Оборудование автоматизированного производства

Транспортная тара представляет собой кассету с вкладышем, который служит для ориентации деталей и заготовок.

Основные фазы функционирования ГТК приведены на рис. 5.11:

I фаза -- начальная «залповая» загрузка РТК пакетом кассет с заготовками.

II фаза -- загрузка обрабатывающих РТК первыми кассетами.;

фаза -- перегрузка оставшихся кассет с заготовками на буферные накопители.;

фаза -- прием на транспортный поддон кассет с обработанными деталями и загрузка обрабатывающих РТК кассетами с новыми заготовками. Эта фаза завершается перед началом обработки последней кассеты одним из РТК;

V фаза -- вызов транспортного робота, отправление транспортного поддона с обработанными деталями на склад, разгрузка кассет с поддона, загрузка его кассетами с заготовками для РТК, обрабатывающего последнюю кассету предыдущей партии, доставка их к обрабатывающему РТК;

VI фаза -- перегрузка стопки кассет на буферный накопитель обслуживаемого РТК.

Далее цикл продолжается, начиная с IV фазы.

ГТК-2 (рис. 5.13). Компоновка этого комплекса, предназначенного для обработки деталей типа тел вращения повышенной партионности, когда отдельные обрабатывающие РТК работают по нескольку суток без переналадок, выполнена с диагональным расположением оборудования по отношению к транспортной магистрали.

Это объясняется двумя обстоятельствами.

Во-первых, при таком режиме использования занятость оператора значительно меньше, чем в варианте ГТК-1, и поэтому необходимость в организации специальной зоны около обрабатывающего станка не возникает. Диагональная компоновка позволяет одному оператору осуществлять профилактическое наблюдение за 7--10 станками.

Рис. 5.13. Общий вид ГТК-2

Во-вторых, диагональное расположение оборудования по отношению к транспортной магистрали позволяет использовать одни и те же участки трассы для транспортно-манипуляционного робота, обеспечивающего оборудование партиями заготовок и транспортирующего готовые детали на склад, и для транспортного робота, обеспечивающего удаление отходов, так как используемое в оборудование этого комплекса станки 1П717 имеют вывод стружки с обратной стороны станка.

Особенностью этого комплекса является использование транспортно-манипуляционного робота (рис. 5.14) для доставки заготовок к оборудованию и отправки готовых деталей.

ГТК-3. Этот комплекс отличается от ГТК-2 применяемыми станками и компоновочными решениями, определяемыми функциональным назначением комплекса.

ГТК-4. Этот комплекс отличается от ГТК-3 типом используемых станков. В этом комплексе используются станки ТПК-125 и промышленный робот «Электроника НЦ ТМ-001», отличающегося от робота «Электроника НЦ ТМ-01» меньшими габаритами, большей точностью, возможностью автоматической смены захватного устройства и его губок.

Рис. 5.14. Общий вид транспортно-манипуляционного робота

ГТК-5. Этот комплекс, предназначенный для выполнения фрезерно-расточных и сверлильных работ для призматических и плоских деталей,.



Рис, 5.15. Общий вид ГТК-6

ГТК-6. Комплекс базируется на станках, дополнительно оснащенных буферным накопителем (рис. 5.15).

Доставка заготовок, закрепленных на спутниках различных типов (плоские кассеты, кубы и др.), осуществляется транспортным роботом.

Характерными особенностями РТК является автономность их работы и возможность встраивания в ГПС. Состав и структура роботизированных комплексов определяется содержанием автоматизированного процесса, который характеризуется: типом и размерами обрабатываемых изделий, видом технологического оборудования, организацией его обслуживания, схемой потоков материала, инструментов и технологической оснастки, функциями управления.

Основные схемы роботизированных систем можно разбить на три группы.

Первую группу с точки зрения планировки образуют однопозиционные РТК с индивидуальным обслуживанием единицы технологического оборудования при помощи одного или нескольких ПР. Данная группа РТК имеет три основных варианта конструктивного исполнения ПР:

· встроенного в технологическое оборудование,

· установленного рядам с технологическим оборудованием в его рабочей зоне,

· установленных в рабочей зоне технологического оборудования нескольких ПР.

В некоторых РТК в зависимости от технических возможностей ПР используются межоперационные накопители заготовок в виде палет, контейнеров и ящиков ячеистого типа.

Вторую группу планировочных схем образуют многопозиционные РТК с групповым обслуживанием одним или несколькими ПР оборудования в принятой технологической последовательности выполняемых операций. На РТК при обслуживании оборудования одним или несколькими ПР предусмотрена возможность изменения последовательности выполнения технологических операций.

По характеру расположения оборудования схемы планировки РТК можно разделить на два варианта: с круговой и линейным (последовательным или параллельно-последовательным) расположением оборудования.

Третью группу с точки зрения планировки составляют РТК для выполнения основных технологических операций (сборки, сварки, термообработки, окраски и других). Возможны варианты РТК с индивидуальным выполнением ПР одной законченной технологической операции или перехода, а также с групповым выполнением операции несколькими ПР одного или различных технологических назначений.

Выбор технологического оборудования

При выборе технологического оборудования, входящего в состав РТК необходимо стремиться к максимальному использованию технических возможностей оборудования (мощности главного привода, количества инструментов в магазине, систем управления и контроля, систем загрузки и выгрузки деталей, систем уборки стружки и т. д.). Оборудование должно удовлетворять требованиям по потребной мощности приводов, точности обработки, размерам рабочей зоны, количеству режущего инструмента, системе управления и других требований, необходимых для изготовления качественной продукции.

Потребное количество основного технологического оборудования определяется исходя из разработанного технологического процесса и программы выпуска изделий.

Промышленный робот выбирается исходя из требований, которые предъявляются к нему в соответствии с технологическим процессом. Если робот предназначен для загрузки (выгрузки) деталей в технологическое оборудование, то необходимо учитывать:

· количество обслуживаемого оборудования,

· размеры зоны обслуживания,

· массу транспортируемых грузов (детали),

· взаимосвязь с технологическим оборудованием,

· его положение в РТК,

· систему управления и др.

Для работы РТК в течение длительного времени рекомендуется выбирать накопитель деталей, позволяющий работать

Накопитель деталей, входящий в состав РТК, должен позволять бесперебойно работать в течение заданного промежутка времени. Рекомендуется выбирать промежуток времени - 4-8 часов. Количество деталей в накопителе определяется исходя из операционного времени.

Если для работы РТК в течение заданного времени требуется накопитель с большим количеством деталей, то рекомендуется предусмотреть межоперационную автоматическую транспортно-складскую систему.

Виды РТК с одним промышленным роботом и их компоновки

В зависимости от числа станков, обслуживаемых одним ПР, различают одностаночные и многостаночные РТК.

В состав любого РТК входят устройства управления как отдельным ПР, так и всем РТК. Число устройств управления, как правило, равно числу станков и других технологических машин (в том числе и ПР), входящих в состав РТК. В ряде случаев управление РТК осуществляется системой управления ПР.

При выборе захвата ПР необходимо учитывать: размеры заготовок и номенклатуру деталей, допускаемую захватами нецентричность, возможный угол захвата.

Тактовый стол подбирается исходя из габаритов, массы и потребного количества заготовок. При выборе способа установки заготовок на тактовом столе (ТС) на палете, необходимо учитывать зону работы ПР, точность его позиционирования, размеры и компоновку захвата. Готовую деталь можно ставить на ТС или в предусмотренную для этого отдельную тару. Спутники разрабатываются применительно к конкретным деталям сложной геометрии.

При обработке некоторых деталей выявляется необходимость применения стола для кантования детали или для перебазирования в захватах, который должен находиться в зоне действия ПР.

Однопозиционные РТК

Рис. 5.16. . РТК 16К20ФЗ.Р с роботом М20П.40.01

Однопозиционные РТК на базе токарных станков мод.16К20Ф3, Т5К20РФЗ или 16К20Т1 (рис. 5.16.) 0предназначены для токарной обработки деталей типа тел вращения из штучных заготовок в автоматическом режиме в мелкосерийном и серийном производстве с повторяющимися партиями деталей.

В цикле работы РТК заготовки автоматически поочередно подаются роботом на станок. Обработанные детали передаются роботом со станка на свободные палеты тактового стола.

Программа обработки конкретной детали вводится в УЧПУ с клавиатуры, перфоленты, магнитной кассеты и другими способами.

Программа перемещений робота для установки и снятия конкретной детали вводится УЧПУ робота в режиме обучения и может находиться в памяти УЧПУ робота. Кроме этого система управления робота выполняет функции управления всем РТК т.е. включает токарный станок для работы по программе, автоматический патрон станка, ограждение станка и тактовый стол.

ПР выполняет операции загрузки и разгрузки станка, а также дает команды на пуск станка 1, управление зажимным патроном 11, подвижным ограждением рабочей зоны 12, тактовым столом 10.

ПР имеет пять программируемых перемещений: вертикально - Z (вверх и вниз) каретки 9, ее поворот в горизонтальной плоскости, горизонтальное перемещение штока 7, угловое положение поворотного блока 6.

Установка и съем обрабатываемой детали в патрон станка в данном РТК осуществляется путем поворота робота устройством 8. Так как расстояние между осью поворота ПР и патроном достаточно большое, подпружиненный схват компенсирует погрешности поворотного вместо поступательного движения загружаемой детали в патрон.

Тактовый стол (ТС) (рис. 5.17) комплекса предназначен для транспортирования деталей в зону захвата ПР.

Тактовый стол может работать в трех режимах:

· ручного управления;

· автоматического управления;

· режима непрерывного вращения.

При работе тактового стола в автоматическом режиме команды управления поступают от системы ЧПУ робота. При этом может осуществляться шаговое и непрерывное перемещение паллет.

