|
§ 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ КУРСА
Курс «Проектирование деревообрабатывающих машин» изучается для усвоения общих и специальных положений теории и практики проектирования технологических машин, предназначенных для использования в деревообрабатывающих производствах.
Проектированием называется комплекс работ по изысканиям, исследованиям, расчетам и конструированию новых или модернизуемых машин, наиболее эффективно удовлетворяющих требованиям на заданный период времени. В общем виде проектирование сводится к выявлению вариантов материальных структур, удовлетворяющих поставленным требованиям, и к отбору наиболее эффективного варианта. В целом проектирование машин следует рассматривать как творческий процесс, т. е. как процесс, требующий реализации индивидуальных способностей человека.
Конструктор должен быть наблюдательным, обладать- развитым воображением, способным к творческому труду, ясно представлять себе конечную цель своей работы и методы ее достижения, быть трудолюбивым и целеустремленным, уметь ясно излагать свои мысли.
При проектировании машин решаются не только творческие, но и технические задачи, многие из которых можно формализовать. Для решения таких задач можно сформулировать вполне определенные правила проектирования.
В настоящем курсе рассматривается комплекс вопросов, возникающих при проектировании деревообрабатывающих машин: изыскание идеи принципиальной схемы будущей машины, требующее творческого труда, и конструктивное осуществление идеи, во многом облегчаемое знанием правил проектирования.
§ 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН В СССР
Начало организации специализированной отрасли машиностроения по проектированию и производству деревообрабатывающих машин в СССР следует считать 1931 г., когда был соз-
дан трест «Союзлесобуммашина» с подчинением ему семи машиностроительных заводов и специализированного конструкторского бюро «Станкодревпроект». Первые годы работы этого бюро были направлены на привлечение и подготовку конструкторов деревообрабатывающего машиностроения, изучение зарубежного опыта и обновление типажа оборудования. Уже в те годы в Советском Союзе были разработаны проекты оригинальных конструкций лесопильных рам, лущильных машин, шипорезных и других станков.
В 1958 г. число заводов деревообрабатывающего машиностроения увеличилось с семи до двадцати. В 1965 г. производство деревообрабатывающих машин было передано двадцати двум заводам. Деревообрабатывающие машины проектировались коллективами конструкторских бюро заводов, а также научно-исследовательским институтом ВНИИДМАШ и рядом специальных конструкторских бюро СКВ. ВНИИДМАШ и сейчас является головной организацией по деревообрабатывающему машиностроению. В его составе находятся конструкторские отделы и Московский экспериментальный завод МЭЗ.
Проектирование деревообрабатывающих машин особенно улучшилось в годы IX пятилетки, когда производственная база деревообрабатывающего машиностроения значительно развилась. Это позволило повысить технический уровень выпускаемых машин. Кроме универсального, начали выпускать комплекты высокопроизводительного специализированного оборудования для отраслей лесной и деревообрабатывающей промышленности. Разрабатывались проекты и осваивалйсь линии деревообрабатывающих машин. За годы X пятилетки расширилась номенклатура оборудования. Лучшие отечественные деревообрабатывающие машины и некоторые автоматические линии успешно демонстрировались на всемирных выставках.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН
В развитии современного деревообрабатывающего машиностроения можно отметить следующие направления.
Концентрация обработки. Идея повышения концентрации обработки не нова. За последние годы она эффективно реализуется в двух формах: применением специализированных многооперационных машин и построением станочных линий. Выполнение комплекса операций на одной базе, характерное для многооперационных машин, способствует повышению точности обработки. Станочные линии обеспечивают наибольшую производительность.
Повышение степени концентрации обработки усложняет и удорожает оборудование. Естественно, что эффективное использование его возможно только при полной загрузке и небольшом числе обслуживающего персонала. Это приводит к тому, что структура трудовых затрат на обработку изделий из древесины на новых сложных и дорогих машинах определяется не столько заработной платой, сколько стоимостью машин.
Концентрация обработки рождает новые идеи построения машин, например вырабатывающих пиломатериалы и брусья одновременно со щепой или стружкой, что позволяет не заниматься дополнительной переработкой кусковых отходов. Такая концентрация обработки осуществлена на круглопильно-фрезерных и фрезерно-ленточнопильных агрегатах. Их фрезерные режущие инструменты перерабатывают отходы в щепу.
В деревообработке все больше применяется концентрированная предметная обработка на многооперационных автоматах-комбайнах.
Новые принципиальные схемы. В практике деревообрабатывающего машиностроения отмечается интенсивный поиск новых принципиальных схем машин. Его можно считать результатом высокого развития традиционных машин, быстрого изменения технологических процессов и конструкций изделий.
В большинстве случаев новые принципиальные схемы предлагают для повышения эффективности обработки. К примечательным особенностям принципиальных схем новых машин можно отнести сквозной пропуск деталей через машины позиционной обработки. Это оригинально и просто осуществляется на машинах с пневматическим приводом подачи. В качестве примера можно привести многошпиндельные сверлильно-присадочные, сборочные и другие станки, высокая точность обработки на которых обеспечивается надежным базированием материала и высокой точностью исполнения рабочих органов.
Повышение степени механизации и автоматизации. Так как основные движения станков механизированы и автоматизированы, данное направление реализуется главным образом путем механизации и автоматизации вспомогательных операций, в том числе настроечных. Это особенно наглядно можно проследить на примерах почти всех автоматических линий. В мировой практике наблюдается большое разнообразие околостаночных механизмов линий: загрузчиков, перегрузчиков, промежуточных конвейеров, укладчиков. Можно отметить большое распространение вакуумприсосов и пневматических механизмов цикловых движений. Предлагаются также новые универсальные манипуляторы-роботы и системы программного управления.
Повышение точности обработки. Тенденция повышения точности деревообрабатывающего оборудования объясняется разными причинами, из которых одни связаны с повышением точности изделий из древесины, а другие—с экономическими показателями работы оборудования. Группа требований, относящихся непосредственно к оборудованию, связана с его работоспособностью и долговечностью, т. е. также с экономическими категориями. В конечном итоге любое оборудование должно быть выполнено по такому классу точности, которая обеспечивала бы получение наибольшей экономической эффективности. Эти требования реализуются применением рациональной схемы машины и конструктивными методами. Схемная точность часто осуществляется позиционной обработкой. Конструктивные методы проявляются главным образом в минимизации размеров деталей и узлов, в отработке конструкции на технологичность, в нормализации и агрегатировании узлов и в повышении их жесткости и виброустойчивости. Повышение виброустойчивости машин достигается не только увеличением жесткости их узлов, но и снижением возмущающих воздействий, вызывающих вибрацию. В деревообработке это направление весьма перспективно. Уже сейчас стремятся уменьшить быстровращающиеся детали и улучшить их балансировку.
В результате современные машины обеспечивают высокую точность обработки и долговечность.
Совершенствование кинематических схем. Это направление, характерное для последних лет, занимает видное место в развитии машин. Основная идея совершенствования кинематических схем заключается в расчленении общей сравнительно сложной кинематической схемы многооперационной машины на ряд автономных самоуправляемых простых схем. Отмечается тенденция компоновки автономных схем функциональных узлов машин на базе нормализованных приводов с характеристиками, отвечающими требованиям рабочих органов этих машин. Таким образом, отпадает необходимость в промежуточных передачах, благодаря чему устройство машины существенно упрощается. Типовым приводом быстроходного вращательного движения небольшой мощности можно считать электродвигательный с коротким плоским ремнем. Для приводов тихоходного вращательного движения наибольшим применением пользуются моторы-редукторы, моторы-редукторы-вариаторы и роторные гидравлические моторы. Последние получают широкое распространение при глубоком диапазоне регулирования скоростей более шести. Для возвратно-поступательных движений чаще применяются пневмоприводы, преимущественно пневмоцилиндры.
Совершенствование кинематических схем машин позволяет просто решать ранее считавшиеся сложными технологические задачи.
Улучшение конструкций. При конструировании по-прежнему уделяется особое внимание компактности и снижению массы машин. В большинстве случаев этого удается достичь уменьшением размеров рабочих органов и повышением частоты их вращения. Существенное снижение массы машин дает замена отливок листовыми штампованными, сварными и штампо-сварными конструкциями. При конструировании машин стремятся также повысить их универсальность. Например, суппорты многих машин делают настолько универсальными, что их рабочие органы могут занимать любое положение: горизонтальное, вертикальное, наклонное, верхнее, нижнее. Расширяется набор и разнообразится расположение суппортов. Эта особенность конструкций позволяет использовать машины при изменении технологии или схемы обработки деталей.
Совершенствование технологии машиностроения. Рассматривая машины под этим углом зрения, можно отметить использование прогрессивной малоотходной технологии машиностроения, возрастающую замену металлических деталей пластмассовыми, расширение применения высококачественных сталей. За последнее время внедряется автоматизированная система технологической подготовки производства АСТПП, способствующая снижению стоимости проектирования.
Повышение надежности машин. Этой характеристике уделяется все большее внимание. Усложнение станков и их удорожание настоятельно требуют повышения времени наработки машин на один отказ и увеличения их долговечности. Эти показатели обеспечиваются выбором рациональной схемы машины и надлежащими конструктивной разработкой и технологией изготовления.
Повышение комфортности работы на машине. Это одно из важнейших требований к современной машине. Поэтому его удовлетворению подчинены все остальные направления развития машин, особенно повышение степени механизации и автоматизации, улучшение конструкции и совершенствование технологии машиностроения.
Важной проблемой повышения комфортности работы на машине является снижение шума. На новых моделях это достигается уменьшением размеров рабочих органов, повышением качества обработки и сборки деталей и узлов, введением шумопоглощающих укрытий. Особое внимание уделяется удобству обслуживания машин в наладочном режиме, для чего предлагаются оригинальные решения, в том числе автоматические системы программной настройки.
Развитие деревообрабатывающих машин с прогнозом на будущее можно представить схемой рис. В-I. Постепенное развитие машин приводит к изменению их типажа. В настоящее время его можно представить десятью наименованиями и сгруппировать по общности основного признака в четыре поколения.
Машины первого поколения — наиболее простые, однооперационные. К ним относится множество видов универсальных и некоторые виды специализированных полумеханизированных и механизированных машин.
Получающие все большее распространение машины концентрированной обработки — многооперационные можно назвать машинами второго поколения. К отличительным особенностям этих машин относится большая сложность по сравнению с ма-
шинами первого поколения, что повышает их стоимость и снижает мобильность. Повышение стоимости многооперационных машин нежелательно из-за возрастания капитальных затрат на приобретение оборудования. Однако ввиду резкого повышения производительности труда применение их в ряде случаев эффективно.
Пока машины были однооперационными первое поколение, их мобильность была высокой, так как рабочие органы, приводы и настроечные механизмы исчислялись несколькими единицами. У многооперационных машин второго поколения они исчисляются сотнями. Поэтому машины второго поколения эффективны только на крупных специализированных производствах с массовым выпуском однородных изделий, не требующих переналадки. В связи с этим дальнейшее развитие было направлено на создание машин, в которых сочетались бы высокая концентрация обработки и хорошая мобильность. Такие машины образуют третье поколение,— они снабжаются программным управлением ПУ. Машины с ПУ в дальнейшем оснащаются системой гибкого изменения самонастраивающейся программы адаптированные станки с ПУ. Их можно считать машинами четвертого поколения.
В ближайшее время следует ожидать все более возрастающего распространения станков с программным управлением, вначале машин третьего поколения, т. е. оснащенных жесткими программами. Однако внедрение небольшого числа машин с ПУ без изменения уровня технологии процесса не всегда может оказаться существенно эффективным ввиду их сравнительно высокой стоимости и незначительного удельного веса в общем парке оборудования. Надо ориентироваться на широкое внедрение машин с ПУ. Оно должно способствовать новому подходу к технологии для комплексного решения вопросов организационнотехнического перевооружения предприятий. При этом должна быть предусмотрена перестройка всей системы управления участка, цеха, предприятия.
Применение машин с ПУ позволяет сократить или совсем аннулировать складские площади полуфабрикатов, значительно сократить число вспомогательных рабочих, уменьшить численность руководящего персонала и т. д. Для внедрения машин с ПУ предстоит изыскание более перспективных конструкций изделий и процессов, рассчитанных на применение принципиально нового оборудования. В этой связи необходимы упрощение форм и сопряжений деталей изделий, применение новых клеев, прогрессивной отделки и т. д. Наибольшей эффективности следует ожидать от внедрения участков и систем машин с ПУ при использовании электронных вычислительных машин ЭВМ для их группового или интегрированного управления.
|
