В В Е Д Е Н И Е В решениях ХХУ1 съезда КПСС предусмотрено «опережающее развитие машиностроения и металлообработки», увеличение выпуска продукции машиностроения в 1,4 раза, повышение производительности труда на 31−35 fl5 Непрерывный рост бурения и добычи нефти и газа делает эти задачи особенно актуальными для газонефтяного машиностроения, а успешное решение их в условиях закономерного усложнения технологического оборудования невозможно без дальнейшего исследования закономерностей протекания процессов обработки и сборки, глубокого изучения системы объективно существующих связей, на основе которых формируются эти закономерности [2]. К числу таких связей относятся и временные связи, образующие затраты времени на выполнение технологического процесса и его отдельных этапов, а также затраты времени, обеспечивающие согласованность выполнения этих этапов. Существующие методы анализа и синтеза временных связей, выполняемых при решении многих задач проектирования технологических процессов и оборудования, базируются на определении и учете номинальных затрат времени. Между тем, многочисленные наблюдения показывают, что на практике имеют место отклонения фактических затрат времени от расчетных. Вследствие этого отклоняются от требуемых важнейшие выходные показатели процесса обработки качество, производительность и себестоимость. Сам факт существования отклонений затрат времени в сочетании с необходимостью выполнения установленной программы выпуска вынуждает на стадии проектирования предусматривать резервы времени, которые зачастую не используются. В других случаях, напротив, полное отсутствие таких резервов времени, обусловленное отклонениями затрат времени, препятствует поддержанию планируемых темпов роста производительности и снижения себестоимости. Отклонения затрат времени зачастую становятся причиной нарушения нормального режима функционирования целевых механизмов станков, согласованного взаимодействия исполнительных органов, возникновения превышающих допустимые динамических нагрузок и обусловленных всем этим поломок звеньев, ускоренного износа деталей и преадевременного выхода из строя механизмов. Стремление исключить перечисленные негативные последствия приводит, в конечном счете, к образованию скрытых простоев, увеличению внутрицикловых потерь времени и снижению производительности обработки. Все это с особой остротой проявляется в автоматизированном производстве, где организационные неполадки не доминируют. Общеизвестно, что автоматизация это важнейшая тенденция в развитии машиностроения. Повсеместно ускоренными темпами ведутся разработка, освоение и внедрение в практику машиностроительного производства высокопроизводительного автоматического оборудования и сложных его систем. Автоматизированное оборудование отличается не только высокой производительностью, но и большей по сравнению с обычным оборудованием стоимостью. В этих условиях даже незначительные отклонения затрат времени становятся причиной сзпцественного снижения производительности обработки, эффективности использования оборудования, оказывают влияние на эффективность самого процесса автоматизации. Все изложенное свидетельствует о необходимости учета и нормирования отклонений затрат времени, изыскания путей и разработки способов сокращения этих отклонений. Решение этих задач должно базироваться на построении и расчете временных цепей. Между тем, методы их построения и расчета на сегодня практически не разработаны. Не установлены закономерности образования временной цепи, замыкающего и составляющих звеньев, их отклонений. Не выявлены связи между отклонениями этих звеньев, на основе которых решаются задачи расчета временной цепи, достижения требуемой точности замыкающего звена, ее повышения. Недостаточное внимание уделяется экспериментальному исследованию временных связей, вопросам анализа, отбора и систематизации факторов, участвующих в образований отклонений затрат времени, что составляет практическую основу решения задач нормирования и сокращения отклонений. Подводя итог изложенному, можно сделать вывод, что задачи исследования временных связей с учетом их случайного характера, установления закономерностей образования отклонений затрат времени, изучения факторов, вызывающих эти отклонения, изыскания путей и способов их