Организация и планирование машиностроительного производства
..pdfСхема работы технологического ротора (ТР) приведена на рис. 2.20. ТР представляет собой цилиндр с размещенными на нем рабочими орга нами, каждый из которых представляет собой блок 4, объединяющий ин струмент для выполнения той или иной технологической операции, на пример блок с пуансоном и матрицей, который фиксируется в блокодержателе 5.
В зависимости от характера операции матрица может состоять из од ного, расположенного над заготовкой, инструмента (например, при че канке) или двух (например, при прессовании), находящихся над и под за готовкой. В первом случае ротор называют односторонним, во вто ром — двусторонним.
Вместе с главным валом 1 ротора вращаются и блоки 4 с инструмен том. При прохождении очередным блоком одной из позиций прямо на ходу в него вводится заготовка 6. Далее в течение одного оборота ротора осуществляется полный цикл технологической операции. Например, при высадке за один оборот ротора происходят подача заготовки, смыкание инструмента:собственно высадка, размыкание штампа, выталкивание об работанной детали, снятие ее с ротора. При необходимости продолжения обработки деталь передается на следующий ротор, аналогичный перво му, но оснащенный блоками с инструментом, предназначенным для вы полнения другой технологической операции. И так до тех пор, пока де таль не будет полностью изготовлена или даже смонтирована в собирае мом на роторной линии узле. Инструмент совершает прямолинейное воз вратно-поступательное движение. Хвостовики 3 и 7,например пуансона и матрицы, движутся по копирам, расположенным на соосных ротору не подвижных дисках 2 и 8. Эти копиры и приводят инструмент в движение.
Наряду с рабочими (технологическими) роторами, в которых выпол няются собственно технологические операции, в линии (рис. 2.21) име ются транспортные роторы (ТрР), контролирующие параметры изделий и передающие их с одного рабочего ротора на другой с помощью специаль ных устройств в виде пружин или магнитных захватов.
Продолжительность технологических операций на каждом рабочем роторе может быть различной. Чтобы синхронизировать поток, на рото рах размещают разное число инструментов, т.е. увеличивают или умень шают шаг (расстояние между инструментами). В иных случаях делают роторы разного диаметра. Таким образом, на роторной линии удается осуществлять различные по характеру и длительности операции, объеди ненные в одном потоке, например штамповку и резание, термохимиче скую обработку и сварку, контроль размеров, сборку, упаковку.
К существенным достижениям в разработке АРЛ относятся:
— размещение инструмента и заготовок не в корпусе ротора, а в бло ках, смонтированных на втулочно-роликовой цепи, огибающей два рото-
ТрР, TPi |
ТрР2 |
ТРг ТрРэ |
ТРз ТрР4 ТР4 ТрР5 |
TPs |
ТрРв |
ТРв |
Рис. 2.21. Типовая компоновка технологических (РТ) и транспортных (ТрР) роторов в автоматической линии
ра и образующей как бы транспортный конвейер. В зоне первого ротора выполняются только производственные операции, например штамповка, в конце второго — выталкивание заготовки (детали); такое разделение операции позволило увеличить плотность потока при одновременном уменьшении габаритных размеров роторов;
—размещение цепей с блоками инструмента на разных уровнях (в разных плоскостях) позволяет в ряде случаев передавать заготовку от ин струмента к инструменту. Если это невозможно, в передаче заготовок участвует транспортный ротор;
—появились возможности на определенных участках потока устано вить роторы контроля, роторы смены инструмента, что позволяет значи
тельно эффективнее контролировать геометрические и другие параметры всех без исключения изделий, а также, не останавливая линию, заменять блоки с неисправным инструментом, а при необходимости производить замену всех блоков, перестраивая на ходу АРКЛ на изготовление новой продукции;
— главное преимущество АРЛ и АРКЛ заключается в применении только прогрессивных, малоили безотходных технологий, высокопро изводительного, экономически целесообразного оборудования и техно-
Материал |
АОП |
|
|
A on |
изделия |
|
|
|
|
||
|
A r J I |
АРЛ |
\ ~ ^ \ |
A r J I |
|
|
АРП |
АРП |
|
а) |
БМЗ |
БМЗ |
БМЗ |
Рис. 2.22. Цепочка роторных линий (а) и схема расположения (б) технологи
ческих и транспортных роторов, контрольных КМ, энергетических ЭНМ, кон- трольно-управлнющих КУМ н логических ЛМ машин; БМЗ — бункеры межлннейных зкпасов деталей
логической оснастки; коэффициент интенсивного использования каждо го ротора составляет более 90%.