Применение тактового стола (ТС) необязательно. Можно, используя УЧПУ робота, запрограммировать съем и укладку обрабатываемых деталей на стационарном столе - режим палетирования деталей. Это достигается благодари возможности программирования ПР по вертикали (устройство 9) и по углу (устройство 8). Применение ТС или стационарного стола зависит от конкретных производственных условий. В первом случае требуется больше производственной, площади, в другом -- программа работы ПР.

Рис. 5.17. Общий вид тактового стола

Алгоритм работы РТК

Для разработки управляющей программы составляется алгоритм работы РТК.

Например, ТК с компоновкой, представленной на рис. 5.18. выполняет загрузку-разгрузку, переустановку деталей и их обработку.

Для выполнения заданного цикла обработки детали за два установа необходимы следующие движении (переходы):

· загрузка заготовки в патрон станка,

· зажим заготовки в патроне,

· отвод руки ПР,

· обработка детали (установ 1),

Рис.5.18. Компоновка РТК

· переустановка детали в патроне.станка,

· отвод руки ПР,

· обработка детали (установ 2),

· разгрузка детали из патрона на тактовый стол,

· перемещение тактового стола на один шаг (на одну позицию).

Циклограмма работы РТК

Для построения циклограммы работы РТК необходимо определить временные связи оборудования и его механизмов данной компоновки РТК. Для этого в соответствии с компоновкой РТК и последовательностью движений механизмов необходимо:

· на компановке РТК построить траекторию движения схвата ПР с указанием опорных точек - точек изменения или окончания движений ПР,

· используя.траекторию движения схвата ПР определить линейные и угловые перемещения,

· выбрать скорости перемещения узлов и механизмов согласно их техническим характеристикам,

· определить время выполнения каждого движения.

Зная алгоритм работы РТК и временные связи строится временная циклограмма работы РТК (рис. 5.19), с помощью которой определяется время такта РТК и его производительность.

Многопозиционный РТК

Многопозиционный РТК мод. АСВР-01 (АСВР-02) предназначен для токарной обработки валов

Предусмотрены три варианта работы РТК: АСВР

1) последовательная обработка деталей на станках, налажнных на выполнение разных операций;

2) параллельная обработка деталей одного наименования на станках, налаженных на выполнение одинаковой операции;

3) параллельная обработка деталей двух наименований на станках, налаженных на выполнение соответствующих операций.

Рис. 5.19. Циклограмма работы РТК

РТК (рис. 5.20) состоит из фрезерно-центровального станка 1, двух токарных станков 3; ПР 2; вспомогательного оборудования и системы обеспечения безопасной работы. ПР перемещается по монорельсу.

Рис. 5.20. Многопозиционный РТК мод. АСВР-01

Перед станками расположены промежуточные позиции 5 и магазины-накопители 4. РТК оснащен защитным устройством

На станке МР-179 фрезеруются торцы заготовки и обрабатываются центровые отверстия с двух сторон за один рабочий цикл.

На токарных станках с ЧПУ обрабатываются цилиндрические, конические, сферические поверхности, прорезаются канавки и нарезается резьба.

ПР осуществляет установку заготовок, снятие деталей, их межстаночное транспортирование. Система ЧПУ робота обеспечивает индивидуальное обслуживание станков по вызовам. Если вызовы поступают одновременно с двух и более станков, то устанавливается система приоритета, по которой ПР в первую очередь обслуживает станок с наиболее длительным циклом обработки. В долговременной памяти СЧПУ робота хранятся индивидуальные программы обслуживания каждого станка. После вызова система управления ПР осуществляет поиск в памяти программы обслуживания данного станка.

ПР комплектуется широкодиапазонными захватными устройствами, оснащенными датчиками внешней информации. ПР выполняет следующий круг операций:

· поиск заготовок в накопителе;

· отработка заготовок с недопустимыми отклонениями размеров;

· переустановка;

· промежуточное складирование и укладка деталей в выходные позиции РТК.

ПР программируется методом обучения. СЧПУ является центральной системой управления электроавтоматикой РТК при групповом обслуживании станков.

Станки РТК оснащены устройством автоматического подвода-отвода ограждения и пиноли, устройством автоматического зажима - освобождения патрона, датчиками, фиксирующими наличие детали в станке и контролирующими состояние патрона, УЧПУ и электроавтоматикой, обеспечивающими диалог между станком и ПР и выполнение других функций.

Структуры управляющих программ РТК

Управляющей программой РТК чаще всего является управляющая программ работы робота, в которой предусмотрены команды на включение основного и вспомогательного оборудования РТК.

Структура управляющей программы промышленного робота может быть следующей:

1. управляющая программа представляет собой последовательность команд управления роботом, включения станка и тактового стола.

2. управляющая программа это ряд подпрограмм, которые могут быть реализованы в любой последовательности.

Управляющие программы имеющие первую структуру громоздки и неудобна для корректировки. Они используются в случаях когда УП имеет небольшой объем команд. Например, для управления цикловыми роботами.

Наиболее распространенными являются УП имеющие вторую структуры. Например, программа по обслуживанию роботом станков состоит из подпрограмм:

· ожидания вызовов станка (вызывается после требуемого обслуживания каждого из станков);

· загрузки станков;

· разгрузки станков.

Подпрограмма загрузки-выгрузки согласно информации с датчиков станков, ложементов и тары, с учетом выбранного приоритета обеспечивает вызов соответствующих подпрограмм обслуживания станков. Вызов станка отсутствует во время его работы и поступает после окончания цикла обработки заготовок.

Подпрограмма загрузки станка обеспечивает последовательность выполнения следующих действий:

· перемещение ПР над ложементом станка;

· захват заготовки из ложемента или промежуточной тары;

· перемещение руки ПР в зону обработки;

· установка заготовки в патрон;

· предварительный зажим заготовки задним центром;

· зажим заготовки кулачками патрона;

· вывод руки ПР из зоны обработки. Окончание этой подпрограммы сопровождается закрытием защитных экранов станков и командой на начало обработки заготовки.

При отсутствии заготовок, подлежащих обработке на данном станке, в ложементе или в промежуточной таре блокируется переход к подпрограмме загрузки данного станка.

Подпрограмма разгрузки станка обеспечивает последовательное выполнение следующих действий:

· перемещение руки ПР в зону обработки;

· захватывание обработанной детали;

· разжим кулачков патрона и отвод заднего центра;

· вывод руки с деталью из рабочей зоны станка.

После выполнения этих операций ПР в зависимости от состояния оборудования РТК может выполнять:

· загрузку следующего по технологическому процессу станка;

· укладку заготовки в ложемент;

· загрузку следующего по технологическому процессу станка (если он свободен);

· транспортирование заготовки в промежуточную тару-накопитель.

По окончании подпрограммы разгрузки происходит переход к подпрограмме ожидания вызова.

Гибкие производственные модули

Повышение уровня автоматизации машиностроительного производства приводит к созданию ГПМ, включающих в себя автоматизированную единицу технологического оборудования для изготовления изделий определенного вида с возможностью изменения в заданном диапазоне их типоразмерных характеристик. ГПМ функционирует автономно, осуществляя многократные циклы, и может встраиваться в ГПС. В ГПМ дополнительно обеспечивается автоматическое измерение и контроль качества изготавливаемых изделий, диагностика состояния инструментов, механизмов и устройств самого оборудования, а также автоматическая подналадка технологического процесса и автоматическая переналадка оборудования на изготовление другого типоразмера изделия. ГПМ можно рассматривать как разновидность РТК с более высоким уровнем автоматизации всех вспомогательных, контрольно-измерительных и диагностических операций, с элементами адаптивного управления.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) состоит из единицы технологического оборудования, оснащенного УЧПУ и средствами автоматизации технологического процесса.

В общем случае в состав станочного модуля - ГПМ входят:

· станок с ЧПУ;

· средства автоматической загрузки-выгрузки станка;

· транспортно-накопительная система;

· магазин инструментов и устройство их автоматической смены;

· устройства автоматического контроля размеров обработанных деталей;

· устройство контроля размеров режущего инструмента;

· система опознавания заготовок;

· система контроля за состоянием процесса резания;

· механизм автоматической смены элементов зажимных приспособлений.

На рис. 5.21 показан станочный модуль фирмы EMAG, выполненный на базе двух-шпиндельного токарного станка 4 с ЧПУ. Станок имеет механизированные приводы зажимных патронов, ограждения и соответствующие датчики для получения необходимых сигналов о состоянии оборудования, наличии заготовок и т д.

Рис.5.21. Гибкий производственный модуль фирмы EMAG

В состав модуля входит ПР 1, оснащенный четырьмя манипуляторами и предназначенный для загрузки - разгрузки станка. ПР способен одновременно взять с транспортно-накопительной системы 6 две заготовки и снять с двух шпинделей станка 4 две обработанные детали.

Кроме того, ПР устанавливает заготовку на призму поворотного стола 5, где она кантуется и одновременно контролируется, что позволяет сократить вспомогательное время. Наличие магазина 3 инструментов и устройства 2 их автоматической смены (в случае износа или поломки резца) обеспечивает работу модуля в течение значительного интервала времени (например, в течение двух смен) без участия обслуживающего персонала.

Требования к ГПМ, работающего в режиме безлюдной технологии

В ГПС для многономенклатурного мелкосерийного производства ГПМ оснащают широким набором дополнительных устройств, увеличивающих их гибкость. ГПМ, работающие в режиме безлюдной технологии, должны отвечать ряду специальных требований, которые можно разделить на основные и дополнительные.

Например, токарным ГПМ предъявляют следующие основные требования:

· управление от ЭВМ,

· наличие магазина инструментов,

· конвейера для сбора стружки,

· автоматический зажим и разжим заготовок в патроне станка.

К дополнительным требованиям относятся:

· возможность автоматической переналадки патрона по программе,

· регулировки по программе силы зажима заготовки определяемого жесткостью заготовки и силами резания,

· автоматической корректировки УП при изнашивании режущего инструмента и т.д.

Аналогичным требованиям должны отвечать и ГПМ на базе многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков. Кроме этого, такие ГПМ должны отвечать специфическим требованиям:

· наличие магазинов приспособлений-спутников,

· многошпиндельных головок,

· возможность замены комплектов инструментов или целиком инструментальных магазинов;

· замена тары для стружки

· емкостей для СОЖ при переходе на обработку различных материалов;

· очистка от стружки опорных поверхностей спутников и позиционных приспособлений;

· корректировка положения заготовки в спутнике и т.д.

Обязательным требованием к ГПМ является возможность его встраивания в ГПС. Поэтому он должен иметь стандартные сопрягающие устройства для стыковки с автоматическими транспортно-складскими системами (АТСС), с центральной ЭВМ, а также отдельными системами ЧПУ станков, ПР и транспортных устройств. ГПМ создают на основе модульного принципа.

Агрегатно-модульный принцип построения ГПС

ГПС строятся по агрегатно-модульному принципу, что имеет ряд преимуществ.

Рассмотрим последовательность создания ГПС.

На рис. 5.22 приведены стандартные узлы, на базе которых строятся горизонтальные ГПМ в зависимости от конкретных требований заказчика. Некоторые узлы являются общими для всей гаммы, другие относятся только к определенным ее типоразмерам. На рис. 5.23 показан ГПМ для сверлильно-фрезерно-расточных работ, построенный по агрегатно-модульному принципу с использованием стандартных узлов (см. рис. 5.22).

По мере необходимости возможно наращивание количества модулей в ГПС, добавляются станки, станции хранения палет, увеличивается длина транспортера и устанавливается контроллер управления участком. Стандартные узлы относятся к основным узлам ГПМ, определяющим производительность и точность обработки. Элементы систем управления (системы ЧПУ, различные датчики, электрошкафы и др.), шпиндельные узлы, комплекты приспособлений и загрузочные устройства встраиваются в станки при проектировании их по каталогам и покупаются у специализированных предприятий. На современном уровне серьезный станкостроительный завод имеет свои стандартные узлы.

При создании ГПМ следовательно и ГПС (например, зажимные приспособления), используется агрегатно-модульный принцип.

Рис. 5.22. Гамма стандартных узлов для построения ГПМ:

/ -- литая стойка; 2 -- шпиндель (конус 50, мощность 50 или 60 кВт, 6500 об/мин); 3 -- шпиндель (конус 50, мощность 50 кВт, 10000 об/мин); 4 -- шпиндель (конус 50, мощность 50 кВт, 15000 об/мин); 5 -- защитный экран с пультом управления; 6-- стенка по осям X-- Устанка; 7 -- квадратные, прямоугольные паллеты (по стандарту ИСО); 8 -- устройства автоматической смены паллет вместе с обрабатываемой деталью (гибкие, модульные, многопозиционные карусельного типа); 9 -- дополнительный контроллер участка; 10 -- дополнительный автоматизированный участок загрузки паллет; 11 -- перестраиваемые стойки для паллет или станции загрузки-выгрузки; 12 -- типовое устройство для смены паллет (до шести стоек) или станций загрузки-выгрузки; 13 -- ограждение для рабочей зоны; 14 -- механизм автоматической смены инструмента, устанавливаемый сверху; 15 -- накопители инструмента на 45--180 шт.; 16 -- литое чугунное снование

На рис. 5.24 представлена компоновка отечественного ГПМ "Модуль 500" созданного на базе многоцелевого станка ИР-500МФ4, оснащенного дополнительным накопителем 5 приспособлений-спутников.

Для обеспечения автоматической работы станочного модуля в течение полутора-двух смен перед станком устанавливают многоместные загрузочные устройства (накопители) для спутников (рис. 5.17). Для передачи спутников на станок из позиций неподвижного накопителя применяют схему с использованием

Рис. 5.23. Использование стандартных узлов при построении ГПМ: -- автономная станция загрузки-выгрузки паллет с деталями;

2 -- модульный механизм смены паллет с обрабатываемой деталью; 3 -- автономные стойки для установки паллет; 4 -- поворотный стол; 5 -- магазин инструментов с возможностью увеличения емкости от 45 до 180 шт.; 6 -- цифровые серводвигатели переменного тока с адаптивной настройкой; 7 -- шпиндель (конус 50, мощность 50 кВт); 8 -- стойка с линейными роликовыми направляющими; 9 -- шкаф для кондиционирования воздуха; 10 -- УЧПУ; 11 -- устройство подачи паллет на обработку; 12 -- сдвоенный винтовой транспортер стружки двух-позиционного перегружателя (каретки-оператора) (рис. 5.25, а) Наличие перегружателя позволяет свести к минимуму время простоя станка. Загрузочное устройство карусельного типа (рис. 5.25, б) осуществляет передачу и прием спутников через одну позицию, расположенную перед станком.

