановсортировочному автомату, предназначенному для
ление, модернизация. 2008. Вып. 9. С. 46−48.
измерения геометрических параметров (диаметра
5. Чепчуров М.С. Использование АЦП для регихвостовиков) стоматологических боров // Грани сострации и обработки аналогового сигнала в ПК //
временной науки: материалы I междунар. науч.Ремонт, восстановление, модернизация. 2008.
практ. конф., Краснодар, 20 июля 2012 г Сибирская
Вып. 5. С. 8−10.
ассоциация консультантов. Краснодар: АНО «ЦСПИ
6. Чепчуров М.С., Жуков Е.М., Блудов А.Н. Спосо«Премьер», 2012. С. 85–90.
бы проекционной оценки геометрии объектов в ма2. Табекина Н.А., Тетерина И.А., Четвериков Б.С.
шиностроении и их реализация: монография. БелБесконтактный метод контроля малых размеров и
город: изд-во БГТУ, 2015. 151 с.
его реализация на примере стоматологического бо7. Чепчуров М.С., Афанаскова Ю.А. Бесконтакный
ра // Инновации в науке: мат. X междунар. заочной
способ контроля шероховатости поверхности детанауч.-практ. конф., Новосибирск, 16 июля 2012 г.
лей пресс-форм и его реализация // Технология маНовосибирск: Изд-во Сибирская ассоциация коншиностроения. 2009. Вып. 11. С. 15–17.
сультантов, 2012. Ч. I. С. 82–88.
8. Тимирязев В.А., Вороненко В.П., Схиртлад3. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Капитанов
зе А.Г. Основы технологии машиностроения: учеб.
А.В. Автоматизированные станочные системы, орпособие. СПб: Изд-во «Лань», 2012. 442 c.
ганизация эксплуатации металлообрабатывающих
9. Новиков В.Ю., Ильянков А.И. Технология машиинструментов // Межотраслевая информационная
ностроения: учеб. пособие: в 2 ч.; 2-е изд., перераб.
служба. 2012. Вып. 4. С. 48–52.
М.: Изд-во «Академия», 2012. Ч. 1. 352 с.
4. Чепчуров М.С. Измерение и pегистpация тока в
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ № 6 (113) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 6 (113) 2016
71
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
References
1. Tabekina N.A. Trebovaniya k kontrol'notsepi privoda obopudovaniya [Current measurement
sortirovochnomu avtomatu, prednaznachennomu dlya
and registration in the machine drive circuit]. Remont,
izmereniya geometricheskikh parametrov (diametra
vosstanovlenie, modernizatsiya – Repair, Reconstruckhvostovikov) stomatologicheskikh borov [Requiretion, Modernization, 2008, issue 9, pp. 46−48.
5. Chepchurov M.S. Ispol'zovanie ATsP dlya regisments for a control-sorting machine designed for
tratsii i obrabotki analogovogo signala v PK [ADC use
measuring geometric parameters (shank diameter) of
dental burs]. Мaterialy I mezhdunar. nauch.-prakt. konf.
for analog signal recording and processing by PC].
“Grani sovremennoi nauki” [Materials of I International
Remont, vosstanovlenie, modernizatsiya – Repair, Reconstruction, Modernization, 2008, issue 5, pp. 8−10.
Scientific and Practical Conference „Boundaries of
Modern Science“]. Krasnodar, ANO “TsSPI Prem'er”
6. Chepchurov M.S., Zhukov E.M., Bludov A.N.
Sposoby proektsionnoi otsenki geometrii ob"ektov v
Publ., 2012, pp. 85–90.
mashinostroenii i ikh realizatsiya [Methods for evaluat2. Tabekina N.A., Teterina I.A., Chetverikov B.S.
Beskontaktnyi metod kontrolya malykh razmerov i ego
ing the projection geometry of objects in engineering
realizatsiya na primere stomatologicheskogo bora
and their implementation]. Belgorod, izd-vo BGTU
[Non-contact method of small size product control and
Publ., 2015, 151 p.
its implementation on the example of a dental bur]. Ma7. Chepchurov M.S., Afanaskova Yu.A. Beskontaknyi
terialy X mezhdunar. zaochnoi nauch.-prakt. konf. “Insposob kontrolya sherokhovatosti poverkhnosti detalei
novatsii v nauke” [Materials of X International Correpress-form i ego realizatsiya [Non-contact method for
spondent Scientific and Practical Conference “Innovamold part surface roughness control and its implementation]. Tekhnologiya mashinostroeniya – Mechanical
tion in Science”]. Novosibirsk, Izd-vo “Sibirskaya asEngineering Technology, 2009, issue 11, pp. 15–17.
sotsiatsiya konsul'tantov” Publ., 2012, part 1, pp. 82–88.
3. Solomentsev Yu.M., Mitrofanov V.G., Kapita8. Timiryazev V.A., Voronenko V.P., Skhirtladze A.G.
nov A.V. Avtomatizirovannye stanochnye sistemy, orOsnovy tekhnologii mashinostroeniya [Foundations of
ganizatsiya ekspluatatsii metalloobrabatyvayushchikh
Mechanical Engineering Technology]. Saint-Peterburg,
instrumentov [Automated machining systems, organizaIzd-vo “Lan” Publ., 2012, 442 p.
9. Novikov V.Yu., Il'yankov A.I. Tekhnologiya mashition
of
metal-processing
tools
operation].
Mezhotraslevaya informatsionnaya sluzhba – Intersecnostroeniya [Mechanical Engineering Technology].
toral information service, 2012, issue 4, pp. 48–52.
Moscow, Izd-vo “Akademiya” Publ., 2012, part 1, 352 p.
4. Chepchurov M.S. Izmerenie i pegistpatsiya toka v
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта
интересов.
Статья поступила 24.03.2016 г.
72
Conflict of interest
The authors declare no conflict of interest.
The article was received 24 March 2016
ВЕСТНИК ИрГТУ № 6 (113) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 6 (113) 2016
ISSN 1814-3520
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
11
Размер файла
2 304 Кб
Теги
снижения, временные, автомата, изделия, сортировка, pdf, затрат, получения, прутковых, устройства
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа