Автоматизация Производства За Счет Станков С Чпу

Автоматизация производства металлообработки — это процесс в развитии механообработки, при котором операции управления и контроля, ранее выполнявшиеся операторами станков, передаются приборам и автоматическим устройствам.

В настоящее время автоматизация производства является одним из способов повышения эффективности предприятия.

Использование автоматизированных комплексов позволяет снизить время производства каждого изделия, повысить качество выпускаемой продукции, снизить себестоимость. Одним из перспективных направлений автоматизации является автоматизация технологических комплексов механообработки.

Автоматизация производства достигла того уровня развития, когда производители станочного оборудования сразу предлагают свои решения по автоматизации, стандартные либо индивидуальные. Это могут быть портальные загрузчики, круговые либо линейные системы накопления паллет, промышленные роботы. Практически все современные станки и обрабатывающие комплексы имеют функцию подключения промышленного робота или другого технологического оборудования в качестве базовой функции.

Автоматизация токарных и фрезерных станков наиболее оправдана в случае серийного и крупносерийного производства. Наиболее перспективными являются портальные фрезерные станки с чпу и обрабатывающие центры с ЧПУ, позволяющие обрабатывать детали сложной формы. Многие детали технически невозможно изготовить другим образом. Одним из главных преимуществ 5-ти осевых фрезерных станков является возможность обработки детали за один установ, позволяющая существенно сократить время обработки детали в целом. Использование таких станков в совокупности с портальным погрузчиком или накопительной системой паллет позволяет добиться удивительной производительности.

При мелкосерийном или штучном производстве автоматизация также возможна. Применение систем технического зрения позволит оборудованию различать типы деталей и выбирать для них нужную программу. Кроме того, системы технического зрения можно использовать для автоматического контроля качества готовых изделий, однако техническое зрение требует сложное программное обеспечение.

Станки более старых поколений, как правило, не предусматривают готовых возможностей по автоматизации, однако это не значит, что их автоматизация нецелесообразна. Наиболее подходящим решением в данной ситуации будет использование промышленного робота для погрузки/разгрузки, конвейерной линии или автоматизированного транспорта (например, автоматизированных тележек) для транспортировки готовых деталей на склад либо другие участки для технологических операций, таких как: шлифовка, покраска, сварка и т.д.

При автоматизации 3-х или 4-х осевых фрезерных станков с ЧПУ отдельной проблемой является правильная установка заготовки в зажимное устройство при смене стороны обработки, так как важно сохранение необходимой точности обработки. Для решения этой проблемы целесообразно использовать контактные измерительные датчики. Датчики устанавливаются в станок как обычный инструмент, и вызываются программно в качестве первой операции. После измерения датчиком основных точек детали, в координаты стола станка вносятся необходимые изменения на программном уровне, что позволяет практически полностью избежать нежелательного смещения обрабатываемой области на детали при смене установа. Контактные измерения с помощью данных датчиков позволят отказаться от использования дорогостоящих зажимных приспособлений, существенно сократят время простоя станка, повысят производительность и гибкость производства.

Отдельное внимание стоит уделить системе контроля износа инструмента. Современные станки часто имеют встроенные датчики для контроля вылета инструмента и его диаметра и позволяют автоматически вносить необходимые корректировки для предотвращения потери точности обработки. Однако, при автоматизации очень важно использовать качественный инструмент (фрезы, резцы, свёрла и т.д.) и использовать режимы обработки, указанные его изготовителем, особенно в станках, которые не предусматривают возможности проверки инструмента на износ, чтобы уменьшить вероятность изготовления бракованной детали.

Не менее важным фактором является выбор программного обеспечения. Производитель технологического оборудования обычно сам поставляет программное обеспечение, необходимое для разработки управляющих программ. Однако, его использования не является обязательным, так как на данный момент существует множество программ, которое обладают большим удобством, дополнительными функциями и являются универсальными, то есть подходят под оборудование разных производителей. Существуют программы, сочетающие в себе сразу CAD и CAM системы, что позволяет существенно экономить время на разработке управляющих программ.

Автоматизированный участок должен полностью соответствовать требованиям безопасности и охраны труда. Даже на передовом и автоматизированном предприятии всегда будет присутствовать технический персонал, автоматизированное технологическое оборудование не должно стать причиной производственных травм. При появлении человека непосредственно в рабочей области комплекса, комплекс должен немедленно прекращать работу. Наиболее технологичным решением будет использование датчиков типа «световая завеса». Эти датчики расположены таким образом, что образуют вокруг участка зону, при пересечении человеком которой оборудованию будет отдан сигнал и его работа будет остановлена.