Рис. 5.24. Компоновка ГПМ "Модуль-500" на базе многоцелевого станка ИР-500 МФ4:

Загрузочное устройство с подвижными позициями обеспечивает передачу и прием спутников с двух различных позиций, расположенных вдоль оси. Установка на спутниках различных деталей предусматривает наличие системы автоматической идентификации (распознавания) спутников. С этой целью на спутники устанавливают кодовые гребенки или другие кодовые элементы, по которым датчик на исходной позиции, определяет наличие соответствующего спутника с определенной заготовкой и дает команду на вызов требуемой управляющей программы и подготовку необходимого инструмента.

В ГПС накопители для спутников связаны между собой гибкой транспортной системой. Автоматическая тележка-оператор, управляемая от ЭВМ, обеспечивает передачу требуемой детали со спутником на другой модуль, на склад, на моечную или на координатно-измерительную машину (КИМ).

Рис. 5.25. Многоместные загрузочные устройства для спутников многоцелевых станков

Гибкие автоматизированные линии механообработки

Гибкие механообрабатывающие системы в виде гибких линий и участков механообработки могут охватывать не только отдельные операции технологических процессов, в частности токарную отработку деталей, но и всю механообработку комплексно. ГАЛ и ГАУ механообработки можно разделить на операционные и комплексные.

Комплексные подразделяются по виду изготовляемых деталей -- производства валов, колец, зубчатых колес, корпусных деталей и т. д.

Операционные делятся на группы по видам технологии токарной обработки, фрезерования, шлифования и т. д.

В настоящее время широко применяются три типичных решения гибкой автоматизации механообработки в машиностроении.

Создание и внедрение гибких участков и линий на базе работающих на заводах и серийно выпускаемых станков с ЧПУ.

Создание линий и участков на базе типовых решений, серийно модулей.

Создание ГПС на базе специальных разработок, в основу которых положены новые прогрессивные конструктивные решения, высокопроизво-дительные модули, спроектированные по агрегатно-модульному принципу, и новые технологические процессы (высокоскоростное фрезерование, многошпин-дельная обработка, лазерная резка и т. д.).

Если первый подход связан главным образом с реконструкцией существующего производства, то последние два -- с принципиальным обновлением производства.

Управляет работой станков линии, системами АТСС и СИО управляющий вычислительный комплекс, расположенный в специальном помещении.

На линии АЛП-3-2 (рис.5.26) частично автоматизирована инженерная подготовка производства (технологические процессы и все управляющие станками программы обработки разрабатываются на ЭВМ).

Оценка эффективности применения ГАЛ

Для оценки экономической эффективности показательно сравнить АЛП-3-2 и участок автономно работающих 16 станков с ЧПУ типа обрабатывающий центр, выпускающих одно и то же число одинаковых деталей (6600 сложных в обработке корпусов гидроагрегатов 50 разных наименований) в год.

В обоих случаях в три смены используются одинаковые по техническим характеристикам станки, при этом учитывается, что 16 станков обслуживают 8 станочников.



Рис. 5.26. Гибкая автоматизированная линия АЛП-3-2

Трудоемкость изготовления типовой детали: на ГАЛ -- 5,6 ч, а на станке -- 7,56 ч

Коэффициент сменности при работе в две смены: ГАЛ -- 2, а станков -- 1,6; в три смены: ГАЛ -- 3, станков -- 2,2.

Коэффициент загрузки оборудования: ГАЛ - 0,85, станков -0,7.

Производственный цикл: на ГАЛ 6 дней, на станках - 45 дней.

Примерно равные затраты не учитываются (по производственным площадям, стоимости инструмента и т. д.).

Экономическая эффективность применения ГАЛ по сравнению с автономно эксплуатируемыми станками с ЧПУ образуется в основном за счет:

· сокращения затрат (экономии основных фондов) на закупку оборудования в связи с уменьшением его числа;

· уменьшения затрат на строительство производственных площадей под уменьшенное число оборудования;

· экономии фонда заработной платы в связи с сокращением состава производственного и обслуживающего персонала;

· уменьшения вложений в оборотные фонды, так как уменьшается в разы производственный цикл изготовления продукции, ее партионность, необходимые запасы.

Кроме того, во всех случаях уменьшаются потери от брака и во многих случаях сокращаются затраты на оснастку.

Практика показала, что внедрение ГАЛ в 2--3 раза сокращает численность персонала, работающего во вторую и третью смены, облегчая организацию и обслуживание производства.

Применение гибких производственных линий и участков механообработки:

· увеличивает уровень технической вооруженности труда,

· в значительной мере решает проблему сокращения дефицита рабочих,;

· увеличивает долю умственного труда и сводит к минимуму долю физического;

· повышает требования к квалификации работников, обслуживающих комплекс; в ряде случаев в связи со сложностью выполняемых работ обслуживающий персонал должен иметь специальное среднее или высшее образование (инженеры по вычислительной технике, программисты).

· Следует учитывать, что создание ГАЛ сопряжено со значительными материальными затратами.

Одним из наиболее важных факторов, влияющих на эксплуатационную эффективность ГПС, является выбор оптимального варианта технологического процесса под отобранную номенклатуру деталей.

Новое в станкостроении

Новые кинематики базовых станков для ГПМ. Традиционные компоновки станков, встраиваемых в ГПМ, предусматривают разделение линейных перемещений вдоль декартовых осей координат между инструментом и изделием или осуществление перемещений по всем трем взаимно перпендикулярным осям только инструментом. Для обработки поверхностей сложной произвольной формы (например, при обработке инструмента для глубокой вытяжки, литейных форм или судовых винтов) часто необходимы движения по пяти осям, в том числе линейные движения по осям X, У, 2 к два вращательных движения В и С, которые осуществляет инструмент или изделие.

В результате компоновки элементов, необходимых для перемещений изделия и (или) инструмента по координатным осям, и решения конструктивных задач создания жестких направляющих и металлоемких корпусных деталей, получается базовый станок тяжелой конструкции.

Новый подход к обеспечению произвольного формообразования заключается в использовании в станкостроении принцип гексапода (НЕХАРOD), основанного на применении платформ Стьюарта (Stewart) (например, ГПМ - INDEY V100).

Независимо от конструктивных решений станки-гексаподы имеют четыре основные подсистемы (рис. 5.27):

Рис5.27. Станок-гексапод:

· нижнюю платформу или жесткую корпусную конструкцию со встроенным рабочим столом 2 для установки заготовок;

· шесть телескопических штанг 1, регулируемых в осевом направлении с изменением и без изменения длины и приводимых в действие каждая от своего серводвигателя через шариковую винтовую передачу. Одним концом штанги скреплены со станиной 4 или нижней платформой, а другим -- с инструментальной головкой 3 или инструментальным блоком, обеспечивая перемещение последних и их поворот в пространстве в линейном направлении и под углом, определяемым конструктивными особенностями станка;

· инструментальную головку 3 или блок, а также приводной двигатель и рабочий шпиндель с установочным конусом для инструмента. Шпиндель может наклоняться на угол 90° относительно своей оси и поворачиваться относительно платформы;

· ЭВМ (на рисунке не показана), чаще всего персональную типа IВМ PC c дополнительными платами для одновременного управления по всем координатам, а также систему управления частотой вращения шпинделя, подачей СОЖ, сменой инструмента и другими вспомогательными функциями.

Изменение положения рабочего органа в пространстве осуществляется соответствующим изменением длин каждой телескопической штанги за счет ее поступательного перемещения (с помощью ходовых винтов, от серводвигателей).

Заданные величины настроечных импульсов для отдельных осевых приводов с целью достижения определенной точки пространства устанавливаются путем изменения длин отдельных стержней, пересчитываются с помощью преобразования первоначально данных декартовых координат.

В раздвижном стержне расположен шариковый винт, вставленный в телескопическую трубу. Стержни установлены на специальных подпятниках,

Координатные измерения на обрабатывающих центрах (ОЦ). В последнее время в дополнение к измерениям с помощью координатно-измерительных машин КИМ в условиях ГПС стали применять координатные измерения измерительными головками непосредственно на ОЦ, что обеспечивает оперативность при контроле деталей и дает большие возможности для реализации адаптивного управления точностью обработки. Создание измерительных головок, передающих сигналы измерения бесконтактным способом (с помощью радиоканала, инфракрасным излучением) позволило производить координатные измерения. Измерительная головка в процессе обработки заготовки хранится в инструментальном магазине станка, а в момент, когда осуществляется цикл измерения устанавливается в шпиндель станка.

Измерения, проводимые непосредственно на станке, уменьшают коэффициент технического использования станка, одновременно разгружают работу транспортной системы ГПС по сравнению с измерениями, проводимыми вне станка на КИМ. На точность измерения на станке влияют тепловые деформации станка его измерительных систем и самой заготовки, а также загрязненность заготовки стружкой и охлаждающей жидкостью. Кроме того станок предназначен для обработки, а не для контроля. В связи с этим, на станке контролируются лишь некоторые ответственные размеры, причем не для окончательной их оценки, а для слежения за ходом технологического процесса.

На схеме, представленной на рис. 5.28, а, ГПС обрабатывает в автоматическом режиме шесть различных корпусных деталей и содержит четыре ОЦ 7, выполняющих фрезерные и сверлильные операции; три четырехкоординатных сверлильных станка 2с ЧПУ; два вертикальных токарных станка 3 с ЧПУ; автоматическую универсальную КИМ 4 и станции загрузки-выгрузки 5.

Связь станков между собой и с КИМ осуществляется транспортной системой -- рельсовой дорогой, по которой перемещаются две транспортные тележки 6. КИМ автоматически проводит пооперационный и окончательный контроль изготовляемых деталей.

В процессе изготовления полуфабрикаты и окончательно обработанная деталь поступают на КИМ до семи раз, а критические размеры (например, отверстия коренных подшипников) проходят сплошной контроль.

