1. Разновидности автоматических линий по основным признакам

1.1 По характеру перемещения деталей между станками

- С параллельным движением деталей, когда линия состоит из одинаковых станков, выполняющих одну и ту же операцию, а деталь движется в несколько потоков. Эти линии применяются только в тех случаях, когда детали выпускаются очень большими количествами, а сами станки не обеспечивают нужной производительности.

- Линии последовательного действия – линии, состоящие из различных станков, настроенных каждый на отдельную операцию, деталь проходит через все станки автоматической линии, значит такой технологический процесс отличается большей сложностью. Недостатки: Неполная загрузка станков, т.к. различные станки линии работают различное время.

- Комбинированные автоматические линии (линии с ветвящимся потоком). Их особенность: Они сочетают последовательное и параллельное соединение станков, причем параллельное соединение выполняется в том случае, когда длительность обработки на данном станке кратна длительности обработки предыдущего станка.

1.2 По характеру связи между станками

- Автоматические линии с жесткой связью между станками – все детали в такой линии проходят обработку за одинаковое время и одновременно передаются с каждого станка на последний станок. Эта передача деталей производится на одинаковое расстояние, называется шагом автоматической линии.

Преимущества: Простота автоматической линии и ее невысокая стоимость

Недостатки: Такие линии обладают низкой надежностью работы, т.к. при выходе из строя одного из станков все последующие станки не будут работать.

- Автоматические линии с гибкой связью между станками. Гибкая связь реализуется с помощью устройств специального назначения, называемых накопителями, которые обеспечивают продолжение работы всей автоматической линии, находящейся за отказавшим станком, т.к. питание ее заготовками осуществляется из этого накопителя. Емкость накопителя является его важнейшей характеристикой и рассчитывается исходя из времени, необходимого для восстановления работоспособности линии. В зависимости от сложности деталей и их габаритов расчетное время может составлять от 0,5 до 1 часа. Накопитель, израсходующий заготовки, пополняется в конце смены.

Недостатки: Существенное усложнение автоматической линии, ее удорожание.

- Линии, расчлененные на участки – кол-во станков на участке не ограничено, они объединяются в участок по технологическим признакам.

1.3 По степени переналаживаемости станков

- Жесткие линии прим. в условиях массового пр-ва.

- Гибкие линии или многономенклатурные – для обработки нескольких типов деталей с помощью переналадки оборудования.

2.Разновидности автоматических линий по конструктивно-компоновочным признакам

1. по степени совмещения обработки с транспортированием: стационарные, роторные, цепные.

2.2 по составу оборудования: агрегатные, специальные, специализированные

2.3 по количеству потоков: однопоточные, многопоточные

2.4 от зависимости потоков: с зависимыми и независимыми потоками

2.5 по степени переналадки: переналаживаемые, не переналаживаемые

2.6 по компоновке оборудования: линейная, кольцевая, прямоугольная, зигзагообразная, z-образная

2.7 по расположению оборудования относительно транспортирования потока: поперечные, продольные, угловые

Целевыми называют механизмы, предназначенные для выполнения отдельных элементов технологического процесса и частных движений рабочего цикла на автомате и автоматической линии. Целевые механизмы автоматов и автоматических линий увязываются в пространстве и времени для осуществления рабочего цикла без участия человека.

Целевые механизмы можно разбить на две группы:

1) целевые механизмы рабочих ходов;

2) целевые механизмы холостых ходов.

К первой группе относятся целевые механизмы, выполняющие операции по обработке данного материала и обеспечивающие рабочие движения материалов и рабочих органов: суппорты одношпиндельных и многошпиндельных автоматов, силовые головки, различные приспособления.

Ко второй группе относят целевые механизмы, выполняющие все холостые операции, не связанные с непосредственной обработкой изделий и обеспечивающие подготовку для совершения рабочих ходов: механизмы загрузки, зажимные устройства, механизмы поворота и фиксации, транспортирующие устройства. 

Силовые головки предназначены для сообщения режущим инструментам главного вращательного движения и движения продольной подачи. Они являются основными исполнительными механизмами агрегатных станков и автоматических линий. В зависимости от расположения привода подач силовые головки могут быть самодействующими и несамодействующими. В самодействующих силовых головках привод вращения и привод подач встроены в головку. В несамодействующих головках привод подач расположен вне головки, и силовая головка обычно устанавливается на силовом столе, который подключается к насосной станции станка или имеет самостоятельный привод.

Вибрационные загрузочные устройства входят в состав бункерных механизмов питания. Они используются для подачи деталей различной конфигурации и размеров. Проектирование вибрационных загрузочных устройств связано с определением оптимальных режимов движения заготовок по лотку, амплитуды колебания лотка, угол наклона подвесок, требуемое усилие электромагнитов вибраторов и др.

Кулачково – роликовые механизмы получили применение в автоматах для поворота каруселей (столов) многопозиционных неметаллорежущих автоматов с большим числом позиций.

Мальтийские механизмы получили широкое применение в станках – автоматах для периодического поворота шпиндельных блоков, револьверных головок, поворотных столов и других узлов. Наиболее широко применяются мальтийские механизмы с внешним и внутренним зацеплением, которые поворачивают узел автомата на равные углы с постоянной продолжительностью периодов простоя и движения.

Транспортно-накопительная система (ТНС) функционально связана с конкретной ГПС в целях обеспечения ГПС заготовками, инструментами и др., а также эвакуации из системы обработанных деталей, заменяемых инструментов и приспособлений, стружки. ТНС реализует связь между станками, подающими устройствами, контрольно-измерительным оборудованием и складом, что позволяет полностью автоматизировать производственный цикл обработки деталей. ТНС, являясь одной из основных подсистем ГПС, в значительной степени определяет технический уровень системы и ее компоновку. От работы ТНС во многом зависит надежность ГПС, ее бесперебойная работа и оптимальная загрузка оборудования.

Транспортирование деталей в ТНС может осуществляться с помощью ПС и без ПС (в лотках, поддонах, кассетах). Использование ПС хотя и удорожает стоимость ТНС, но в то же время упрощает автоматизацию смены заготовок благодаря единству установочных баз ПС. Транспортирование деталей без ПС применяют обычно при ручной смене деталей (на столе станка) или при обработке большого числа изделий одного наименования.

Различают две основные компоновки ТНС:

1. линейную; 2. замкнутую.

Выбор компоновки определяется траекторией движения деталей в горизонтальной плоскости. Помимо главных движений в ряде случаев предусматривают дополнительные пути.

Преимуществом замкнутой ТНС (по сравнению с линейной) является то, что загрузочная позиция в ней может быть совмещена с разгрузочной, вследствие чего отпадает необходимость в дополнительной транспортной линии для возврата ПС.

Накопление деталей в ТНС может быть:

1. централизованным; 2. децентрализованным (на отдельных рабочих позициях).

В центральном накопителе (складе) хранят заготовки, готовые детали и полуфабрикаты. Если ГПС определенное время (например, в ночную смену) функционирует без вмешательства обслуживающего персонала, то предусматривается определенный задел заготовок. Центральный накопитель связан со всеми рабочими позициями, а децентрализованные станочные накопители связаны с отдельными станками и позволяют компенсировать разницу между временем транспортирования и временем обработки деталей.

ТНС может иметь один центральный склад (для заготовок и деталей) или два таких склада (один для заготовок, а второй для готовых деталей); в первом случае экономится производственная площадь, но в то же время усложняется система управления.

Связь центрального склада с технологическим оборудованием бывает прямая (используется в ГАЛ) и непрямая (используется в ГАУ): в первом случае детали транспортируются непосредственно из склада (через главную транспортную магистраль) к станкам и передаются от станка к станку (через ответвления транспортной магистрали, используемые так же как промежуточные накопители), минуя склад; во втором случае деталь после обработки на каждом из станков возвращается на центральный склад, который осуществляет связь между станками.

Конструкция склада зависит от таких факторов, как масса транспортируемых деталей, конструкция подающих устройств и др. Наибольшее распространение получили склады типа стеллажей. Такие склады могут быть многоярусными (что экономит производственную площадь) и одноярусными (используемыми в основном для хранения тяжелых корпусных деталей).

Процесс стружкоудаления состоит из следующих этапов: удаление стружки из зоны резания, удаление стружки со станка, удаление стружки от группы станков, сбор стружки и ее переработка.

Существуют следующие способы удаления стружки со станка:

- механический с помощью конвейеров, скребков, автооператоров, щеток

- гравитационный, при котором стружка подается на наклонные поверхности приспособления и станков, а затем сваливается на конвейер под станками;

- смывание стружки струей эмульсии,

- отсасывание стружки сжатым воздухом;

- удаление стружки электромагнитом.

Возможны случаи комбинированного использования рассмотренных способов. Чугунную стружку чаще всего удаляют гравитационным способом или отсасыванием сжатым воздухом. При смывании стружки струей эмульсии рабочую зону станка заключают в камеру, что позволяет по окончании обработки кратковременно подать обильное количество СОЖ (150-300 л/мин), смыть всю стружку с детали, спутника и стола станка, обеспечив тем самым надежную и точную установку последующего спутника с деталью.

Проблема удаления стружки связана с обеспечением надежного ее дробления.

К основным способам дробления стружки относят: кинематический, применение стружколомов на режущем инструменте, подбор соответствующих режимов резания и геометрии режущей части инструмента, внесение специальных добавок в обрабатываемый материал.

На станках с ЧПУ используют программное прерывание подачи. Для дробления витой стружки применяют стружколомы, представляющие собой пневматические вибраторы, колеблющиеся с амплитудой 0,4 мм и частотой 1000—2400 мин^-1 в направлении подачи инструмента. К недостаткам рассмотренных способов относят снижение стойкости инструмента и ухудшение качества обработанных поверхностей.

В условиях небольших цехов непоточного производства при обработке заготовок из различных материалов, которые нельзя смешивать, эффективным является сбор ее в расположенные около станков специальные емкости, которые периодически удаляются внутрицеховыми транспортными средствами. Количество удаляемой стружки определяется как разность между массой заготовок и готовых деталей.

В непоточном производстве средний процент отходов в стружку составляет около 15 % от массы готовых деталей. Комплексная система транспортирования стружки представляет собой совокупность линейных и магистральных конвейеров, предназначенных для сбора и подачи стружки от станков к участку переработки стружки. Ее применяют на производственных площадях более 3000 м² с выходом стружки более 600 кг/ч.

Для исключения смешивания стружки различных материалов используют следующие мероприятия: группируют станки на участках в соответствии с материалом обрабатываемых заготовок, сбор стружки по сортам в разные смены, использование автономных бункеров для сбора стружки.

При выборе средств удаления стружки учитывают нормы количества стружки, получаемой от одного типа станков.

Автоматизированные системы управления в производственном процессе, их классификация.

Классификация СУ.

Системы автоматического управления обеспечивают работу оборудования по заранее заданной программе.

СУ автоматами могут различаться по признакам:

- по принципу синхронизации;

- по степени централизации управления;

- по методу воздействия;

- по числу управляемых координат;

- по виду программоносителя;

- по наличию или отсутствию обратной связи и т.п.

СУ бывают централизованными и децентрализованными.

У централизованной СУ весь технологический цикл управляется с центрального командного устройства (командоаппарата, пульта, распредвала и т.п.) независимо от действия и положения исполнительных органов. Особенности централизованной СУ:

- продолжительность рабочего цикла для каждого исполнительного органа, является как правило величиной постоянной;

- простота схем управления;

- надёжность в работе;

- удобство обслуживания и наладки;

- необходимость иметь дополнительные предохранительные устройства, т.к. команды с центрального командарного пункта подаются внезависимости от действия и положения исполнительных рабочих органов.