В современных реалиях применение автоматизированных комплексов механообработки позволит предприятию сохранить конкурентоспособность и выйти на совершенно другой уровень производительности. Гибкость правильно спроектированных систем позволит расширить номенклатуру производимых изделий и обеспечить круглосуточное бесперебойное производство, отвечающее высоким стандартам качества.

Автоматическая машина действует по той же схеме, что и механизированная, управляемая человеком (подробнее см. Механизация и автоматизация производства) Но вместо отсутствующего человека она оснащается органами управления или так называемыми элементами автоматики, в зависимости от выполняемых функций и назначения элементы автоматики разделяются на чувствительные, промежуточные и исполнительные.

Чувствительные элементы (датчики) предназначены для приема заранее предусмотренной информации; промежуточные - осуществляют преобразование или усиление входного сигнала; исполнительные - непосредственно воздействуют на объект управления. Если сигнал датчика вполне достаточен для воздействия на исполнительный механизм, то в системе автоматики может отсутствовать промежуточный элемент.

На рис. 1 сплошными линиями изображена структурная схема автоматической системы, состоящая из источника информации, элементов автоматики и управляемого объекта. Такая система называется разомкнутой, так как в ней отсутствует воздействие на фактическое состояние управляемого объекта, которое по ряду причин может иметь некоторые отклонения от предусмотренного программой, заложенной в источнике информации. Тем не менее благодаря своей простоте разомкнутая система управления широко используется для автоматизации металлорежущих станков, когда заранее можно предположить, что действительные отклонения управляемого объекта могут находиться длительное время в допустимых пределах. Для принятия своевременных мер по исправлению погрешностей в разомкнутую систему автоматики иногда устанавливают дополнительные элементы, осуществляющие контроль изделий, предупредительную или аварийную сигнализацию, блокировку и поднастройку управляемого механизма независимо от первоначального источника информации и действий исполнительного элемента автоматики.

Рис. 1. Структурная схема систем автоматического управления

Однако для многих реальных процессов пассивного управления недостаточно. Необходимы еще сведения о фактическом состоянии или положении управляемого объекта, то есть нужно иметь от него обратную связь с целью корректировки управляющего сигнала. Эти данные должны быть поданы в промежуточный элемент автоматики, где они сопоставляются и сравниваются. В случае рассогласования в исполнительный элемент подается команда, корректирующая работу управляемого механизма. Благодаря этому система управления ставится в зависимость от результатов ее работы. Такой принцип, основанный на использовании информации о результатах управления, называется принципом обратной связи, а автоматическая система построения на нем называется замкнутой.

В замкнутой системе управления устанавливается чувствительный или измерительный элемент обратной связи, изображенный на структурной схеме (рис. 1) штриховой линией.

Для автоматизации фрезерных станков используются в основном три системы управления: следящие, с цикловым программным управлением (ЦПУ), с числовым программным управлением (ЧПУ).

Следящие системы управления получили широкое распространение для автоматизации копировально-фрезерных станков. В таких системах в качестве программоносителя используются копиры в виде плоских или объемных шаблонов. Общий принцип действия следящих систем основывается на ощупывании путевым датчиком (щупом) поверхности копира с последующей передачей перемещений щупа через промежуточные и исполнительные устройства салазкам, консоли или шпиндельной головке фрезерного станка. При этом подвижный узел станка как бы следит за движениями щупа и повторяет их.

Следящая система управления осуществляется за счет сочетания двух подач: задающей и следящей. Задающей подачей, например, может являться продольное перемещение стола станка, а следящей - поперечное перемещение салазок или вертикальное движение шпиндельной головки. При геометрическом сложении этих движений фреза воспроизводит на обрабатываемой детали форму требуемого контура.

В системах с цикловым программным управлением программоноситель содержит только информацию о цикле и режиме обработки, включающей команды: вперед, вправо, влево, стоп, переключение частоты вращения, подачи и др. Пути перемещения рабочих узлов станка в этом случае задаются с помощью регулируемых кулачков, воздействующих на путевые переключатели. Такая система управления характеризуется сравнительно простой структурой, однако ее технологические возможности ограничены главным образом обработкой плоских, ступенчатых поверхностей и прямоугольных контуров. В качестве программоносителей используются коммутаторные панели и поворотные барабаны со штеккерами.

Для объяснения принципа циклового программного управления рассмотрим вертикально-фрезерный станок (рис. 2, а), оснащенный пультом программы I в виде штеккерной панели. На станке также предусмотрены: пульт ручного управления 3 со световой сигнализацией отработки технологических переходов, блоки электроупоров (путевых датчиков) 2 и линейки 4 с регулируемыми кулачками. Для выполнения цикловых команд установлены быстродействующие электромагнитные муфты, выполняющие роль исполнительных элементов автоматики. В любом из автоматических циклов может быть включен гидравлический механизм опускания и подъема стола на 1 мм при ускоренном перемещении стола. При попутном фрезеровании автоматически включается гидромеханизм выбора люфта в резьбовой передаче продольного хода стола. Станок позволяет выполнять обработку деталей сложной формы (объемом до десяти переходов) в автоматическом режиме.