На рис. 2.22, а представлена в общем виде гибкая система роторных машин, предназначенная для выполнения всех операций технологическо го процесса. Система состоит из отдельных подсистем АРЛ. Число техно логических операций, выполняемых на АРЛ, обусловлено спецификой и требованиями принятого технологического процесса. Между соседними АРЛ устанавливают бункеры межлинейных запасов объектов обработки.
Структурная схема каждой АРЛ, представленная на рис. 2.22, б, включает:
—технологические (рабочие) машины, выполняющие обработку пу тем воздействия инструмента или среды на объект обработки; при обра ботке могут быть изменены как геометрические параметры, так и физи ко-химические свойства объектов;
—транспортные машины, осуществляющие передачу, изменение ориентации и плотности потока объектов обработки;
—контрольные машины, обеспечивающие сплошной или выбороч ный контроль объектов обработки;
—энергетические машины, предназначенные для преобразования энергии и движений, создания технологических сред и полей;
—контрольно-управляющие машины, корректирующие технологи ческие параметры процессов обработки и осуществляющие рассортиров ку потока объектов обработки;
—логические машины, предназначенные для принятия решений о частичном отказе от подачи объектов на вход роторной линии, о смене инструмента на основании анализа результатов контроля объектов обра ботки, о коррекции работы аппарата и т.п.
Технологические, транспортные и контрольные машины образуют автоматические роторные линии. Энергетические (ЭНМ), контроль но-управляющие (КУМ) и логические машины могут быть частью АРЛ или цеха-автомата, оснащенного системами роторных машин. Работа пе речисленных машин взаимосвязана:
—ЭНМ преобразуют электрическую энергию в механическую, необ ходимую для выполнения технологических операций и транспортного вращения роторов;
—прямые связи КУМ предназначены для управления (коррекции) технологических параметров процессов обработки; обратная связь уста
навливает возникающие отклонения от допусков на геометрические па раметры и физико-химические свойства объектов обработки; источни ком информации служат контрольные роторы;
— прямые и обратные связи ЛМ и КУМ обеспечивают принятие ло гических решений по собранной и систематизированной информации, например, решение об отказе от подачи объектов на выход одного канала роторной линии, принимаемое автоматическим запоминателем при трех кратном появлении брака в упомянутом канале.
Основным условием объединения технологических, транспортных и контрольных машин в многоканальную часть АРЛ является равенство цикловых производительностей: ПЦ1= Пц2 = ... = Пщ = ... = Пцщ, которое применительно к машинам параллельного действия с непрерывным транспортированием предметов обработки можно заменить двумя равен ствами (индексы «р» и «х» соответствуют рабочему и холостому ходам):
|
|
U P2 |
|
_ |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
= |
II |
I |
||
|
|
|
|
|
|
|||
’ xl |
* р 2 |
* х 2 |
t p i + t xi |
t o » |
+ t , m |
|||
pm |
xm |
|||||||
|
|
> |
|
|
> |
_ |
V Tpm |
|
|
|
\ % 1 |
|
|
1 * 1 |
|
||
|
II |
II |
II |
II |
|
|
||
h , . |
|
h p 2 |
|
|
к |
|
h pm |
’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
где Up* — число гнезд (инструментов, захватов, комплектов измеритель ных преобразователей) в i-й машине; tpj., — длительности рабочих и холостых ходов инструментов в i-й машине; m — число машин парал лельного действия в многоканальной части АРЛ; v^j — транспортная
скорость потока предметов обработки в i-й машине; hpj — шаг располо жения гнезд в i-й роторной машине.
В общем случае различная физическая сущность обработки (инстру ментом или средой) обусловливает разную длительность рабочих и холо стых ходов:
tpl Ф tp2 ^ |
^ tpj ^ ... Ф tpm; txi Ф tjt2 Ф ... Ф txi Ф ... Ф turn. |
|
Если при выполнении приведенных неравенств периоды кинема |
||
тических циклов оказываются равными: TKi = Тк2 = |
= Т» - ... Т„п |
или tpi + txl = tp2+tx2= ••• =tpi + txi = ... = tpm + txm, то структура АРЛ из машин параллельного действия является сравнительно простой. Когда
tpi + txi * tp2+tx2 Ф ... Ф tpj+ ^ Ф ... Ф tpm + txm, равенство цикловых произво дительностей в любой точке потока предметов обработки можно обеспе чить только применением сложных конструкций бункеров межмашин ных запасов, которые должны объединять и разделять потоки продукции.
Отличительной особенностью АРЛ является то, что соблюдения ра венства цикловых производительностей при таких ограничениях, как неравенство кинематических циклов, можно достичь объединением (компоновкой) в линию технологических машин с разным числом гнезд: Upi Ф Up2 Ф ... Ф Upj / ...Ф Upm и шагом их расположения: hpi * h p 2 * ... *ЬР; Ф Ф ...Ф hpm. Соблюдение указанных ограничений при постоянной цикло вой производительности приводит к возможности изменения линейной скорости потока предметов обработки в соседних роторах в определен ных пределах: Ф у ^ г * ••• * * Ф \ wm.
Классификация АРЛ, АРКЛ и роторов по конструктивно-технологи
ческим признакам приведена в табл. 2.4, 2.5 и 2.6. |
|
Таблица 2.4. Классификация АРЛ и АРКЛ |
|
Признаки |
Линии |
Вид технологии |
С единой или сходными технологиями |
Поточность |
Одноили многопоточное |
Вид потока |
С независимыми или зависимыми потоками |
Тип потока |
С неветвящимся или ветвящимся потоком |
Структура потока |
С синхронными или несинхронными потоками |
Характеристика потока |
С постоянной и переменной скоростью потока |
Состав линий |
Из роторных автоматов или ротоконвейерных автоматов |
Степень универсально |
Из агрегатированных или специализированных автоматов |
сти автоматов линии |
|
Номенклатурность |
Одноили многономенклатурная (многопредметная) обра |
|
ботка |
Гибкость |
Непереналаживаемые или переналаживаемые |
Структура линии |
Без межучастковых запасов или с ними |
Признаки |
Линии |
Вид транспорта |
Бесспутниковые или со спутниками |
Наличие роботов |
Нет или есть |
Внутреннее управление |
Без программного управления или с ним |
Внешнее управление |
Не включенные или включенные в АСУ предприятия |
Таблица 2.5. Классификация технологических роторов (ТР)
Признак |
|
Технологический ротор |
|
|
Назначение |
|
Обработки давлением |
|
|
|
|
Обработки резанием |
|
|
|
|
Термообработки |
|
|
|
|
Химической обработки |
|
|
|
|
Нанесения покрытий |
|
|
|
|
Промывки |
|
|
|
|
Контроля |
|
|
|
|
Сборки |
|
|
|
|
Лужения и пайки |
|
|
|
|
Расфасовки |
|
|
|
|
Комплектации (упаковки) |
|
|
Способ воздействия |
на поток |
Инструментальной |
обработки (блочный вариант) |
|
деталей |
|
Аппаратной обработки (безблочный |
вариант) |
|
Номенклатурность потока |
Одноили многопредметной обработки |
|||
Привод инструментов |
Механический |
|
|
|
|
|
Гидравлический |
|
|
|
|
Электромагнитный |
|
|
|
|
Комбинированный (гидромеханический, электроме |
||
|
|
ханический и др.) |
|
|
Способ размещения |
привода |
С одноили двусторонним приводом |
||
Ярусность |
|
Одноили многоярусный |
|
|
Расположение оси |
ротора в |
С вертикальной, горизонтальной или наклонной |
||
пространстве |
|
осью |
|
|
Положение инструментально |
С параллельными или скрещивающимися осями |
|||
го блока относительно оси ротора |
блоков |
|
|
|
Таблица 2.6: Классификация транспортных роторов (ТрР) |
||||
Признаки |
|
Транспортный ротор |
|
|
Плотность потока |
|
Обеспечивающий |
постоянную или |
переменную |
|
|
плотность потока |
|
|
Высота траектории |
потока |
Не изменяющий и изменяющий высоту траектории |
||
Ориентация деталей |
|
потока |
|
|
|
Не изменяющий и изменяющий пространственную |
|||
Скорость потока |
|
ориентацию детали |
|
|
|
Не изменяющий и изменяющий скорость потока |
Выбор компоновочной схемы АРЛ имеет большое значение при опре делении ее стоимости, затрат на монтаж, эксплуатационных расходов и оценке удобства обслуживания. При этом необходимо решить следую щие задачи:
• выбор оптимального числа гнезд или инструментальных блоков в технологических роторах и числа роторов в линии;
•выбор способа передачи обрабатываемых деталей между роторами
иконструкций транспортных устройств;
•рациональное размещение технологических и транспортных рото ров с учетом условий ремонта, обслуживания, технологической совмес
тимости и конструктивной целесообразности;
• разделение технологического процесса на группы, соответствую щие участкам линий, с учетом возможности обеспечения максимального коэффициента технического использования каждого участка линии;
•выбор места размещения, объема, условий хранения и транспорти рования межучастковых заделов обрабатываемых деталей;
•технико-экономическое обоснование вариантов компоновок АРЛ. При выборе компоновки автоматических линий на базе роторных и
роторно-конвейерных машин необходимо определить: тип технологиче ской машины, входящей в автоматическую линию; тип, конструкцию и место установки транспортно-питающих и передающих устройств в ав томатической линии; тип привода технологических и транспортных дви жений; тип и конструкцию станин и т.д.
