ТЕМА 14. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ.

Гибкими производственными системами (ГПС) называют совокуп-

ность металлообрабатывающего и вспомогательного оборудования (транспорт- ного, накопительного, погрузочно-разгрузочного и т.д.), работающего в авто- матическом режиме и с единой системой управления в условиях многономенк- латурного производства. Основными составляющими компонентами ГПС яв- ляются станочное оборудование; транспортная система; промышленные роботы и манипуляторы; накопительно-складская система; контрольно-измерительная система; система управления. Как правило, оборудование имеет системы чи- слового программного управления (ЧПУ) с использованием ЭВМ различного уровня.

Классификация и структурные схемы ГПС.

Гибкие производственные системы можно классифицировать по следую- щим признакам: организационному, комплексности изготовления деталей, виду обработки, разновидности обрабатываемых изделий, уровню автоматизации.

По организационному признаку ГПС подразделяют на гибкую автоматизи- рованную линию (ГАЛ), гибкий автоматизированный участок (ГАУ) и гибкий автоматизированный цех (ГАЦ)

1.Отличие ГАЛ от традиционных автоматических линий заключается в том, что на ГАЛ можно обрабатывать детали широкой номенклатуры. Особенностью компоновки ГАЛ являет расположение технологическо- го оборудования в принятой последовательности технологических опе- раций. В ГАЛ транспортные системы перемещают обрабатываемые из- делия только по заранее определенным маршрутам.

2.Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) в отличие от ГАЛ позволя-

ет изменять последовательность технологических операций Благодаря этому достигается максимальная загрузка оборудования В состав ГАУ и ГАЛ могут входить роботизированные технологические комплексы (РТК), включающие технологическое оборудование, промышленный робот и дополнительные средства оснащения.

3.В состав гибкого автоматического цеха могут входить ГАЛ, ГАЦ, а так же отдельное технологическое и вспомогательное оборудование.

Основной составной частью ГПС является гибкий производственный модуль ГПМ. ГПМ это единица технологического оборудования, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая весь цикл работы и имеющая возможность быть встроенной в ГПС.

1. Станочное оборудование.

Основой ГПМ, а следовательно, и ГПС является технологическое оборудо- вание с ЧПУ. Оно решает главную задачу любого механообрабатывающего производства. Технологические возможности каждого станка в отдельности и их сочетание определяют верхнюю границу гибкости системы.

К станкам встраиваемым в ГПС, кроме общих требований по обеспечению нужного качества деталей предъявляется и ряд специфических.

Требования к степени концентрации операций.

Высокая концентрация операций в условиях ГПС позволяет сократить длительность производственного цикла, повысить долю машинного времени. Следствием является повышение рентабельности обработки, сокращение коли- чества станков и т.д.

Существуют два способа концентрации операций: в пространстве и во времени.

Концентрация в пространстве достигается путем снабжения станков ин- струментальными магазинами с автооператорами и обработки детали с не- скольких сторон. Лучшим образом этому требованию отвечают многоопераци- онные станки и обрабатывающие центры. Магазины токарных станков должны иметь не менее восьми инструментов, обрабатывающих . центров –30.

Увеличение емкости магазина станка имеет предел, обусловленный воз- растанием массы и габаритов. Проблему обеспечения требуемого количества инструмента можно решить автоматической заменой его в магазине, используя транспортную кассету с инструментом, автоматической заменой всего магази- на, установкой рядом со станком большого стационарного магазина, автомати- чески питающего малый магазин.

Концентрация операций во времени достигается обработкой детали од-

новременно несколькими инструментами. Это достигается на оборудовании со сменными многошпиндельными головками. Это т.н. агрегатные обрабатываю- щие центры, которые сочетают в себе производительность агрегатного станка и гибкость обрабатывающего центра.

Требования к универсальности и переналаживаемости.

Высокая универсальность и переналаживаемость , характеризующие гиб- кость оборудования, являются важной предпосылкой его успешного использо- вания в ГПС. Этим требованиям отвечают универсальные станки с ЧПУ. Путя- ми повышения универсальности является оснащение станков универсальными, автоматически управляемыми приспособлениями.

Требования к компоновке.

Компоновка станка должна обеспечивать удобство встройки станка в об- щую транспортно-накопительную систему, свободный доступ к рабочей зоне для средств загрузки и беспрепятственный сход стружки.

С точки зрения доступности рабочей зоны токарный станок должен иметь станину с наклонными или вертикальными направляющими. Требования удоб-

ства стыковки обрабатывающего центра с устройством системы спутников и транспортной системой накладывают ограничения на подвижность его стола. Желательно иметь лишь одну поступательную степень свободы стола, предпоч-

тительно в направлении перпендикулярном оси шпинделя в горизонтальной плоскости.

Требования к уровню автоматизации вспомогательных операций.

ГПС предназначен для работы в автоматическом или автоматизированном режиме. Поэтому к входящим в них станкам предъявляются высокие требова-

ния их степени автоматизации. Станок, встроенный в ГПС должен иметь: ав-

томатическое зажимное приспособление; автоматическое ограждение рабочей зоны с блокировкой по открытому положению; датчики контроля установки детали или инструмента; устройство автоматического удаления стружки.

Требования к гарантированному дроблению и удаления стружки.

В условиях ГПС и «безлюдной технологии» это требование имеет очень важное значение. В настоящее время имеется много способов и устройств дробления и отвода стружки. Специальная геометрия инструмента, накладки, сообщение суппорту вибраций, подача СОЖ под большим давлением. Удале- ние стружки осуществляется встроенным транспортером.

Требования к надежности.

Оборудование ГПС обладает в некоторой степени автономностью и взаи- мозаменяемостью, однако, включено в общий технологический процесс. По- этому требования к его надежности должны быть выше, чем к станку с ЧПУ, используемому отдельно.

Большинство отказов в оборудовании с ЧПУ приходится на систему управления. Данный недостаток может быть ликвидирован с применением сис- тем класса CNC на базе микропроцессоров, которые значительно упрощают и повышают надежность систем и позволяют вести адаптивное управление и ав- томатическую диагностику состояния оборудования.

Требования к системе управления.

Важнейшим требованием к системе управления является гибкость. Опыт эксплуатации первых ГПС показал, что жесткие системы класса NC не соответ- ствуют условиям ГПС. Плохая совместимость с центральной ЭВМ, необходи- мость разработки устройств буферной памяти не позволяет организовать груп- повое управление. Поэтому оборудование ГПС должно управляться от систем класса CNC микроЭВМ, лишенные этих недостатков. Устройства управления

должны обеспечивать ввод управляющих программ не посредственно с пульта управления, редактирование и связь с ЭВМ высшего ранга. Этим требованиям отвечают системы подкласса DNC, относящиеся к классу CNC

2. Промышленные роботы.

Трудности с автоматизацией загрузки металлорежущих станков могут быть решены путем применения промышленных роботов. П.Р. незаменимы прежде всего в производствах при обработке деталей типа тел вращения и не- больших призматических деталей преимущественно в условиях мелко и сред- несерийного производства, а также в сборочном производстве.

Для загрузки призматических деталей применяются в основном поворотные и столы, каретки, толкатели. Эти механизмы и их сочетания применяются в устройствах автоматической смены спутников. Недостат-

ком П.Р. для загрузки тяжелых призматических деталей является низкий пока- затель соотношения Gдет. и Gп.р.. Для загрузки токарных станков в крупносерий- ном производстве более выгодно применение портальных и встроенных мани- пуляторов в сочетании со столами и транспортерами.

П.Р. применяемый для загрузки станка должен иметь:

-щирокодиапазонный или автоматически сменяемый схват;

-развитую кинематику и большое число точек позиционирования для огибания препятствий и работы с многоместной оснасткой;

-автоматическое программирование и переналадку;

-связь и хорошую совместимость с ЭВМ высшего уровня;

-возможность адаптации к нестандартным ситуациям и диагностику не-

исправлений.

Этим требованиям отвечает робот с четырьмя и более степенями свободы, со следящим или шаговым электроприводом, системой управления на базе микро ЭВМ. Показатели надежности у промышленных роботов в производст- венных условиях должны быть не ниже, чем у основного технологического оборудования.

3. Транспортная система.

Транспортная система является связующим элементом в автоматических производствах. Она обеспечивает направление и распределение материальных потоков: – заготовок, полуфабрикатов и готовых деталей, приспособлений и оснастки, режущего, измерительного инструмента.

По назначению транспорт делится на межоперационный и транспорт внут- ри производственной ячейки.

Межоперационный транспорт служит для перемещения грузов по всей технологической цепочке. Для этих целей используются:

Кран-штабелер; Горизонтально-замкнутый транспортер; Самоходная транспортная тележка; Подвесной транспорт.

Выбор конкретного типа транспорта главным образом зависит от объема и номенклатуры выпускаемой продукции, подобия технологических маршрутов, интенсивности грузопотоков. Для широкономенклатурного производства наи- более перспективны самоходные транспортные тележки с управлением по ме- таллической ленте и т.д. Особенностями этих средств являются гибкость, лег- кость прокладки и выбора трассы.

Под транспортом внутри производственной ячейки подразумеваются средства, осуществляющие передачу грузов от межоперационного транспорта к станку, средству загрузки или накопителя.

К ним относятся: Промышленные роботы.

Двухпозиционный поворотный стол Каретка Рольганг

4. Накопительно-складская система.

По способу организации накопительно-складские системы делятся на цен- трализованные, децентрализованные и комбинированные. Конструктивно на- копители могут быть выполнены:

-со стационарными позициями, при этом груз из них извлекается непо- средственно средством загрузки станка;