сокращения, разработки методов их учета, расчета и нормирования приобрели в настоящее время актуальное значение.I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЩОВАНИЯ Г. 1. Временные связи технологического процесса Процессы обработки и сборки рассматриваются как проявление системы объективно существующих связей размерных, временных, информационных и экономических, совместное действие которых определяет, в конечном итоге, важнейшие выходные показатели процесса качество, производительность и себестоимость [3−5.] Временные связи образуют затраты времени на выполнение технологического процесса, его отдельных этапов, а также затраты времени, обеспечивающие согласованность выполнения этих этапов. Так, требуемая продолжительность операции обеспечивается надлежащими затратами времени на выполнение составляющих ее переходов и соответствующей последовательностью их выполнения. Требуемая согласованность взаимодействия рабочих органов станка обеспечивается надлежащими затратами времени между моментами последовательного. введения их в действие. Анализ я синтез временных связей является одним из главных этапов проектирования технологических процессов и оборудования. Выполнение этого этапа связано с решением задач обеспечения требуемой производительности, анализа резервов производительности и поддержания планируемых темпов ее роста, определения оптимальной степени дифференциации! и концетрации переходов, формирования операций и выбора, варианта технологического процесса, оценки возможности частичного или полного совмещения во времени переходов и операций, синтеза циклограммы автомата или автоматической линии, построения и расчета синхронной циклограммы, оценки величин и путей сокращения внутрицикловых потерь времени, а также других. Теоретические основы, многие практические вопросы решения этих задач разработаны в трудах отечественных ученых А.11.=Соколовского, Б. С. Балакшина, Г. А. Шаумяна, А. П. Владзиевского, B.C. Корсакова, ИАртоболевского, Л. В. Петрокаса и других. Существущие методы решения перечисленных задач базируются, главным образом, на расчете номинальных затрат времени. Метущ тем, многочисленные наблюдения свидетельствуют, что фактические затраты времени отклоняются от номинальных. Так, в [б] приведены реальные циклограммы станка МР-5 (рис. I. I), на котором производатся обработка наружного кольца конического подшипника проходным, подрезным и двумя фасочными резцами. Номинальная длительность цикла соответствует продолжительности лимитирующего перехода обработки проходным резцом. Остальные переходы должны быть совмещены с лимитирующим. Меаду тем, анализ и сопоставление циклограмм показывает, что вследствие отклонений затрат времши Т-{-, Т2 и Tg, характеризующих согласованность выполнения переходов цикла, переходы обработки подрезным и: фасочными резцами не совмещены с лимитирующим. Наряду с этим, по данным [б] имеет место отклонение от номинальной продолжительности лимитирующего перехода. Все это влечет за собой увеличение внутрицикловых по— т ф ь времени на 10−15. По мнению автора [б] отклонения затрат времени образуются вследствие погрешностей настройки станка. В [у] на основе анализа осциллограмм функционирования меха низмов станков, встроенных в автоматическую линию, установлено существование систематических отклонений затрат времени, По мнению автора эти отклонения образ-зштся вследствие приближенного характера теоретической циклограммы, превышаюгцих расчетные выдержек времени блокирующих устройств, несинхронной работы сблокированных механизмов, не предусмотренных циклограммой пагз между последовательнымвводом в действие механизмов. Исполнительный орган (резец} Прохобной Подрезной Масочный (Расочный Затрать/ бремени У////////////////А Ti У///У. 7−3 72 У//////. V Испо/1мцтеу1ьныи орган (резей) Про)(Однои Подрезной Масочный Расочныи Затраты бремени У/////////////////А Ti у/////. rz У///////А //А Испо/1ните/1ьныи орган (резец) Пролодной Подрезной Затрать/ бремени Л Гг Тз 9асочнь/и Яасочный ЧспоАните/1ьнь/й орган (резей) Проходной Падрезно/j Яасочнь/и Сосочный Затрать/ времени У///////////////Л Т У////. Гг 7: ч У///////А У//Л Рис. I. I, Циклограммы полуавтомата МР-5 Интересные исследования рассогласования цикловых диаграмм целевых механизмов контрольно-сортировочного автомата проведены И. А. Клусовым [8,9] Установлено существование отклонений затрат времени, характеризующих согласованность функционирования исполнительных органов автомата Указанные, отклонения выражены в углах поворота ведущего вала и достигают 1408 24 Автор выделяет две составляющие общей погрешности статическую и динамическую. Первая образуется вследствие погрешностей изготовления звеньев механизмов, установки ведущих звеньев на ведущих валах, а вторая, — вследствие действия нагрузок, недостаточной жесткости механизмов. Отмечается, что рассогласование цикловых диаграмм ведет к нарушению нормального режима функционирования меха низмов автомата. Приведенные в [8,9] данные относятся к контрольно-сортировочным автоматам. Известно, однако, что машины различного назначения имеют единую основу автоматизации, принципы построения и функционирования автоматов подчиняются общим закономерностям [Ю-ГЗ] Поэтому данные [8,9] можно в полной мере отнести и к металлорежзш1Им автоматам. Более того, процесс обработки сопровождается возникновением значительно больших по сравнению с процессами измерения и сортировки технологических, инерционных и других усилий. Следовательно, динамическая составляющая погрешности рассогласования и порождаемые ею отклонения затрат времени могут достигать у металлорежущих автоматов больших величин. Подтверждением этому могут служить результаты наблюденийза длительностью цикла горизонтального шестишпиндельного токарного автомата I265M-6, на котором выполняется обработка группы однотипных деталей скважинного глубинного насоса. Детали выпускаются небольшими партиями. В связи с этим периодически производится перенастройка механизмов и устройств станка, изменение программы обработки, которая задается ведущими звеньями.
(кулачками) распределительного вала [9,14] В этих условиях при помощи секувдомера в течение нескольких рабочих смен прово— дилосБ измерение длительности цикла обработки корпуса клапана глубинного насоса. Период: наблюдений выбирался с таким расчетом, чтобы ему предшествовала очередная перенастройка автоматана выщгск корпуса клапана. Результаты наблюдений представлены на рис. 1.2 в виде точечных диаграмм. Сопоставление их показывает, что периодическая настройка автомата на выщск корпуса клапана сопровождается рассеянием среднего значения длительности цикла. Наряду/ с этим, имеет место случайное рассеяние длительностицик ла, достигающее IQ от среднего значения,. Экспериментальное исследование отклонений затрат времени проведено ЭНИМСом на ряде отечественных и импортных автоматических линий, эксплуатируемых на ВАЗе [is] С помощью специального комплекта приборов измерялись затраты времени на выполнение отдельных переходов и всего цикла работы автоматической линии. Наиболее характерныеиз представленных в [15] данных приведены в табл. I.I. Отклонения затрат времени представлены здесь в относительном, виде и расчитывались по формуле дТ i z l 100 (Ь1) где Тр расчетные затраты времениТф фактические средние затраты времени. На основе обработки и анализа ползвенных данных в [l5] делаются следующие выводы: составленныена стадии проектирования автоматических линий циклограммы отражают затраты времени на выполнение переходов с большими погрешностямиf-я настройка к Мт=97,6с. бтОЗс. 100 Z-я настройка Мг 83,9с. 6т=, 9с. /00 /И 5-я настройка Mr =86,4 с. <3т-0,7с. 100 N Рис. 1.2. Точечные диаграммы длительности цикла обработки корпуса клапана скважинного штангового насоса на горизонтальном шестишпиндельном токарном автомате 1265М-б (Л/ порядковый номер цикла) Таблица I. Г Относительные отклонения затрат времени на выполнение переходов цикла Модель автоматической линии, позиция Наименование перехода С 3 Транспортер вперед Прижим детали Отжим детали Фиксация детали Расфиксация деталиБыстрый ПОДВОД- 1Л270 С 6 44,5 -93,3 1Л273 С И п р С 1пр 2,5 -86,6 189,9 -80,0 195,0 -31,5 -27,5 0,9 1Л274 С Гл 20,0 46,6 О 20,0 -55,0 -55,9 -73,3 -80,4 -55,0 -60,0 -76,0 -6,6 13,4 20,0 -66,7 -40,0 33,3 153,г 9,0 15,0 Быстрый отвод Рабочая подача I Рабочая подача II Подвод опоры Отвод опоры Ожидание отвода головок Выдержка на упоре Зажим опоры Отжим опоры 33,3 133,6 10,5 -14,6 -44,0 -46,7 -46,7 -23,1 -6,3 44,9 -53,3 -93,3 iA необходимо продолжить работы по анализу циклограмм, для получения рекомендаций па их проектному расчету с тем, чтобы отклонения затрат времени не превышали допустимых значений. Наряду с систематическими постоянными по величине имеют мехзто закономерно изменяющиеся отклонения затрат времени. В [l6,I7] на основе большого числа наблюдений построены графики изменения средних длительностей циклов двух: горизонтально-расточных станков, встроенных в автоматическую линию ГЛ167 (рис. Г. З). За период I6"IQ циклов работы средняя длительность цикла возросла-с 40 с. до 56 с т. е. на 4Q%" Вследствие этого средняя длительность цикла автоматической линии за тот же период возросла на 25% (рис. Г.4). По мнению авторов [l6,I7J увеличение длительности цикла является следствием ухудшения технического состояния оборудования. В связи с этим предлагается использовать длительность цикла в качестве диагностического параметра,-. а диагностирование техничехжого состояния оборудования и прогнозирование периода наработки до наступления отказа производить на основе сопоставления фактическога среднего значения длительности цикла с допустимым. Разработана методика определения допустимого значения длительности цикла [Г8] Систематическое возрастание машинного времени имеет место при обработке на станках с адаптивными системами стабилизации силовых параметров процесса резания [l9] Это обусловлено тем, что по мере затупления инструмента возрастает сила резания, а ее стабилизация достигается путем уменьшения подачи [2Q, 2IJ Представленные в [гэ] данные, экспериментов, проведенных на станке 1К62ПР с системой стабилизации тангенциальной составляющей силы резания показали, что машинное время обработки линейно возрастает на 40−120 по сравнению с продолжительностью обработки неизношенным инструментом. APnCi Х.(ракт., с. npnCi 5 г 48 40 16 гц N10 Рис. 1.3. График изменения длительностей циклов работы горизонтально-расточных станков автоматической линии 1Л167 л/ порядковый номер циклаштриховая линия выполнение ремонтных и наладочных работДРП, ПРП до и послеремонтный периоды) Ме-премонтный iq) aKm., c. период 72 64 12 МЮ Рис. 1.4. График изменения длительности цикла работы автоматической линии 1Л167 Что касается случайных отклонений затрат времени, то факт их существования отмечается многими авторами [5,7,20,22−25] В [20] отмечается, что при обработке на станках, оснащенных рефлекторными системами управления рассеяние длительности цикла: достигает 2й%. Это обусловлено задержками в получении и передаче комацц, носящими случайный характер, изменением числапроходов при многопроходной обработке из-заколебания припуска на обработку у партии заготовок. По данным [23] рассеяние длительности цикла автоматической линии: составляетг 5−5 от среднего значения в зависимости от колебания напряжения в. силовой цепи, инерционности устройств, при помощи которых производится переключание с ускоренного перемещения на рабочую подачу и обратно. При обработке на станках, оснащенных адаптивными системами стабилизации силовых параметров процесса резания также должно имать место рассеяние машинного времени. Известно [5,26] что сила резания случайным образом изменяется от заготовки к заготовке вследствие колебания припуска и твердости. В условиях, когда стабилизация силы реэания осуществляется путем изменения подачи колебания припуска и твердости порождают рассеяние скорости раб о ч подачи и машинного времени обработки. В [24,25] проф. А. П. Владзиевским обосновывается необходамость учета случайных отклонений затрат времени при решении ряда задач проектирования и эксплуатации автоматических линий, К числу таковых относятся определение плотности распределения такта выпуска, обеспачеяие согласованного функционирования агрегатов автоматической линии, оценка величин и путей уменьшения внутрицикловых потерь времени в тгой их части, которая жороадзется рассеянием затрат времени. Исследования в. этом направлении выполнены авторами [27] посвященной изучению влияния случайных отклонений затрат времени на длительность цикла автоматической линии iT с учетом структуры линии иособенностей встрошных в нее агреггатов и устройств. Полученные результаты позволили авторам [27j разработать ряд рекомендаций по проектированию автоматических линий. Более подробно работа [27] будет рассмотрена в следующем.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.
1. На основе исследования механизма образования временной цепи, замыкающего звена и его отклонений установлено: всякая временная цепь является плоской цепью с параллельно расположенными звеньямив процессе образования временной цепи закономерно изменяющиеся погрешности составляющих звеньев выделяются в отдельный разряд, возникает корелляционная связь отклонений составляющих звеньев.
2. Получены уравнения связи характеристик рассеяния замыкающего и составляющих звеньев временной цепи, на основе которых решаются задачи ее расчета, достижения требуемой точности замыкающего звена.
3. Выявлены следующие пути повышения точности замыкающего звена временной цепи: сокращение случайных погрешностей составляющих звеньевсокращение количества составляющих звеньевуправление ходом изменения систематических погрешностей составляющих звеньев.
4. На основе исследования процесса образования составляющего звена временной цепи и его отклонений установлено: точность составляющего звена формируется системой управления (СУ) и определяется отклонениями скорости исполнительного органа и координаты точки переключения скоростейдля достижения точности координаты точки переключения скоростей программоноситель и считывающее устройство включаются в размерные, кинематические и информационные цепи целевых механизмовдля достижения точности скорости исполнительный орган включается в кинематические цепи исполнительного механизма СУ в качестве ведомого звена.
5. Выделены следующие этапы процесса образования точности составляющего звена временной цепи: придание программоносителю требуемого относительного положения и фиксация его на весь период работы по заданной программе (статическая настройка координаты точки переключения скоростей) — включение исполнительного органа в кинематические цепи" исполнительного механизма СУ путем сборки, выполнение наладочных работ (статическая настройка скорости) — выполнение перехода цикла, сопровождающееся действием ряда присущих процессам движения и переключения скоростей факторов (динамическая настройка скорости и координаты точки переключения скоростей).
6. Предложено процесс установления точности относительных движения и положения исполнительного органа при переключении скоростей с целью получения требуемой точности затрат времени называть временной настройкой СУ. Выявлены следующие пути повышения точности временной настройки СУ: повышение точности применяемых методов и средств измеренийповышение точности методов настройки на основе выявления и учета погрешностей статической и динамической настройки.
Разработана методика расчета требуемого относительного положения исполнительного органа при статической настройке координаты точки переключения скоростей.
7. Разработана математическая модель разгона шпивделей вертикальных многошпиндельных токарных полуавтоматов, которая является основой для оптимизационного синтеза механизма и СУ. Предложено основное условие оптимизации — минимум времени, затрачиваемого на разгон. Предложен безразмерный параметр, который служит критерием оптимизации и, одновременно, показателем качества работы механизма. Выявлены следующие пути сокращения отклонений затрат времени на разгон шпинделей: увеличение перемещения золотника управления на этапе разгонасокращение дотягивания ведущей полумуфты механизма. Предложены способы их реализации, основанные на повышении точности сборки и временной настройки СУ.
8. Разработан комплекс мероприятий по повышению точности временной настройки СУ вертикального многошпиндельного токарного полуавтомата 1К282, который реализован в условиях действующего производства при обработке сердечника бурового насоса, что обеспечило сокращение внутрицикловых потерь времени на 16,5 с, повышение производительности обработки на 9,3%, снижение себестоимости на 3% и годовой экономический эффект в размере 5 тыс. руб.