Опыт показал, что наиболее рациональным является применение АРЛ для изготовления малогабаритных изделий простой формы, напри мер круглого сечения, когда для осуществления технологических опера ций и переходов инструменту достаточно сообщить возвратно-поступа тельное и вращательное движение или когда технологическая обработка осуществляется перемещением рабочей среды (нагрев, окраска, напыле ние и т.п.) в направлении непрерывно движущегося потока деталей. Наи менее целесообразно применение АРЛ при обработке резанием, так как в этом случае требуется высокая жесткость системы привода рабочего дви жения при низкой надежности технологического процесса. Особенно ра ционально применение АРЛ в следующих случаях:
— при производстве штампованных деталей в машино- и приборо строительной, электро- и радиотехнической, автотракторной и других от раслях промышленности, в которых обработка давлением перемежается с термической и химической обработкой, операциями сборки и контроля, т.е. когда в структуре технологического процесса сочетаются различные по физической сущности операции;
—при производстве изделий прессованием и спеканием, методами порошковой металлургии;
—при изготовлении брикетов и таблеток для химико-фармацевтиче
ской и пищевой промышленности;
—для выполнения сборочных операций: монтажа, запрессовки, упа ковки, заливки, а также комплектации готовых изделий в тару и расфа совки сыпучих и жидких материалов;
—для проведения термических, термохимических операций, таких
как нагрев, отжиг, травление, закалка, сушка, промывка и др.;
— для выполнения контроля геометрических размеров и физико-хи мических параметров как отдельных деталей, так и готовых изделий.
Задача конструктора значительно облегчается вследствие возможно сти варьирования функционально-производственных схем роторных ма шин. При заданных для проектирования технологических, конструктор ских и экономических параметрах всегда можно осуществить поиск оп тимального варианта из ряда конкурирующих решений. Роторные авто матические линии могут объединять разнохарактерные основные и вспомогательные операции, а при 10... 12 роторных машинах в одной ли нии достигать коэффициента технического использования, равного 0,75...0,85.
Роторные автоматические линии можно широко применять для про изводства различных номенклатур по сходным технологическим процес сам. Промышленное использование многономенклатурных АРЛ и АРКЛ позволяет обеспечить равномерный выпуск изделий каждой номенклату ры, при этом не требуется переналаживать линии с одной номенклатуры на другую.
Организационно-технологические особенности робототехнических комплексов
Робототехнические комплексы (РТК) представляют собой воплощение новых типов систем машин, возможных при широком при менении промышленных роботов (ПР), обеспечивающих комплексную автоматизацию транспортно-разгрузочных работ и технологических про цессов в многономенклатурном производстве. В РТК роботы позволяют решать проблему комплексной автоматизации любого типа современно го производства благодаря присущим им автоматичности, высокой на дежности, универсальности и способности быстрой переналадки для вы полнения различных по характеру и назначению операций и процессов.
Под роботизированным технологическим комплексом понимается совокупность основного технологического оборудования, роботов и средств оснащения. В качестве основного технологического оборудова ния могут использоваться станки, прессы, сварочные автоматы, измери
ло
тельные машины и роботы. Средствами оснащения (или вспомогатель ным технологическим оборудованием) могут быть устройства накопле ния и ориентации деталей, тактовые столы, магазины для хранения смен ных схватов роботов и другие устройства, обеспечивающие нормальное протекание основного технологического процесса.