Рис. 5.28. Примеры применения КИМ в ГПС:

М1-МЗ- КИМ

КИМ оснащена устройством автоматической смены измерительных головок и ЭВМ, которая работает по УП, поступающей от центральной ЭВМ. Последняя осуществляет прямое управление станками и транспортными средствами.

Существуют ГПС, в которых используют несколько КИМ, каждая из которых решает свои задачи. Примером может служить ГПС из станков с ЧПУ (рис. 9.10, б). В технологическую цепочку С6 -- С7 -- С4 -- С5 -- СЗ станков с ЧПУ, предназначенных для черновой и чистовой обработки, и станков С1 и С2, предназначенных только для чистовой обработки, включены координатно-измерительные машины М1, М2 и МЗ. Управление технологическим и транспортным оборудованием осуществляется от двух ЭВМ. Обрабатываемые детали перемещаются по конвейеру.

Машина М1 последовательно измеряет заготовки, поступающие с позиции загрузки паллет, и определяет припуск с точностью до 0,5 мм. Эта информация поступает в ЭВМ, где рассчитывается необходимое число проходов на обрабатывающем оборудовании. КИМ М2 и МЗ измеряют обработанные детали с точностью 0,005 мм. Результаты измерений поступают в ЭВМ и учитываются при управлении станками на чистовых операциях. КИМ МЗ измеряет окончательно обработанные детали, по результатам измерений составляется протокол о их качестве и фактических размерах отдельных ответственных параметров.

Список литературы

1. Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов: Учеб.пособие. - 2-е изд., стер. - И.: Машиностроение, 2007. - 380 с ил

2. Шишмарев В.. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учебник для студ. высш. учеб. заведений /В.Ю. Шишмарев. - М: Издательский центр «Академия», 2007. 368 с.

3. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учеб. Для втузов / Н.М. Капустин, П.М. Кузнецов, А.Г. Схиртладзе и др.; Под ред. Н.М. Капустина. - М.: Высш. шк., 2004. - 415 с.: ил.

4. Юревич Е.И. Основы робототехники. - 2-е изд.перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Птербург 2007 - 416 с.: ил.

5. Капустин Н.М., Дьяконова Н.П., Кузнецов П.М. Автоматизация машиностроения: Учеб. для вузов / Н.М. Капустин, Н.П Дьяконова, П.М. Кузнецов; Под ред. Н.М. Капустина. - М.: Высш. шк., 2002. - 223 с.: ил.

6. Черпаков Б.И. Технологическое оборудование машиностроительного производства: Учебник для студ. Учреждений сред. проф. образования / Б.И Черпаков, Л.И. Вереина. - М: Издательский центр «Академия», 2005.- 416 с.

7. Черпаков Б.И, Автоматизация и механизация производства: Учебник для студ. Учреждений сред. проф. образования / Б.И Черпаков, Л.И. Вереина. - М: Издательский центр «Академия», 2004.- 384 с.

8. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9-ти кн. Кн. 7. Гибкие автоматизированные производства в отрослях промышленности: Учеб. пособие для втузов / И.М Макаров П.Н Белянин Л.В. Лобиков и др.; Под ред. И.М. Макарова. - М.: Высш. шк., 1986. - 176 с.: ил.

9. Роботизированные производственные комплексы/ Ю.Г. Козырев, А.А. Кудинов. В.Э Булатов и др.: Под ред. - Ю.Г. Козырева, А.А. Кудинова. - М: Машиностроение, 1987. - 272 с., ил.

10. Основы автоматизации машиностроительного производства: Учеб. для машиностроит. Спец. Вузов/Е.Р. Ковальчук, М.Г. Косов, В.Г. Митрофанов и др.; Под. Ред .М. Соломенцева. - 2-е изд. испр. - М.: Высш.шк. 1999. - 312 с.: ил.

11. В.П. Вороненко, В.А. Егоров, М.Г. Косов и др. Проектирование автоматизированных участков и цехов: Учебник. /Под ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Высшая школа, 2000. 272 с.

12. О.В. Таратынов, Г.Г. Земсков, И.М. Баранчукова и др. Металлорежущие системы машиностроительных производств: Учеб. пособие для студентов технических вузов /Под ред. Г.Г. Земскова, О.В. Таратынова. М.: Высшая школа, 1988. 464 с.

13. Проектирование технологии автоматизированного машиностроения: Учеб. для машиностроит. Спец. Вузрв/И.М. Баранчукова, А.А. Гусев, Ю.Б. Крамаренко и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. - 2-е изд. испр. - М.: Высш.шк. 1999. - 416 с.: ил.

14. Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А. Павлов и др. PТK и ГПС в машиностроении: Альбом схем и чертежей. /Под общей ред. Ю.М. Соломенцева. М.:Машиностроение, 1988. 192 с.

15. Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А. Павлов и др. Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей. /Под общей ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1986. 140 с.

16. Металлообработка 89. Оборудование, приспособления и инструменты для металлообрабатывающей промышленности.- Экспоцентр. Москва, 30.5 - 8. 6. 1989

Размещено на Allbest.ru

...