Пульт набора программы (рис. 2, б) состоит из магазина штеккеров, девяти коммутаторных планок с десятью пронумерованными отверстиями в каждой. Слева планки иллюстрированы рисунками возможных команд: «Влево», «Вправо», «Вперед», «Назад», «Вверх», «Вниз», «Ускоренный ход», «Ускоренный ход с опусканием консоли» и «Стоп».

Настройка станка для работы по программе состоит из двух операций: установки штеккеров на пульте программы и расстановки кулачков в Т-образных пазах линеек станка согласно последовательности и продолжительности технологических переходов.

На рис. 2, в приведен пример схемы автоматического цикла работы станка при фрезеровании замкнутого контура, для которого расстановка штеккеров обозначена крестиками на пульте программы.

Рис. 2. Вертикально-фрезерный станок с цикловым программным управлением: a - общий вид; б - пульт программы: 1 - магазин штеккеров, 2 - коммутаторные планки, 3 - выключатель местного освещения, 4 - выключатель механизма выбора люфта, 5 - выключатель механизма опускания консоли, 6 - выключатель охлаждения; в - схема работы станка при фрезеровании замкнутого контура: НП - начало программы, 1- ускоренный ход вправо, 2 - подача вправо, 3 - подача назад, 4 - подача влево, 5 - подача вперед, 6 - ускоренный ход влево с опусканием стола

Аналогичный принцип ЦПУ применен в вертикально-фрезерном станке модели 6Р13Ц (рис. 3), оснащенном автономным пультом 1 набора программы и световой сигнализации отработки цикла. При необходимости на станке можно работать с ручным управлением. Программа автоматической работы задается при помощи штеккерной панели и кулачков, установленных на съемных плитах. Станок оснащен устройством для быстрого закрепления инструментов.

Система числового программного управления станками принципиально отличается от других систем автоматического управления тем, что у нее вся информация о последовательных действиях станка, включающая цикловые команды и пути перемещения подвижных узлов в кодированном виде, сосредоточена в едином программоносителе - карте или ленте. Благодаря возможности задавать программу работы одновременно по двум или трем координатам за неограниченное количество переходов на таких станках можно выполнять обработку деталей сложной конфигурации, включая криволинейные контуры.

Рис. 3. Вертикально-фрезерный станок 6Р13Ц

Для того чтобы получить максимальные выгоды от применения ЧПУ на производстве, необходимо понять, что речь идет не просто «еще об одном способе металлообработки». Это - техника управления и строгая дисциплина, которые только при условии правильного применения приведут к улучшению всего технологического процесса.

Главные ошибки и просчеты, возникающие при внедрении ЧПУ и автоматизации производства, можно свести к следующим:

• чрезмерный оптимизм в отношении возможной экономии средств;
• заниженная оценка машинного времени;
• неудовлетворительное планирование и подготовка производства;
• недостаточное внимание администрации на тех процессах, где можно обнаружить отклонения в работе оборудования.

При рассмотрении вопросов внедрения ЧПУ чрезвычайно важно быть готовым к пересмотру традиционных представлений о технологии и организации производства и к тому, чтобы продумать новую структуру организации управления на предприятии. При внедрении нового оборудования всегда имеется определенная степень риска. ЧПУ станок не представляет в этом отношении исключения, должна быть проведена технологическая подготовка производства.

Следующие предложения помогут свести этот риск к минимуму:

• поручите кому-либо из высшей администрации предприятия координацию всех работ, связанных с переходом на ЧПУ; если этот человек не может определять политику в данном вопросе, то он хотя бы должен оказывать соответствующее влияние;
• проведите тщательное изучение стоимости на примерах известных уже деталей; подготовьте программы обработки испытательных образцов и изготовьте их;
• проведите беседы с теми, кто уже использует ЧПУ, но отнеситесь к их мнению критически - обобщения не во всех случаях оказываются правильными;
• обеспечьте подготовку персонала по требуемым областям знаний.

Невозможно сформулировать единые правила для внедрения ЧПУ, так как назначение и типы станков, как и размеры производств, могут значительно отличаться друг от друга. Только типы фрезерных станков по металлу насчитывают 9 разновидностей. Во всех случаях необходимо предпринять определенные действия в следующих направлениях:

• ознакомление и обучение сотрудников всех отделов, связанных с ЧПУ;
• ознакомление руководителей подразделений с планами предприятия;
• формулирование общих основных правил и условий, относящихся в работе оборудования;
• организация обслуживания станков;
• создание системы документации для регистрации результатов проверок и сравнительных испытаний станков;
• ориентация конструкторов в специфике ЧПУ и новых возможностях при конструировании изделий;
• организация участка программирования деталей;
• обучение работе в CAD системах;
• разработка управляющих программ для станков с ЧПУ;
• рассмотрение мероприятий по установке и обслуживанию оборудования;
• создание службы контроля качества.

Опыт многих компаний показывает, что огромное разнообразие заводов, методов организации управления и подхода к решению вопросов управления вызывает к жизни разные принципы организации внедрения ЧПУ. Поэтому нельзя разработать какой-либо универсальный план, который бы удовлетворял всем этим условиям.

Принцип назначения руководителя отделения по ЧПУ успешно применяют многие фирмы; этот принцип является одной из особенностей, характерных для потребителей ЧПУ, добившихся наилучшей эффективности. Контроль за выполнением плана мероприятий передается при этом в одни руки. Назначенный на этот пост администратор получает от руководства предприятия необходимые права и несет ответственность за выполнение поставленной задачи. С помощью специального персонала он составляет план выполнения программы мероприятий по вводу в действие оборудования с ЧПУ. Руководство предприятия утверждает эту программу. Руководитель отделения по ЧПУ осуществляет свою работу с помощью специального штата сотрудников, а также использует уже действующую на предприятии структуру управления. Его авторитет должен обеспечивать положительное отношение других работников к его требованиям. Вполне естественно, что при назначении на такую ответственную должность отбор кандидата должен осуществляться с большой тщательностью.

Возможный претендент на этот пост должен обладать: опытом в области металлообработки; знанием технологии, организации производства, конструирования инструмента и составления экономических расчетов; организационными способностями; желанием пересмотреть принятую на предприятии технологию и организацию производства; способностью заинтересовать программным управлением персонал своего предприятия.

Лучше всего, если руководитель отделения по ЧПУ будет из числа сотрудников технологического отдела. Здесь понятие «технологический отдел» охватывает общие функции планирования производства, выбор режущего инструмента, конструирование оснастки, проведение экономических расчетов, а также составление программ для обработки деталей. Наибольшие успехи применения станков с ЧПУ были достигнуты там, где проводилась работа во всех этих направлениях. Внедрение ЧПУ затрагивает многие службы предприятия (рис. 4).

Конечно, можно купить станок ЧПУ от производителя, и потом просто ждать, пока механик запустит его в действие. Такой подход может понравиться некоторым работникам, но его следует считать весьма оригинальным способом планирования, и он фактически обречен на провал.

Рис. 4. Производственные службы, связанные с ЧПУ

Информация может быть получена из многочисленных источников: рекламных печатных изданий, обучающих фильмов и т. п.; докладов и обобщений представителей фирм-изготовителей оборудования; выдержек из статей в технических журналах; посещений других компаний, владеющих оборудованием с ЧПУ; руководств, инструкций, учебных пособий, схем организационных структур; различных обществ, ассоциаций и лабораторий, специализирующихся в области ЧПУ.

Подготовительные работы по внедрению ЧПУ будут зависеть от того, какая конкретная система выбрана. Много информации будет вам передано поставщиком. Этот материал следует очень тщательно изучить для того, чтобы выявить потенциально возможные области применения и провести корректировку на этапе планирования. Почти все свойства системы программного управления станками ЧПУ могут быть учтены при планировании покупки станка. Каждая система обладает какими-либо свойствами, которые нежелательны при решении определенных производственных проблем. Главная задача потребителя - добиться удовлетворительной работы системы.

Подготовка к монтажу и эксплуатации станка должна быть начата задолго до его поставки. Среди вопросов, встающих перед главным механиком завода, возникают такие, как требования к источнику питания, размеры типичных обрабатываемых деталей, габаритные размеры станка, масса упакованного оборудования, масса установленного оборудования, возможные требования к подводу воды или сжатого воздуха, фундамент станка. Это те вопросы, которые возникают при покупке любого станка. Если же станок должен обеспечивать наивысшую точность обработки, то такие вредные факторы, как пыль, колебания температуры, повышенная влажность, будут влиять на качество обработки поверхности деталей, обработанных с помощью ЧПУ по меньшей мере так же, как и при обработке на обычных станках.

После того как станок установлен и начал работать, можно провести хронометраж и проверить как его используют. Таким способом можно получить ценную информацию о причинах неудовлетворительной работы станка, среди которых могут быть плохое программирование обработки деталей, неудовлетворительное качество инструмента и приспособлений, неисправности или неудовлетворительное качество станков, отсутствие заготовок и т. д. Как правило, после завершения всех мероприятий по установке станка с ЧПУ степень использования станка стабилизируется, а хронометраж просто отражает сложившуюся технологическую обстановку.