Состав оборудования в РТК строго не регламентирован и определяет ся его функциональным назначением (обычно общее количество станков и роботов не превышает 5 единиц).
Факторы, предопределяющие применение ПР и РТК, разнообразны и многочисленны. К наиболее типовым факторам для машиностроительно го производства могут быть отнесены:
•утомительные, вредные, физически тяжелые и опасные для жизни ручные операции, механизация и автоматизация которых традиционны ми методами невозможна;
•погрузочно-разгрузочные и другие вспомогательные ручные опера ции, выполнение которых ограничено быстродействием рук рабочего, быстрой его утомляемостью;
•высокий уровень стандартизации, взаимозаменяемости и конструк тивной преемственности элементов (модулей), из которых при мини мальном количестве оригинальных элементов разного назначения могут компоноваться экономически целесообразные ПР и РТК на участках и поточных линиях;
•переоснащение производства в целях его интенсификации, дости
гаемое прежде всего за счет широкого использования ПР и РТК;
•научно обоснованная классификация изготовляемых предприятием заготовок, деталей, узлов и изделий по конструктивно-технологическим признакам, являющаяся основой разработки типовых техпроцессов, ко торые могут обеспечить стабильность функционирования ПР и РТК при выполнении месячных и сменно-суточных заданий;
•необходимость повысить качество изготовляемых изделий, увели чить объем их выпуска, сократить затраты времени на единицу изделия за
счет высоких технико-экономических показателей ПР и РТК;
• снижение уровня производственного травматизма и профессио нальных заболеваний.
Приведенный перечень не охватывает всего разнообразия факторов, однако очевиден тот факт, что организация роботизированного производ стве является сложной комплексной задачей, включающей создание от дельных ПР, конструктивно-технологической систематизации роботизи рованных объектов и разработку процессов роботизированных комплек сов.
Основными структурными единицами роботизированного производ ства являются ПР. Поэтому решаются вопросы прежде всего создания технически прогрессивных и экономически целесообразных ПР. Роботы первого поколения (автоматические манипуляторы) выполняют работу по заранее заданной жесткой программе; ПР второго поколения оснаще ны системами адаптивного управления, представляемыми различными сенсорными устройствами (техническое зрение, очувственные схваты и т.д.) и программами обработки сенсорной информации; ПР третьего по коления обладают искусственным интеллектом, позволяющим им выпол нять самые сложные функции при замене в производстве человека.
Роботы и средства оснащения выбираются, во-первых, таким обра зом, чтобы обеспечить оптимальные условия функционирования основ ного оборудования с учетом типа, количества его и характера выполняе мых технологических операций; во-вторых, достигнуть высокого качест ва работ, выполняемых собственно ПР в той или иной системе машин. Значительная часть ПР выполняет основные технологические операции дуговой и контактной сварки, сборки, окраски поверхности и т.д. (удель ный вес технологических роботов составляет примерно 60%).
Исключительно важна роль ПР в автоматизации вспомогательных операций. В системах машин они выполняют транспортно-загрузочные и транспортно-промышленные работы.
Автоматизируя выполнение вспомогательных производственных
функций, роботы объединяют оборудование в единые системы машин,
обладающих гибкостью, универсальностью, достаточной надежностью в эксплуатации, быстрой переналаживаемостью. Это является основой принципиальной новизны процесса роботизации производства. Простей ший тип РТК является основой разработки более крупных РТК, таких как роботизированный технологический участок (РТУ), роботизированная технологическая линия (РТЛ), роботизированный цех (РТЦ), состоящий из РТУ, РТЛ и транспортно-промышленных роботов; роботизированный завод (РТЗ), объединяющий перечисленные выше структурные подразде ления в единую комплексную систему машин многофункционального на значения с использованием автоматизированных транспортно-накопи тельных устройств, систем дистанционного управления и т.д.
На рис. 2.23 представлены схемы обслуживания ПР технологическо го оборудования.
1. Один ПР обслуживает одну единицу оборудования (рис. 2.23, а). Применение этого простейшего РТК целесообразно как на коротких (не сколько секунд, например при штамповке), так и на продолжительных (несколько минут при сборке, окраске и т.д.) операциях.
2. Один робот обслуживает несколько единиц технологического обо рудования. Применение этого РТК возможно в двух вариантах: