Гибкие Производственные Системы И Станки С ЧПУ

Особенность современного производства характеризуется словом «гибкость», означающим легкую приспособляемость производства к требованиям потребителей и постоянно растущим запросам населения.

В любом виде производства при смене выпускаемой продукции желательно как можно быстрее и дешевле перестраивать технологию. Это наилучшим образом позволяют делать гибкие производственные системы (ГПС). Гибкая производственная система представляет собой сложный комплекс, объединяющий работы основного технологического оборудования (станки с ЧПУ, разметочные и контрольно-измерительные машины, установки термообработки изделий и т. п.); вспомогательного оборудования (моечные машины, маркировочное оборудование и т. п.); автоматизированной транспортно-складской системы (АТСС), состоящей из склада, накопителей и транспорта. Четкое взаимодействие всех элементов ГПС при полной их загрузке с ритмичным изготовлением продукции возможно только при автоматизированной системе управления (АСУ) комплексом на базе числового управления.

АСУ гибкой производственной системы на уровне цеха или завода представляет собой пять подсистем:

• автоматизированная система управления предприятием (АСУП). Комплекс фундаментальных задач, решаемых в рамках АСУП, включает в себя: оперативное управление самим производством; управление технической подготовкой производства; технико-экономическое планирование; управление материально-техническим снабжением; управление реализацией и сбытом продукции; управление качеством продукции; управление финансовым обеспечением и т.д.;
• автоматизированная система научных исследований (АСНИ). В рамках крупных гибких производственных систем и при ее проектировании АСНИ необходима для разработки типовых решений по проектированию ГПС, разработки типовых решений по проектированию изделий конкретного предприятия и для разработки банков данных конкретных предприятий по оборудованию, инструменту, оснастке и типовым элементам изделий предприятия;
• система автоматизированного проектирования (САПР). На предприятиях, где стремятся к полной автоматизации процесса от проектирования изделия до упаковки готовой продукции, на первом этапе широко используется САПР изделия. САПР изделия представляет собой автоматическое проектирование нового изделия на базе заранее разработанных типовых решений по элементам изделия и алгоритма формирования этих решений в изделии в зависимости от изменения технических требований к нему;
  автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) включает в себя полный комплекс задач по технологической подготовке к производству нового изделия;
• автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) включает в себя контроль всех изделий, проходящих через систему, анализ припусков на обработку, оптимизацию технологического маршрута и загрузки станков, прямое цифровое управление измерениями и точным шлифованием, контроль состояния инструмента, обработку данных измерений и формирование паспорта изделий, хранение и передачу управляющих программ на станки, диагностирование состояния оборудования и управление системой в аварийных ситуациях и т. п.

На современных машиностроительных заводах широко используется высоко автоматизированные станки с числовым программным управлением (ЧПУ). С помощью программного управления на базе электроники оператор используя многооперационные станки с ЧПУ может обрабатывать сложные по форме корпусные детали, при этом обеспечивается высокая точность и качество поверхности изделия.

Гораздо труднее обрабатывать корпусные детали на станках с ручным управлением. Вначале рассмотрим как производится обработка деталей на этих станках. Перед началом работ технологи разрабатывают маршрутную технологию, определяют очередность операций и требуемый инструмент. Станочник получает по наряду чертеж детали и маршрутную технологию, знакомится с ними, изучает очередность операций. Затем в раздаточной кладовой получает необходимый инструмент. Теперь рабочий должен определить как лучше установить и закрепить деталь. В процессе обработки детали рабочий соблюдает последовательность обработки и режимы резания в соответствии с маршрутной технологии. Станочник в ручную при помощи маховичка подводит режущий инструмент до касания его с обрабатываемой поверхностью, затем делает перемещение по лимбу на глубину резания и производит обработку детали. Время от времени станок необходимо останавливать и с помощью штангенциркуля, микрометра и другого инструмента замерять точность обработки плоскости, уступов и отверстий.

На универсальных станках при ручных операциях: подводе инструментах детали перемещение узлов станка, замере основных размеров качество обработки в основном зависит от квалификации станочника.

В отделе главного технолога разрабатывают маршрутную операционную технологию и управляющие программы в которых технологические команды переведены на машинный язык.

Программа представляет собой совокупность элементарных команд, технологических перемещений записанных на программоносителе. Проследим за последовательностью операций обработки деталей на станке с ЧПУ.

Оператор руководствуясь картой наладки устанавливает деталь в приспособлении, вводит коррекцию на инструмент и включает станок. Затем стол-спутник с приспособлением подается в зону резания, автоматически берется нужный инструмент и начинается обработка детали. Таким образом обрабатываются плоскости, пазы сложной формы, уступы, отверстия и нарезается резьба.

Роль операторы в этом случае сводится к наблюдению за работой станка и электронного управления, всю основную работу по перемещению деталей и назначению режимов обработки осуществляет автоматика.

На станках с ЧПУ перемещение узлов и режимы обработки деталей осуществляется автоматически с помощью электронной системы управления и датчиков встроенных станок. Контроль качества обработки детали также происходит автоматически.

На станке с ЧПУ она намного производительнее. Это достигается за счет сокращения вспомогательного времени и автоматизации всего процесса обработки детали

Меняется характер труда оператора, который освобождается от тяжелых и монотонных работ, но теперь он должен уметь работать с автоматическими приборами системой ЧПУ, читать и корректировать управляющие программы. Все это в значительной степени интеллектуализирует его труд.

Гибкие производственные системы (ГПС) принципиально новые системы организации производства основанные на широком использовании программирования и высокоавтоматизированного и быстропереналаживаемого и надежного оборудования.

ГПС включает в себя: станки с ЧПУ, роботы, автоматизированный транспорт, накопители. Управляется ГПС при помощи автоматизированных систем управления.

Сегодня гибкие производственные системы работают на многих крупных промышленных предприятиях на которых станки с программным управлением соединены в один автоматизированный участок. Подачу деталей в рабочую зону станка производится автоматически из накопителей или склада. Также автоматически подается и инструмент. Все эти функции выполняются согласно разработанной программе.

Рассмотрим сверлильный модуль, который может функционировать самостоятельно и может также встраиваться в гибкую производственную систему. Модуль состоит из двух станков соединенных системой транспортирования спутников, загрузочного портального робота с двумя конвейерами, системы управления, электрошкафов и сменных сверлильных головок.

Рассмотрим цикл его работы. Робот берет сориентированные заготовки с конвейера и устанавливает в приспособлении спутник, затем спутник с заготовками поступает на обработку на первый станок. После окончания обработки на первом станке спутник с деталями транспортируется на второй станок. Обработанная деталь идет на позицию загрузки-выгрузки деталей при помощи портального робота. Внедрение станков с числовым программным управлением, промышленных роботов и гибких производственных систем является основным направлением автоматизации промышленного производства.

Гибкая станочная система содержит набор переналаживаемых в соответствии с номенклатурой заготовок автоматически действующих станков, связанных с общим автоматическим транспортом и общей системой управления. Использование гибких станочных систем позволяет повысить производительность, стабилизировать качество обработки, сократить число обслуживающего персонала, уменьшить производственные площади.

По компоновке различают: системы линейной одно- или многорядной компоновки, системы круговой компоновки, системы модульной компоновки.

При линейной компоновке станки устанавливают в один или несколько рядов, а транспортно-накопительную подсистему располагают параллельно ряду. Для круговой компоновки характерна установка станков вокруг центрального склада-накопителя. Системы модульной компоновки содержат станочные модули из однотипных станков, взаимодействующие с центральной транспортно-накопительной системой применяя автооператоры и промышленные роботы.

По технологическому назначению гибкие станочные системы можно разделить на системы, предназначенные для обработки корпусных деталей, и системы для обработки деталей типа тел вращения.

Станочная система участка АСК-10 для обработки корпусных деталей приведена на рис. 1. Станочная система участка содержит группу многооперационных сверлильно-фрезерно-расточных станков 3 с ЧПУ, разметочную машину 1, контрольно-измерительную машину 4, автоматическую транспортно-накопительную подсистему 5, станок для подготовки баз 2. Система управляется централизованно от главного компьютера.

Рис. 1. Станочная система участка типа АСК-10

Станочная система предназначена для обработки корпусных деталей из серого чугуна повторяющихся мелких серий по 10-15 шт., при общей номенклатуре выпуска 30-50 наименований. Основным оборудованием системы являются многооперационные станки. На станках осуществляется черновая, получистовая и чистовая обработка плоскостей, пазов и уступов, сверление, растачивание, зенкерование отверстий, нарезание резьбы в отверстиях, контурное фрезерование отверстий, приливов, платиков и бобышек. Станки имеют горизонтальный шпиндель с устройством для автоматической смены инструмента и крестовый стол со встроенным поворотным столом. Таким образом, возможна обработка корпуса за один установ с трех-четырех сторон несколькими инструментами. Станки имеют инструментальный магазин вместимостью в 36 инструментов. Время смены инструментов составляет 6-8 с. Скорость быстрых перемещений подвижных узлов станков равна 10000 мм/мин, что обеспечивает значительное сокращение времени на вспомогательные движения.