Особенности децентрализованной системы управления:

- осуществляют управление при помощи датчиков (чаще всего конечных выключателей и путёвых переключателей) включаемых движущимися исполнительными рабочими органами с помощью упоров;

- исполнительные органы связаны между собой так, что каждое последующее движение одного может происходить после окончания движения предыдущей;

- отсутствие сложной блокировки, т.к. команды подаются только после окончания предыдущей операции;

- датчики расположены в рабочей зоне оборудования и нередко выходят из строя из-за попадания стружки, пыли, масла и выдают неправильные команды вследствие короткого замыкания.

Наиболее важным и характерным признаком любой СУ программного управления является способ задания программы обработки или движения, т.е. от программоносителя:

- СУ упорами;

- СУ копирами;

- СУ распредвалом;

- система циклового программного управления( упоры, коммутаторы, штекерное табло);

- система числового прграммного управления ( перфокарта, перфолента, магнитные ленты, ленты, барабаны ).

Наиболее высокой надёжностью обладает СУ распредвалом. Она представляет собой пример централизованной, разомкнутой системы управления без обратной связи; обеспечивает надёжную и точную синхронизацию всех движений рабочего цикла любой сложности.

Однако она имеет недостатки так, например:

- жёсткое программирование снижает гибкость оборудования, повышает сложность переналадки;

- большие затраты на изготовление новых кулачков – программоносителей и т.д.

Первые системы числового программного управления на электронных лампах были недостаточно надёжны и совершенны.

Современные системы ЧПУ на больших и сверхбольших интегральных схемах увеличивают надёжность и обеспечивают высокую гибкость технологических процессов и быструю переналадку при замене обрабатываемых деталей.

В зависимости от решаемых технологических задач системы ЧПУ делятся на четыре вида:

- позиционные управления положением;

- прямоугольные системы управления рабочими перемещениями;

- непрерывные контурные СУ;

- комбинированные (контурно - позиционнные) СУ.

Основой систем цифрового программного управления является следящий привод, который состоит из:

- устройства управления;

- преобразующего устройства;

- исполнительных двигателей;

- усилителя;

- устройства сравнения.

Процесс автоматического сложения заключает сведения к нулю ошибки рассогласования.

Определения и основные понятия, относящиеся к гибкому производству. Степень автоматизации. Степень гибкости и уровень интеграции гибких производственных систем.

ГПС – совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, робототизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервале времени, обладающую свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

Основными характеристиками гибкого производства являются - степень автоматизации, степень гибкости и уровень интеграции.

Степень автоматизации - это показатель, равный отношению объёмов работ, выполняемых без участия и с участием человека, или соотношение времени "безлюдной" работы и времени работы системы, когда требуется какое-либо участие человека. Этот показатель включает и степень надёжности работы системы, которая определяется соотношением времени работы и простоев системы, вызванных отказом оборудования, систем управления, ЭВМ и других компонентов системы.

Степень гибкости - это фактически мобильность, определяемая объёмом затрат, с которыми можно перейти на выпуск новой продукции, а также разнообразием номенклатуры изделий, обрабатываемых одновременно или поочерёдно.

Уровень интеграции - это показатель количества различных производственных задач, функций, которые увязываются в единую систему и управляются центральной ЭВМ. Это - конструирование, технологическая подготовка производства, обработка, сборка, контроль, испытания, делопроизводство, ремонт и содержание оборудования и др.

Основные понятия и определения, относящиеся к ГПС, содержаться в ГОСТ 26228-90 "Системы производственные гибкие. Термины и определения, номенклатура показателей".

Под гибкостью станочной системы понимают ее способность быстро перестраиваться на обработку новых деталей в пределах, определяемых техническими возможностями оборудования и технологией обработки группы деталей. Высокая степень гибкости обеспечивает более полное удовлетворение требований заказчика, оперативный переход к выпуску новой продукции, сохранение оправданного характера мелкосерийного производства, автоматизацию технологической подготовке производства на базе вычислительной техники, снижение затрат на незавершенное производство.

По уровню организационной структуры ГПС квалифицируют:

• гибкая автоматизированная линия (ГАЛ), система в которой производственное оборудование расставлено в последовательности выполняемых технологических операций;

• гибкий автоматизированный участок (ГАУ), система функционирующая по технологическому маршруту в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования оборудования;

• гибкий автоматизированный цех (ГАЦ), система представляющая собой совокупность гибких линий и роботизированных технологических комплексов.

Гибкое автоматизированное производство должно обладать следующими признаками:

1. гибкость состояния системы, то есть способность хорошо функционировать при различных внешних (появление нового ассортимента изделий, изменение технологии и др.) и внутренних (сбои в системе управления станками, отклонения во времени и качестве обработки и т.д.) изменениях;

2. гибкость действия, то есть обеспечение возможности легко включать в систему новые станки и инструменты для увеличения ее мощности в связи с увеличением объема производства;

3. гибкость системы группирования, то есть возможность расширения семейства обрабатываемых деталей;

4. гибкость технологии, определяющая способность системы учитывать изменения в составе выполнения технологических операций;

5. гибкость оборудования, которая характеризуется способностью системы справиться с переналадками в станках;

6. гибкость транспортной системы, выражающаяся в бесперебойной и оптимальной загрузке металлорежущего оборудования по определенной, наперед заданной стратегии управления;

7. гибкость системы обеспечения инструментом;

8. гибкость системы управления, обеспечивающая наиболее рациональное построение маршрутов обработки и транспортных потоков с точки зрения различных критериев;

9. организационная гибкость производства, заключающаяся в возможности простого и незамедлительного перехода на обработку любой из освоенных системой деталей.

Основными компонентами ГПС являются: гибкий производственный модуль (ГПМ), автоматические складская и транспортная системы (АСС и АТС) и система автоматизированного управления.

Гибкий производственный модуль должен выполнять в автоматическом режиме следующие функции:

1. переналадку на изготовление другого изделия;

2. установку изделий, подлежащих обработке в технологическом оборудовании, и выгрузку готовых изделий;

3. очистку установок от отходов производства;

4. контроль правильности базирования и установки обрабатываемого изделия;

5. контроль рабочих сред и средств, осуществляющих обработку, а также формирование корректирующих воздействий по результатам контроля;

6. замену средств обработки и рабочих сред;

7. контроль параметров, обрабатываемого изделия и формирование корректирующих воздействий по результатам контроля;

8. автоматическое управление технологическим процессом на основе принятых критериев эффективности;

9. связь с верхним уровнем управления с целью обмена информацией и приема управляющих воздействий;

10. диагностику технического состояния и поиск неисправностей.

ГПС связаны с изготовлением конструктивно и технологически однородной продукции в подетально-специализированных (предметно-замкнутых) производственных подразделениях. Внедрение ГПС повышает производительность труда в 5 раз, позволяет сократить время производственного цикла в 6 раз, сроки и затраты на освоение новых видов изделий – в 2 раза. Однако эта выгода может быть получена при условии рациональной организации производства, труда и управления при использовании ГПС. Простои по организационным причинам в 3 – 5 раз превышают простои по техническим причинам. Значительная часть их не обеспечивает комплексную автоматизацию производства и внедрение в полном объеме «безлюдной» технологии.

Гибкость бывает разной степени. В зависимости от номенклатуры продукции, обрабатываемой на протяжении года и стабильности производственной программы: мало адаптивные (крупносерийное производство); средней гибкости (мелко серийное и серийное производство); большой гибкости (мелко серийное и единичное производство).

По конструктивно-технологическим признакам:

- гибкие автоматизированные линии с предметно-замкнутым циклом обработки, оборудование которых связано общим ритмом работы по жесткому технологическому маршруту (крупно серийное и средне серийное производство);

- гибкие автоматизированные участки, в которых оборудование связано общим ритмом работы в принятой последовательности технологического маршрута (мелко серийное и средне серийное производство);

- ГАУ, где оборудование или его группы работают в автономном режиме и не связано общим ритмом работы (единичное, мелко серийное и средне серийное производство).

Все перечисленные характеристики в значительной степени определяют организацию труда, производства и управления, содержание труда и профессионально-квалификационную структуру обслуживающего персонала, нормирование труда.

Особенности изменений в содержании труда работников. Изменения таковы:

- уменьшается, а затем и устраняется непосредственное воздействие работника на предмет труда;

- снижается доля тяжелых, ручных, физических трудовых функций в пользу расчетно-аналитических и контрольно-наблюдательных;

- появляются новые виды труда с ярко выраженным увеличением доли умственного труда. Основными трудовыми функциями становится разработка и программно-математическое обеспечение технологических процессов, а также остаются такие специфические для автоматических линий функции как наладка, контроль за работой оборудования, его техническое обслуживание и ремонт.

- Организация труда персонала ГПС определяется следующими факторами:

- - организационным уровнем ГПС;

- этапом освоения ГПС (пуск, освоение, эксплуатация);

- составом и степенью автоматизации отдельных элементов и систем ГПС;

- типом производства.

Главное требование к организации труда в ГПС – она должна также гибкой или, иначе, адаптивной и обеспечивать эффективное взаимодействие всех подсистем, как предпосылки эффективной работы всей ГПС.

Изменение в характере и содержании труда в значительной мере сказывается на разделении труда, причем на всех его видах: технологическом, функциональном профессионально-квалификационном. Разделение труда основывается на организации и обеспечении рационального использования рабочего времени, оптимальном распределении функций и четкого взаимодействия между работниками, на повышении содержательности и привлекательности труда персонала.

С ростом автоматизации технологическое (операционное) разделение труда утрачивает свое значение. Определяющим видом становится функциональное разделение труда, т.е. распределение функций по обслуживанию систем между исполнителями. Деление рабочих на основных и вспомогательных отсутствует. Вопросы организации труда решаются применительно к функциональным группам. Таких групп рабочих выделяется несколько – это занятие:

- подготовкой производства;

- эксплуатацией оборудования;

- техническим обслуживанием и ремонтом;

- управлением.

Функциональное разделение труда служит основой профессионального разделения труда, так как в соответствии с составом и объемом работ по функциям обслуживания определяется численный и профессиональный состав персонала. Профессиональный состав изменяется в зависимости от уровня автоматизации, структуры ГПС, типа производства. Часто отпадает необходимость в той или иной профессиональной группе работников. Квалификационное разделение труда определяется не сложностью процесса обработки самой детали, а сложностью выполняемых функций по обслуживанию оборудования.

Автоматизированные системы инструментального обеспечения (АСИО).

АСИО должна выключать: контроль поступающего режущего и вспомогательного инструмента; его комплектацию и размерную настройку в сборе с приспособлением для его крепления; доставку настроенного инструмента к станкам; наблюдение за состоянием инструмента при обработке деталей и его своевременную замену.

Контроль размеров в ГПМ осуществляют измерительными головками с шаровыми наконечниками. Головку устанавливают вместо инструмента и задают необходимые перемещения по программе. Головка фиксирует все отклонения измеряемой поверхности от номинального положения. Она может быть использована для контроля правильности установки заготовки и положения режущей кромки инструмента.

Для контроля правильности установки детали на станке используют пневмоизмерительные устройства. Датчики давления срабатывают, если зазор между соплом и поверхностью детали превышает 0,2 мм. Автоматизация закрепления на токарных станках осуществляется применением патронов с механизированным приводом.

Контроль размеров в ГПМ может проводиться также промышленным роботом, оснащенным пневматическими средствами порогового контроля, позволяющими контролировать диаметры деталей тел вращения с точностью до нескольких микрометров. Рука ПРЗ переносит деталь со станка на контрольную позицию. После измерения робот укладывает деталь в поддон, а результаты измерения фиксируются в памяти ЭВМ. В случае необходимости система управления роботом останавливает работу ГПМ.

В ГПС различают входной, межоперационный и выходной контроль. Входной контроль должен установить соответствие поступающих заготовок требованиям их обработки в ГПС. Для автоматического захвата заготовки роботом, зажима ее в приспособлении и правильной укладки на поддоне допуски на размеры, параллельность и перпендикулярность поверхностей должны быть достаточно высокими.

Износ и поломку инструмента контролируют одним из трех способов: измерением силы резания при обработке; измерением износа инструмента контактным или бесконтактным способами.

В первом случае состояние инструмента контролируется по данным измерения силы резания с помощью датчиков, встроенных в суппорт станка под револьверной головкой. Датчик представляет собой пезоэлемент, соединенный с электронным преобразователем. Датчик за 2 мс фиксирует изменение силы резания вследствие поломки инструмента и выдает сигнал в управляющее устройство о прекращении подачи.

Во избежание попадания стружки и СОЖ на системы управления, в загрузочные механизмы и устройства необходимо предусматривать защиту зоны резания. В подавляющем большинстве токарных станков с ЧПУ полностью ограждают зону обработки.

Удаление стружки связано, прежде всего, с необходимостью предварительного ее дробления. К основным способам дробления относятся кинематический, применение стружколомов на режущем инструменте, подбор соответствующих режимов резания и геометрии инструмента. На станках с ЧПУ используется программное прерывание подачи. Стружколомы для дробления витой стружки представляют собой пневматические вибраторы, колеблющиеся с амплитудой 0,4 мм и частотой 20 — 40 Гц в направлении подачи. Раздробленная стружка смывается СОЖ.

Эти способы обладают недостатками. Кинематический и программный способы снижают стойкость инструмента; стружколомы и вариация режимов резания малоэффективны при обработке коррозионно-стойкой и жаропрочной сталей. Эффективное дробление возможно при оптимальном сочетании этих способов. Удаление стружки за пределы станка достигается за счет его компоновки — вертикального и наклонного расположения направляющих станины, применения шнековых, скребковых и других конвейеров.

Система управления ГПС имеет многоуровневую структуру. В нижний уровень входят микропроцессорные устройства управления оборудованием (ГПМ, ПР и др.). Средний уровень составляет мини-ЭВМ. Каждая из них управляет несколькими единицами оборудования и обменивается информацией с ЭВМ нижнего уровня. Функциями ЭВМ среднего уровня являются: координация работы оборудования, оптимизация циклов и процессов, учет результатов функционирования системы, составление УП. Верхний уровень - большая универсальная ЭВМ, связанная с автоматизированной системой управления производством.

Применение на нижнем уровне автоматизированных модулей с гибкой перестраиваемой технологией, ЧПУ типа CNC обеспечивает существенное повышение надежности всей системы за счет полного исключения перфоленты как программоносителя при вводе управляющих программ и передачи управляющих сигналов от ЭВМ по проводам, минуя считывающее устройство ЧПУ. Микропроцессорные системы ЧПУ позволяют унифицировать аппаратные средства ЧПУ для различных групп станков. Так, ЧПУ, специализированным для токарной группы станков, является «Электроника НЦ-31». Им оснащают токарные станки различных типоразмеров, в том числе встраиваемые в ГПС.

Автоматическая смена инструмента на станках может осуществляться заменой инструментального магазина и отдельных инструментов в магазине. Автоматическая замена магазина производится на станках одновременно со сменой номенклатуры детали, что позволяет заранее подготовить необходимый инструмент и расположить его в магазине в определенной последовательности. Время смены магазина инструментов входит в подготовительно-заключительное время изготовления партии деталей. Недостатком этого способа являются потери времени на переустановки, потребность дополнительных производственных площадей, необходимых для размещения склада магазинов инструментов.

Автоматизированная система смены инструментов в магазине станка лишена этих недостатков, так как во время работы станка можно подавать инструмент для очередной детали. При этом подготовительно-заключительное время, связанное со сменой инструмента, минимально.

Автоматизация контрольных операций. Автоматизация транспортно-складских операций в гибком производстве.

Контроль деталей и изделий в автоматизированных системах

В основе мер обеспечения надежной работы автоматизированных систем лежит непрерывный или периодический контроль за ходом технологических процессов, реализуемых в этих системах. Для реализации этих функций в современном производстве используются микропроцессоры, лазерные системы и др.

Контроль - это проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям. Под объектом технического контроля понимаются подвергаемая контролю продукция, процессы ее создания, применения, транспортирования, хранения, технического обслуживания и ремонта, а также соответствующая техническая документация. Следовательно, объектом может быть как продукция, так и процесс ее создания.

Важным условием эффективной работы в автоматизированном режиме и быстрого восстановления работоспособности оборудования является его оснащение средствами диагностики. Контроль в АП может быть межоперационным (промежуточным), операционным (непосредственно на станке), послеоперационным, окончательным. Автоматизированному контролю должны подвергаться все элементы технологической системы: деталь, режущий инструмент, приспособление, само оборудование. Предпочтительными являются методы прямого контроля, хотя методы косвенного контроля шире используются при контроле инструментов, диагностике состояния оборудования.

Контроль в процессе обработки является одной из наиболее активных форм технического контроля, так как позволяет повысить качество выпускаемой продукции при одновременном увеличении производительности труда. Поэтому разрабатываются самонастраивающиеся системы управляющего контроля.

Контроль самонастраивающийся управляющий - это управляющий контроль, при котором на основе информации, получаемой при изменяющихся условиях работы, автоматически изменяются параметры настройки средства контроля до обеспечения заданной точности при произвольно меняющихся внешних и внутренних возмущениях.

Непосредственно на участке механической обработки осуществляют контроль трех видов:

• установки заготовки в приспособление;

• размера изделия непосредственно на станке;

• выходной контроль детали.

Контроль установки заготовки в приспособление может осуществляться на конвейере перед станком или на станке непосредственно перед обработкой. В первом случае могут использоваться датчики положения, расположенные на конвейере, или специальные измерительные установки с роботами. Бесконтактные датчики положения регистрируют отклонение действительного положения измеряемой поверхности от запрограммированного или разность условной базы и измеряемой поверхности (датчики касания).

К бесконтактным датчикам относятся: оптические измерители; лазерные датчики; датчики изображения (технического зрения). Выносной контроль заготовок и деталей в процессе их транспортирования не удлиняет производственного цикла, однако наиболее оперативным является контроль заготовок и деталей непосредственно на станке. При небольшом увеличении длительности обработки он существенно повышает ее качество, активно воздействуя на процесс обработки.

Применение автоматической складской системой в ГПС необходимо для хранения запаса объектов обработки, инструмента, приспособлений, материалов в связи с тем, что при многонаменклатурном производстве невозможно организовать обработку различных партий деталей в едином ритме, подобно автоматическим линиям с жестким циклом.

Автоматическая складская система используется в качестве организующего звена, информационная модель которого может применяться для планирования работы ГПС, так как сменно - суточное задание рассчитывается на основании информации о наличии предметов и средств обработки на складе. Она должна иметь достаточную емкость для обеспечения непрерывности многосменного технологического цикла при рациональном использовании площадей и объемов производственных помещений, обеспечить сохранность обрабатывающих устройств и готовых изделий в заданном ориентировочном положении при операциях приема, хранения и выдачи, а также учет комплектности склада и выдачу информации об этом на верхний уровень управления.

Автоматическая транспортная система, входящая в ГПС, обеспечивает получение из АСС и возврат изделий (полуфабрикатов, материалов, комплектующих изделий, инструмента, технологической оснастки и др.), перемещение их в заданном направлении с заданной скоростью, переукладку с одних транспортных средств на другие, установку на приемные устройства с заданной точностью, транспортировку изготовленных изделий на склад готовой продукции и т.д. Эта система должна удовлетворять требованиям ГПМ, сохранять ориентацию перевезенного груза, осуществлять связь с верхним уровнем управления.

В состав АТС входят основное транспортное оборудование, основу которого составляют накопительно-ориентиррующие устройства. В зависимости от условий производства в ГПС применяются транспортные средства трех видов: напольные роботы - электроробокары, подвесные транспортные роботы и конвейерные системы.

Групповая технология, как технологическая основа автоматизации единичного и мелкосерийного производства. Тенденции развития современного металлорежущего оборудования. Гибкие производственные модули, обрабатывающие центры, станки с программным управлением. Технологические возможности современного основного и вспомогательного оборудования. Факторы, влияющие на расчёт экономической эффективности ГПС. Расчёт производительности ГПС. Особенности расчёта производительности труда при использовании ГПС.

Типовые и групповые ТП

Типизация технологических процессов для сходных по конфигурации и технологическим особенностям групп деталей предусматривает их изготовление по одинаковым ТП, основанным на применении наиболее совершенных методов обработки и обеспечивающим достижение наивысшей производительности, экономичности и качества. Основа типизации - правила обработки отдельных элементарных поверхностей и правила назначения очередности обработки этих поверхностей. Типовые ТП находят применение, главным образом, в крупносерийном и массовом производстве.

Принцип групповой технологии лежит в основе технологии переналаживаемого производства - мелко- и среднесерийного. В отличие от типизации ТП при групповой технологии общим признаком является общность обрабатываемых поверхностей и их сочетаний. Поэтому групповые методы обработки характерны для обработки деталей с широкой номенклатурой.

И типизация ТП, и метод групповой технологии являются основными направлениями унификации технологических решений, повышающей эффективность производства.

Автоматическая линия - это непрерывно действующий комплекс взаимосвязанного оборудования и системы управления, где необходима полная временная синхронизация операций и переходов. Наиболее эффективными методами синхронизации являются концентрация и дифференциация ТП.

Дифференциация технологического процесса, упрощение и синхронизация переходов - необходимые условия надежности и производительности. Чрезмерная дифференциация приводит к усложнению обслуживающего оборудования, увеличению площадей и объема обслуживания. Целесообразная концентрация операций и переходов, не снижая практически производительность, может быть осуществлена путем агрегатирования, применением многоинструментальных наладок.

Для синхронизации работы в автоматической линии (АЛ) определяется лимитирующий инструмент, лимитирующий станок и лимитирующий участок, по которым устанавливается реальный такт выпуска АЛ

Для обеспечения высокой надежности АЛ разделяют на участки, которые связаны друг с другом через накопители, осуществляющие так называемую гибкую связь между участками, обеспечивая независимую работу смежных участков в случае отказа на одном из них. Внутри участка сохраняется жесткая связь. Для оборудования с жесткой связью важно планировать время и длительность плановых остановок.

Станки с ЧПУ дают высокую точность и качество изделий и могут использоваться при обработке сложных деталей с точными ступенчатыми или криволинейными контурами. При этом снижается себестоимость обработки, квалификация и число обслуживающего персонала. Особенности обработки деталей на станках с ЧПУ определяются особенностями самих станков и в первую очередь их системами ЧПУ, которые обеспечивают:

1. сокращение времени наладки и переналадки оборудования; 2)увеличение сложности циклов обработки; 3) возможность реализации ходов цикла со сложной криволинейной траекторией; 4) возможность унификации систем управления (СУ) станков с СУ другого оборудования; 5) возможность использования ЭВМ для управления станками с ЧПУ, входящими в состав АПС.

Тенденции развития современного металлорежущего оборудования/

Металлообрабатывающее оборудование является одним из главных факторов, определяющих развитие народного хозяйства страны. Эффективность его использования непосредственно влияет на производство новых машин для всех отраслей промышленности, сельского хозяйства и т.д., а это в конечном счете характеризует уровень жизни общества. В настоящее время ни одна страна не производит всей потребной ей номенклатуры оборудования, специализируясь только не некоторых его типах. Однако уровень развития современного производства требует использования практически всей номенклатуры металлообрабатывающего и сопутствующего вспомогательного оборудования. Поэтому ознакомление с тенденциями развития и технологическими возможностями современных металлорежущих станков не только представляет интерес, но и является необходимым при разработке технологии и изготовлении современных машин/

В общем случае понятие «металлорежущие станки» включает:

-непосредственно станки для работы в различных типах производства (одиночные станки, автоматизированные и автоматические линии, производственные системы и т.д.)

- комплектующие для производства металлорежущих станков универсального назначения (двигатели, шпиндельные узлы, направляющие, шарико-винтовые пары и т.д.); современный станок на 50...70 % состоит из таких комплектующих

- приспособления, обеспечивающие использование станков для конкретного производства

- системы управления вместе с соответствующим компьютерным оборудованием (несмотря на то что такой продукцией занимаются предприятия по производству электроники, они всегда ориентированы на потребности конкретных предприятий — производителей станков);

- контрольно-измерительные приспособления, измерительные машины, системы надзора и диагностики

- компьютерные системы и пакеты прикладных программ для разработки конструкций, технологии, планирования и организации производства

- режущие инструменты и инструментальную оснастку.

Совершенствование металлорежущих станков направлено на рационализацию и интенсификацию производства. Современные станки должны удовлетворять качественно новым потребностям промышленности, что определяет требования к их конструкции: обеспечить, с одной стороны, высокую производительность и экономичность работы, а с другой - удовлетворение требований экологии и охраны окружающей среды.

Современные металлорежущие станки характеризуются весьма высоким техническим уровнем по сравнению с другими технологическими машинами.

К основным факторам, влияющим на развитие станкостроения, можно отнести:

- повышение скорости резания до уровня, максимально допустимого с точки зрения безопасности работы станка; согласно европейским нормам такие скорости превосходят 1000 м/адин (в настоящее время до 100 000 м/мин), а процесс получил название «обработка со сверхвысокими скоростями»

- обработку лучом лазера, используемым в качестве инструмента

- обработку без использования смазывающе-охлаждающих технологических средств (СОТС), являющихся одним из основных источников загрязнения окружающей среды

- точную обработку деталей из закаленных сталей на токарных станках, позволяющую исключить дорогостоящий и экологически грязный процесс шлифования.

Гибкие производственные модули, обрабатывающие центры, станки с программным управлением.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) - единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, и имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему.

В общем случае средства автоматизации ГПМ представляют собой накопители, спутники, устройства загрузки и выгрузки, устройства удаления отходов, устройства автоматизированного контроля, включая диагностирование, устройства переналадки и т.д. Частным случаем ГПМ является роботизированный технологический комплекс при условии возможности его встраивания в систему более высокого уровня.

По принципу автоматизации загрузки и снятия заготовок ГПМ делятся на две группы: со сменными приспособлениями – паллетами и с применением промышленных роботов. Первый тип ГПМ предназначен в основном для обработки корпусных деталей, а второй – для деталей типа тел вращения. Для смены инструмента применяют в обоих случаях (в обоих типах ГПМ) манипуляторы или промышленные роботы (ПР), а так же комплектную замену магазина инструментов.

Промышленный робот выполняет роль универсальной транспортной системы внутри модуля и обеспечивает поток деталей и инструментов. Заготовки подаются на позицию 6 в кассетах, а затем поочерёдно захватываются роботом и передаются на требуемую рабочую позицию. Контроль готовых деталей или полуфабрикатов может осуществляться автоматическим измерительным устройством на любой стадии обработки. Готовые детали передаются роботом на позицию выгрузки. Все агрегаты модуля связаны единой подсистемой управления, построенной по иерархическому принципу, т.е. возможно автономное управление каждым агрегатом с применением микропроцессора и централизованное управление от ЭВМ. 

Cовременные технологии обработки резанием практически не требуют участия человека, кроме операций загрузки заготовки, получения готовой детали и непосредственной настройки станка. Это объясняется высокой автоматизацией современных металлообрабатывающих центров с ЧПУ, обеспечивающих высочайшую точность обработки.

Современный обрабатывающий центр – достаточно сложная инженерная конструкция. Основой центра обычно является массивная литая чугунная рама, термически обработанная для обеспечения жесткости конструкции. На раму обычно устанавливаются шарико-винтовые передачи для подачи заготовки по каждой из осей с серводвигателями. При этом на современных центрах достигается скорость подачи заготовки до 40 метров в секунду с возможностью позиционирования заготовок по осям X, Y и Z с точностью до 0,010-0,005 миллиметра.

Металлообрабатывающие центры устанавливаются универсальные револьверные инструментальные головки, удерживающие 12-16 инструментов с возможностью смены инструмента за 0,2-0,5 секунд в двух различных плоскостях.

Модернизации касаются как повышения точности, так и повышения производительности металлообрабатывающего центра – увеличение усилия резания за счет повышения мощности приводного двигателя и использование радиально-упорных подшипников для сохранения жесткости всей конструкции.

В современных обрабатывающих центрах имеется возможность выполнения практически всех операций без снятия заготовки в цикле: черновая обработка – чистовая обработка – сверление и нарезка резьбы – финиширование – выдача готовой детали, и все это – практически без участия человека.

У современных обрабатывающих центров имеются десятки дополнительных опций. Установка автоматического подавателя прутка и уловителя детали позволяет сделать процесс точения мелких заготовок автоматизированным. Как опция имеется возможность установки дополнительного шпинделя на место задней бабки, что позволяет обрабатывать второй торец заготовки без ее перестановки в станке.

В настоящее время станки с программным управлением (ПУ) нашли широкое применение. Внедрение станков с ЧПУ является одним из главных направлений автоматизации средне- и мелкосерийного производства. В результате внедрения станков с ЧПУ происходит повышение производительности труда, создаются условия для многостаночного обслуживания.

На станках с ПУ целесообразно изготовлять детали сложной конфигурации, при обработке которых необходимо перемещение рабочих органов по нескольким координатам одновременно, а также детали с большим количеством переходов обработки. На этих станках можно изготовлять детали, конструкция которых часто видоизменяется.

По виду управления станки с ПУ делят на станки с системами циклового программного управления (ЦПУ) и станки с системами числового программного управления (ЧПУ). Системы ЦПУ более просты, так как в них программируется только цикл работы станка, а величины рабочих перемещений, т. е. геометрическая информация, задаются упрощенно, например, с помощью упоров. В станках с ЧПУ управление осуществляется от программоносителя, на который в числовом виде занесена и геометрическая, и технологическая информация.

В отдельную группу выделены станки с цифровой индикацией и преднабором координат. В этих станках имеется электронное устройство, которому задаются координаты нужных точек (преднабор координат), и крестовый стол, снабженный датчиками положения, выводится в требуемую позицию. При этом на экране высвечивается каждое мгновенное положение стола (цифровая индикация). В таких станках (чаще всего расточных) может применяться или преднабор координат или цифровая индикация; исходная программа работы задается станочником.

Технологические возможности современного основного и вспомогательного оборудования.

Металлорежущие станки представляют собой сложные машины, предназначенные для обработки металлических материалов методом резки, снятия стружки, а также для придания изделию необходимой формы. Широкое применение металлорежущие станки получили в машиностроении, промышленности и приборостроении. Готовые изделия, полученные на металлорежущих станках, отличаются высоким качеством и точностью. Большинство современных механизмов, которые используются людьми, изготовлены с помощью металлорежущих станков. В зависимости от назначения металлорежущие станки подразделяются на большое число видов: - токарные, - сверлильные станки, - фрезерные станки, - разрезные станки, - шлифовальные станки, - строгальные металлорежущие станки, - многопозиционные станки. На современном этапе развития промышлености очень популярны металлорежущие станки с ЧПУ. В процессе производства такие модели практически не делают ошибок, т.к. человеческий фактор играет при их работе незначительную роль. Металлорежущие станки, оснащенные ЧПУ, могут работать в автоматическом или полуавтоматическом режимах.

Токарные металлорежущие станки по способу использования могут быть промышленными, напольными и настольными. Настольные, в свою очередь, бывают миниатюрными, малогабаритными, мини-токарными и макро-токарными. По своему строению и внутреннему устройству токарные станки делятся на карусельные, револьверные, отрезные, одношпиндельные и многошпиндельные, полировальные, винторезные и специализированные.

Из всех вышеперечисленных наиболее распространенными являются винторезные металлорежущие станки, которые применяются для работы с цветными и черными металлами. Такие станки позволяют выполнять практически все виды обработки металлов, в том числе и нарезка резьбы.

Автоматические токарные станки дают возможность выполнять работы с высокой точностью. Сегодня ведутся разработки универсальных токарных металлорежущих станков со специальным оснащением, еще более увеличивающие технологические возможности. Для выполнения на оборудовании конкретных технологических операций его нужно обеспечить технологической оснасткой (техоснасткой): прессы - штампами, литейные машины - пресс-формами. К технологической станочной оснастке металлорежущих станков относятся: режущий инструмент (РИ) (или металлорежущий инструмент), вспомогательный инструмент оснастки (ВИ) и станочные приспособления (СП). Правильно подобранная и современная оснастка для станков значительно расширяет технологические возможности оборудования, повышает производительность труда и стабильное качество обработанных деталей, улучшает условия труда.

Непосредственная эффективность автоматической линии сказывается, в частности, в уменьшении числа рабочих, ранее занятых на этом производстве. Но работа на автоматических линиях требует более высокой квалификации обслуживающего персонала. Наиболее эффективны А. л. при комплексном внедрении совершенных технологических процессов. В условиях социалистического производства автоматические линии применяют для трудоёмких операций и вредных процессов, если это значительно облегчает труд рабочих и улучшает его условия. Однако, как правило, автоматизированные линии дают и необходимую экономическую эффективность, особенно высокую при комплексной автоматизации производства. Стоимость продукции, изготовляемой наавтоматической линии, зависит главным образом от стоимости исходных материалов и полуфабрикатов, производительностиавтоматизированной линии и затрат на их создание.

Стоимость автоматической линии определяется количеством технологических операций, их сложностью, объёмом выпускаемой продукции, сложностью оборудования и систем управления, серийностью производства. При прочих равных условиях решающий фактор, определяющий стоимость автоматизированной линии, — серийность производства её оборудования. Стоимость автоматических линий снижается при использовании нормализованных узлов, механизмов и инструментов, при централизованном изготовлении систем транспортирования и управления, сокращении длительности монтажа и наладки. Снижение стоимостиавтоматизированных линий расширяет экономически целесообразные области их применения, позволяет вводить в действие автоматические линии, необходимые для технического перевооружения промышленности.

Производительность автоматической линии зависит от времени, затрачиваемого на непосредственное осуществление рабочего процесса, времени на выполнение вспомогательных перемещений (несовмещенные транспортные операции, закрепление и открепление обрабатываемого изделия, отвод и подвод рабочих органов), времени на переналадку, наладку и восстановление работоспособности линии. Сокращение времени рабочего процесса достигается применением высокопроизводительной технологии. Уменьшение времени на вспомогательные перемещения достигается сокращением числа холостых перемещений или увеличением их скорости, совмещением во времени холостых перемещений с рабочим процессом. Для оценки производительности автоматической линии важен показатель цикловой непрерывности работы, который определяется (для дискретных процессов) отношением времени выполнения рабочего процесса к общему времени цикла. Время на подналадку, переналадку и ремонт сокращается при использовании автоматического регулирования, повышении стабильности рабочих инструментов и своевременной их замене.