Проблемы надежности современных машин на примере станков, промышленных роботов

Государственный Комитет Российской Федерации

по Рыболовству

Реферат

по дисциплине  «Основы работоспособности  технических систем»

                по теме

«Проблемы надежности современных машин

на примере станков, промышленных роботов»

Выполнил: Пивень Р.Л.

группа 001-КЭТ-60

5 курс

специальность 230100 ЭТ

Приняла: Коршунова Т.Е.

Владивосток 2005 г.

Содержание

Введение………………………………………………………………………3

Надежность станков………………………………………………………….4

Надежность промышленных роботов………………………………………11

Вывод…………………………………………………………………………14

Библиографический список…………………………………………………15

Введение

Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации.

Уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям: автоматизации производства, интенсификации рабочих процессов и транспорта, экономии материалов и энергии.

Современные технические средства очень разнообразны и состоят из большого количества взаимодействующих механизмов, аппаратов и приборов. Первые простейшие машины и радиоприемники состояли из десятков или сотен деталей, а к примеру, система радиоуправления ракетами состоит из десятков и сотен миллионов различных деталей. В таких сложных системах в случае отсутствия резервирования отказ всего одного ответственного элемента может привести к отказу или сбою в работе всей системы.

Низкий уровень надежности оборудования вполне может приводить к серьезным затратам на ремонт, длительному простою оборудования, к авариям и т.п.

В настоящее время наблюдается быстрое и многократное усложнение машин, объединение их в крупные комплексы, уменьшение их металлоемкости и повышением их силовой и электрической напряженности. Поэтому наука о надежности быстро развивается.

Отказы деталей и узлов в разных машинах и разных условиях могут иметь сильно отличающиеся последствия. Последствия выхода из строя машины, имеющейся на заводе в большом количестве, могут быть легко и без последствий устранены силами предприятия. А отказ специального станка, встроенного в автоматическую линию, вызовет значительные материальные убытки, связанные с простоем многих других станков и невыполнением заводом плана.

В этом реферате я рассмотрю надежность станков и промышленных роботов, потому что эти вопросы имеют большое значение для производства, и они связаны с моей специальностью и, возможно, будущей работой.

1.                     Надежность станков

Важнейшие тенденции развития станко­строения - повышение точности, производительности и уровня автоматизации станков.

Повышение точности изделий, обрабатываемых на станках, поз­воляет существенно повышать технические характеристики новых машин. Повышение точности станков достигается подчинением конструкций важнейших узлов станков критерию точности и ее сохранению в эксплуатации, повышением точности изготовления и автоматизацией управлением точностью.

Повышение производительности станков достигается повышением режимов резания, применением новой прогрессивной технологии с уменьшением нерабочего для инструмента времени. Исследования на заводах с единичным и серийным характером производства показа­ли, что обработка деталей занимает лишь 5% общего времени от за­пуска деталей в производство до окончания их изготовления.

Важнейшим направлением повышения производительности и облегчения труда и, в частности, решения проблемы недостатка ра­бочих кадров является автоматизация станков и комплексная авто­матизация производства. Автоматизация массового и крупносерий­ного производства достигается применением автоматических ли­ний и цехов. Автоматические станочные линии повышают произво­дительность обработки по сравнению с обработкой на универсаль­ных станках в десятки раз. Автоматизация серийного и мелкосерий­ного производства достигается применением станков с числовым программным управлением и гибких производственных систем. Японские результаты исследования показывают, что замена 5 универсальных станков станками с ЧПУ позволяет уменьшить число операторов с 5 до 3, а производительность увеличить в 3 раза. Если же дополнительно установить роботы для подачи заготовок и сня­тия готовых деталей, то число операторов можно сократить до двух, при этом производительность труда возрастает в 3,5 раза по срав­нению с первоначальной.

Затраты на ремонт и потери от простоев станков, как и других машин, весьма значительны. Среднее время простоя универсального станка в ремонте, отнесенное к одной смене, составляет 10 мин. Сложность и высокая стоимость станков с ЧПУ требуют соответствующего уровня их надежности и использования. По исследованиям ЭНИМС, приемлемый уровень удельной длительности восстановле­ния для станков с ЧПУ составляет 0,05. . .0,1, т. е. 5. . .10 ч про­стоя станка в неплановом ремонте на 100 ч работы по программе.

Точность и производительность станков в значительной степени зависят от их надежности. Станки характерны большим количеством трущихся пар и трудностью защиты их от загрязнений. Надеж­ность станков определяется надежностью механизмов и узлов стан­ков против разрушений и других отказов и точностной надежностью, т. е. надежностью по критерию точности обработки.

Возможно, рассмотрение надежности собственно станков и на­дежности всей технологической системы: станок, инструмент, при­способление, заготовка. В этом комплексе наименее надежным эле­ментом является инструмент, так как на его лезвии возникают вы­сокие напряжения и температуры.

Наблюдения, проведенные в разных от­раслях отечественного машиностроения, показали, что универсальные станки ра­ботают 60. . .75% времени с мощностью до 0,5 номинальной и только 1. . .10% времени - с номинальной мощностью или допустимой перегруз­кой. Более поздние иностранные исследования показали близкие результаты. Средневзвешенные значения расчетных относительных мощностей станков  рекомендуются: для станков токарной группы 0,4. . .0,48; для станков сверлильно-расточных и фрезерных 0,35. . .0,45. Нижние значения соответствуют применению тради­ционного набора инструментов (твердосплавного и из быстрорежу­щей стали), верхние значения соответствуют использованию на чистовых и получистовых операциях минералокерамических, а на черновых твердосплавного инструмента с покрытиями.

Станки с ЧПУ характеризуются более высокими уровнями средних и максимальных значений нагрузок по сравнению со стан­ками общего назначения. Так, уровень использования токарных станков с ЧПУ для обработки в патроне выше по моменту на 20. . . 25%, для обработки в центрах выше по мощности - на 20% и частоте вращения - на 30. . .40%.

Простейшая аппроксимация закона распределения мощности в приводе станков по эксплуатационным наблюдениям имеет вид:

у = ах - bx

где у - частота нагружения, ах - относительная мощность (в до­лях от номинальной).

Требования к надежности станков различных типов различны.

Для универсальных легких и средних станков в обычных условиях их применения из комплекса требований к надежности наибольшее значение имеет технический ресурс.

 С другой стороны, для тяжелых станков важна безотказность в течение длительного времени, а в случае обработки точных и дорогих изделий - также безотказность системы в течение одной операции.

По сравнению с универсальными станками к надежности спе­циальных и уникальных станков предъявляют более высокие требо­вания во избежание необходимости установки на заводах дорогих станков-дублеров.

Для станков, встраиваемых в автоматические линии, требования к надежности наиболее высоки, так как выход из строя одного из них ведет к простою участка или даже всей линии.

Надежность механизмов и узлов станков против разрушений и от­казов рассматривается, во-первых, в связи с возникновением вне­запных отказов: нарушением нормального процесса обработки, ус­талостными разрушениями и заеданиями, во-вторых, в связи с монотонным постепенным понижением работоспособности вследствие износа, коррозии и старения.

Наблюдаются следующие виды отказов, связанных с нарушением нормального процесса обработки: недопустимое врезание инструмен­та в заготовку вследствие сбоев системы автоматического управле­ния; забивка зоны резания стружкой; наезд суппортов или столов один на другой или на другие узлы по тем же причинам; вырывание об­рабатываемой заготовки из патрона или приспособления; переклю­чение шестерен на большой скорости.

Надежность станков по критерию усталостных разрушений обыч­но бывает достаточной. Это объясняется тем, что универсальные станки работают при переменных нагрузках, с редким использова­нием полной мощности; размеры многих деталей станков определя­ются не прочностью, а другими критериями работоспособности, в первую очередь жесткостью; зубчатые передачи станков работают с износом, затрудняющим развитие трещин поверхностной усталости.

Усталостные поломки деталей привода наблюдаются только в станках, работающих с большими длительно действующими на­грузками, при динамическом характере сил резания, а также при пуске станков без муфт асинхронными двигателями, когда моменты (по экспериментальным данным) достигают 4. . .5 номинальных и при торможении станков противовключением электродвигателей. Поломки зубьев также наблюдаются при дефектах закалки ТВЧ в случаях, если  возникают остаточные напряжения рас­тяжения.

Износостойкость является важным критерием надежности ме­ханизмов станков. Особенно изнашиваются механизмы, плохо за­щищенные от загрязнений, плохо смазываемые и работающие в ус­ловиях несовершенного трения. К ним относятся червячные и вин­товые передачи, передачи винт — гайка, рейка — реечная шестер­ня и другие механизмы, расположенные вне корпусов с масляной ванной. Переключаемые и сопряженные с ними шестерни имеют ин­тенсивный износ по торцам зубьев, из-за которого наиболее напря­женные переключаемые шестерни до введения бочкообразной формы закругления зубьев менялись через 2. . .3 года эксплуатации.

В тяжелых и быстроходных станках, а также в узлах, в которых применяются твердые антифрикционные материалы (чугун, твердые бронзы и др.), особую опасность представляет заедание.

Нарушение работы гидроприводов связано с износом клапанов и элементов управления, с нарушением регулировки (из-за недоста­точно хорошей фиксации, низкого качества пружин и др.). Гидро­приводы работают при относительно высоких температурах масла и значительных скоростях, что способствует окислению масла и обра­зованию высокомолекулярных соединений, в результате чего сис­тематически засоряются узкие щели в элементах гидропривода. Недопустимо применять масла из сернистых нефтей, так как при этом гидроприводы из-за выделения высокомолекулярных соедине­ний выходят из строя через несколько месяцев работы.

Точностная (параметрическая) надежность связана с медленно протекающими процессами: износом, короблением, старением. Дол­говечность по точности в первую очередь зависит от состояния на­правляющих, шпиндельных опор и делительных цепей. Необходи­мость капитального ремонта преимущественно вызывается состоя­нием направляющих.

Надежность станков по точности изделий определяют следую­щие факторы:

 -  нарушение настройки связано со сня­тием сил трения в зажимах, перераспределением сил между зажима­ми и механизмами подвода, а следовательно, и соответствующим из­менением жесткости. Нарушению настройки способствуют ударные нагрузки, а также значительные температурные перепады;

 -  малость упругих деформаций во избежание недопустимого копи­рования на изделии погрешностей заготовки, трудности установки на размер и т. д.;

 -  виброустойчивость технологической системы во избежание рас­стройки технологической системы, образования волн на поверхно­сти, отказа в работе из-за недопустимых вибраций;

 -  малость и постоянство температурных деформаций. Непостоян­ство температурных деформаций связано с разогревом системы, ко­лебаниями температуры воздуха и грунта, переменностью теплооб­разования в механизмах станка в связи с приработкой, изменением уровня масла, регулировкой и т. д., а также переменностью тепло­образования в процессе резания. Многие станки не обеспечивают точности обработки до разогрева; станины длинных станков, при постоянном скреплении с фундаментом, подвергались бы годичным температурным деформациям со стрелой прогиба более 1 мм; на крупных прецизионных колесах, нарезаемых в течение нескольких суток, наблюдаются суточные температурные полосы и т. д.;

 - точность подвода перемещающихся узлов, в частности повтор­ных подводов. Разброс связан с переменностью сил трения и кон­тактной жесткости, влияние которых многократно усиливается вследствие динамического характера подвода;

 - сохранение размеров и режущих свойств инструмента. Размер­ный износ и нарушение режущих свойств инструментов приводит к изменениям размеров изделий и увеличению упругих отжатий в системе;

точность размеров и постоянство твердости заготовок. Разброс размеров и твердости заготовок приводит к переменным упругим отжатиям инструмента;

предотвращение попадания пыли и стружки на базовые поверх­ности установки обрабатываемых деталей. Характерно, что за рубе­жом в отдельных цехах сборки особо точных станков для предотвра­щения попадания пыли извне поддерживается избыточное давление, а детали поступают полностью обработанными и промытыми.

Надежность станков с ЧПУ может быть характеризована сле­дующими данными по материалам международной организации MTIRA, занимающейся исследованиями станков, время простоев станков с ЧПУ из-за неисправностей составляет 4. . .9% номиналь­ного фонда времени.

Около 55% отказов, по отечественным данным, связано с электронными и электрическими устройствами ввода информации, считывания с перфоленты, переработки информации, электропривода Их устранение занимает около 40% общего времени восстановления. Хотя отказы механических узлов: механизма автоматической смены инструмента, направляющих, шпинделя, системы смазки, привода подач, редуктора датчиков обратной связи — составляют меньшую долю (а именно около 20%), время на их устранение затрачивается такое же.

Вместе с простоями станков по техническим причинам существу­ют простои оборудования по организационным причинам. Эти про­стои на отдельных заводах по данным 1980 г.  в два раза и более превышали простои по техническим причинам.

Вероятность безотказной работы станков с ЧПУ на 1978 г. сос­тавляла  0,93 при эксплуатации в течение года и 0,89 - после эксплуатации в течение 5 лет. Гарантийный срок службы к 1980 г. составлял свыше 10 лет. [1]

Страницы: 1, 2