Для проверки поступающих литых заготовок в станочной системе предусмотрена координатно-разметочная машина BE-111А с цифровой индикацией. Измеряемые заготовки устанавливаются на поворотные столы. Измерение и разметка осуществляются сменным ощупывающим или разметочным наконечником. Перемещение наконечника происходит по трем взаимно перпендикулярным координатам. Результаты измерения фиксируются на цифровом табло или выводятся на печать.

Для контроля обработанных деталей система оснащена контрольно-измерительной машиной ВЕ-140К с ЧПУ. Машина работает в автоматическом режиме по заданной управляющей программе. На ней могут быть проверены диаметры, геометрическая форма и отклонения от соосности отверстий, межосевые расстояния и их отклонения, расстояния и отклонения между плоскостями. Результаты измерений анализируются компьютером, а также могут быть выведены на печать для составления паспорта на обработанную деталь.

Транспортно-накопительная подсистема предназначена для создания задела заготовок, полуфабрикатов и готовых деталей и доставки их на рабочие места. Она содержит двухъярусный двухрядный ячеистый склад, автоматический кран-оператор, накопительные роликовые конвейеры для приема и выдачи заготовок, полуфабрикатов и готовых деталей, рольганговые станции для подачи заготовок на рабочие места, систему управления складом с диспетчерским пультом. Заготовки хранятся в ячейках склада на поддонах, с которых они снимаются краном-оператором. Для подготовки баз используют фрезерный станок.

Подсистема управления построена по иерархическому принципу, т. е. каждый агрегат может управляться как от автономного устройства (нижний уровень), так и централизованно от главного компьютера (верхний уровень), что позволяет повысить эффективность и надежность управления.

Для закрепления деталей на столах станков использованы стальные плиты-спутники, на которых монтируется унифицированная крепежная оснастка. Полный комплект оснастки позволяет собрать около 400 типов крепежных приспособлений. Сборка приспособлений на плитах-спутниках производится вне станочной системы в специальном отделении приспособлений.

Для хранения, комплектации и настройки режущего инструмента также предусмотрено специальное инструментальное отделение, расположенное вне станочной системы. Участок оснащен комплектом из 190 наименований режущего и 90 наименований вспомогательного инструмента. Работа станочной системы участка АСК-10 с использованием описанного выше оборудования осуществляется по принципу склад - станок - склад, что обеспечивает автономность работы и оптимальную загрузку каждого станка. Заготовки на поддонах по командам с диспетчерского пульта склада краном-оператором подаются к рольганговым станциям, расположенным в зоне загрузки станков. Затем краном-манипулятором оператор снимает заготовку с поддона и устанавливает ее в приспособление на плите-спутнике. Далее процесс осуществляется автоматически. Затем деталь перемещается на склад в обратном направлении.

Рассмотренная станочная система обеспечивает точность межосевых расстояний в пределах 0,02 мм, отклонения от параллельности и перпендикулярности плоскостей 0,01- 0,02 мм, отклонение от круглости и конусообразность отверстий 0,005-0,01 мм, погрешность обработки сложного контура 0,03-0,05 мм.

Опыт эксплуатации участков АСК-10 показал, что производительность труда повышается в 2,5-3,5 раза, число рабочих-станочников уменьшается в 4-5 раз, при этом снижается число единиц станочного оборудования и уменьшается производственная площадь.

Станочная система, входящая составной частью в автоматизированный участок типа АСВ (рис. 2), построена по секционному (модульному) принципу. Каждая станочная секция состоит из двух станков 1 и 2; две секции образуют станочное отделение. Таким образом, станки расположены попарно и перпендикулярно транспортеру-накопителю 3, что позволяет одному транспортеру-манипулятору 4 обслуживать четыре станка. Манипулятор обеспечивает погрузку и доставку на рабочие места тары с заготовками, инструментом и оснасткой.

Рис. 2. Станочная система участка типа АСВ

Примеры станочных секций с использованием роботов различных конструкций приведены на рис. 3. Помимо секций, скомплектованных из токарных станков, можно комплектовать секции сверлильно-фрезерными, многооперационными станками, а также шлифовальными и зубообрабатывающими станками с ЧПУ.

Рис. 3. Роботизированные станочные секции: а - с роботом модели 0; б - с роботом модели 1; 1 - транспортер; 2 - транспортер-манипулятор; 3 - робот модели 0; 4 - УЧПУ робота; 5 - приемные столы для инструмента, оснастки, деталей, заготовок; 6 - тактовый стол; 7 - емкость для сбора стружки; 8 - робот модели 1

В гибких производственных системах основу которых составляют обрабатывающие центры с ЧПУ требуется дополнительное транспортирование инструментальных магазинов из склада-стеллажа, установка их на станок и возврат снятых со станка магазинов на склад. При большом числе инструментов (более 100 шт.), имеющих массивные державки, целесообразна смена только их режущих головок.