ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «ТМ, МС и И»

Учебное пособие

по курсу: «Станочные системы»

Специальность 1501 и 1505

Доцент Ведерников Ю.А.

ИНЭКА

2009

I. Автоматические линии с жесткими связями.

Автоматическая линия - группа технологического оборудования, установленная согласно технологическому процессу и связанная между собой автоматической транспортной системой.

Автоматические линии для изготовления деталей с выполнением разнообразных операций механической обработки, сборки, контроля, упаковки и других операций классифицируют по различным знакам. На рис. 1 приведена разработанная в ЭНИМСе классификация линий по основным признакам. По принципу работы линии подразделяют на два класса: синхронные и несинхронные. На синхронной автоматической линии заготовки во время обработки передаются непосредственно от одного станка к другому без транспортировки в магазины-накопители или бункера (рис. 1, а

Несинхронные линии (рис.1,б) состоят из станков, каждый из которых снабжен бункером (или магазином-накопителем) для хра­нения деталей и автоматическим загрузочно-разгрузочным устрой­ством. Синхронные и несинхронные линии проектируют как с при­способлениями-спутниками, так и без них (рис.1, в, г)

Автоматические линии могут состоять из одно- и многопозиционных стан­ков со сквозным или несквозным транспортером (рис.1, д, е) Сквозной транспортер — наиболее простой, поэтому линии с таким транспортером получили широкое распространение. Линии с несквозным (верхним и фронтальным) транспортером проектируют в том случае, если конструкции станков не позволяют осуществит] сквозную транспортировку изделий. Недостатки таких линий — и: сложность и необходимость иметь на каждой рабочей позиции свое загрузочно-разгрузочное устройство. Станки объединены жестким транспортером и образуют прямоточную (неветвящуюся) линию или отдельные секции линий с ветвящимися потокам] (рис.1, ж, з).

По характеру транспортировки изделий в процессе обработки или сборки линии можно подразделить на стационарные и роторные (рис.2). На стационарной линии детали в процессе обработки не изменяют своего положения относительно станка и лишь после окончания обработки на очередной позиции транспортируются на следующую позицию. На роторных линиях детали перемещаются непрерывно. Каждый роторный станок вращается непрерывно вокруг своей оси с определенной скоростью. Часть времени, затрачиваемая на обработку деталей, совмещается с транспортировкой, остальное время идет на. подвод и отвод инструмента и передачу деталей от одного станка-ротора к другому.

По технологическому назначению различают линии для выпол­нения одного вида операций (например, обработка деталей резани­ем, сборка "изделий, термообработка и т. д..) и комбинированные линии для выполнения нескольких видов операций (например, меха­ническая обработка сочетается со сборочными операциями, конт­ролем, упаковкой и т. д.). Несмотря на то что в последние годы появились линии, сочетающие различные виды операций, в маши­ностроительной промышленности большинство линий предназначено для одного вида операций обработки деталей.

По типу применяемого оборудования автоматические линии подразделяют на линии из универсальных, агрегатных, специализиро­ванных и специальных станков (рис.2).

Линии из агрегатных и специализированных станков применяют в крупносерийном и массовом производстве (например, многорезцовые одношпиндельные и многоинструментные многошпиндельные токарные полуавтоматы, фрезерные, зубообрабатывающие, шлифовальные и другие станки, встраиваемые в автоматические ли­нии). Как правило, линии из станков токарно-шлифовальной группы применяют при обработке деталей типа тел вращения, линии из агрегатных станков — для корпусных деталей, типа рычагов, дисков, цилиндров, в большинстве случаев неподвижных в процессе обработки.

Линии из универсальных станков применяют в серийном и мелкосерийном производстве. В этом случае необходима частая переналадка оборудования на изготовление ряда однотипных деталей, Универсальные станки по сравнению со специальными многоинструментными создают возможность быстрой переналадки линии на изготовление других деталей, обрабатываемых по тому же технологическому маршруту, но отличающихся размерами, формой и требующих других режимов обработки. Если переналадка необходима через короткие промежутки времени, иногда несколько раз в смену, т. е. при обработке деталей мелкими партиями, создают линии из универсальных станков с программным управлением. В том случае программа не только автоматически управляет работой станков, но и осуществляет их переналадку при переходе на новые детали.

Линии из специальных станков и устройств применяют в массовом производстве в том случае, когда деталь по тем или иным причинам не может быть обработана на станках, выпускаемых серийно.

Линии из непрерывно вращающихся роторов (роторные линии) также применяют только в массовом производстве, так как они обеспечивают высокую производительность и не окупаются при не­достаточной загрузке. В силу ряда технологических особенностей эти линии используют при обработке простых по конструкции деталей, требующих для полной обработки небольшого количества переходов.

Важная стадия проектирования — распределение операций по позициям (станкам) автоматической линии. На атом этапе определяют длину и число участков линии, число станков, силовых головок на каждой позиции и инструментов каждой силовой головки. Помимо последовательности выполнения операций, заданной технологическим процессом изготовления детали, на построение схемы автоматической линии большое влияние оказывает выпуск де-алей, который должна обеспечивать линия при соблюдении важного условия — обработки деталей на наименьшем количестве танков.

Наиболее простая схема компоновки автоматической линии по­казана на рис. 3, а, где станки обрабатывают детали с одной или нескольких сторон. В начале линии рабочий или автооператор / Останавливает заготовку на загрузочную позицию, а транспортер подает ее на рабочую позицию 1. После обработки инструментами 1,вух силовых головок деталь перемещается к следующей позиции. В конце линии автооператор 2 снимает обработанные, детали и передает их на следующие операции или на сборку. По этой схеме проектировали большинство автоматических линий в первоначальный период их развития. Предназначались они для частичной обработки корпусных деталей автомобилей и. тракторов. На такой линии полностью можно обработать лишь очень простую деталь. (Сложные детали должны обрабатываться с четырех и шести сто­рон. Для этого проектируют линии из двух-трех участков, между которыми помещают устройства для поворота деталей. На рис. 3, б показана линия из двух участков, на которой обрабатывают де­таль с четырех сторон. В конце участка / деталь широкой сторо­ной попадает на поворотный стол, поворачивается на 90° и посту­пает на следующий участок узкой стороной.

Если деталь нужно обработать с шести сторон, автоматическая линия получается еще более сложной (рис. 3, в). Здесь после 1-го участка деталь поворачивается на 90° в горизонтальной плос­кости, а после обработки на 2-м участке — на 90° в вертикальной . плоскости: Поскольку в таких сложных линиях работает большее количество станков, остановка каждого из них может привести к остановке всей линии. Чтобы уменьшить простои каждого участка, между ними в магазине или бункере размещают небольшой запас деталей (накопители). Это позволяет в течение некоторого време­ни работать одному участку линии при остановке другого. На этой линии накопитель размещается на транспортере, соединяющем 2-й и 3-й участки.

Проектирование автоматических линий с накопителями деталей позволяет создать надежно работающие линии из многих станков и полностью обрабатывать сложные детали с высокой концентрацией операций. На рис. 4 показана сложная автоматическая ли­ния с накопителями деталей, состоящая из станков 1— 39, пред­назначенная для обработки блока цилиндров двигателя. На ней одновременно работают 768 инструментов. При использовании ли­нии на 75% она обеспечивает обработку 200 тыс. блоков в год

Высокий уровень концентрации операций, большая протяжен­ность и сложная структура линии значительно затрудняют наблю­дение за ее работой. Чтобы уменьшить возможность появления про­стоев и повысить использование линии, ее разбивают на пять (1 — V) отдельных секций (участков), каждая из которых может рабо­тать самостоятельно. На линии размещают пять накопителей (а— д) двух различных конструкций i

Запас деталей, который они вме­щают, позволяет продолжать работу при выходе из строя любой из секции. Транзитные накопители а и в спроектированы как нако­пители-транспортеры: детали на них можно расположить в несколь­ко рядов. Это увеличивает объем накопителя и дает возможность компенсировать большие по времени простои. Тупиковые накопите­ли б, г, д включаются в работу лишь при остановке соответствую­щих участков. Во время нормальной работы линии накопители сто­ят. Например, если участок / (станки / — 5) и участок // (стан­ки 6 —12) работают, в накопитель д детали не поступают. Если останавливается участок //, детали со станков участка / поступают в накопитель д, а участок III (станки 13 — 19) питается деталями из накопителя б. При остановке участка / участок // питается из накопителя д. Включение и отключение накопителей, переключение участков на питание из накопителей, а также работа участков на накопители при остановке последующих участков происходит ав­томатически.

Из проектируемых в настоящее время линий автоматические ли­нии такого типа составляют основную часть. Следует отметить, что не все детали приспособлены для перемещения по направляющим транспортера линии. Некоторые имеют очень сложную форму и крайне неудобны в транспортировке. Для обработки на линиях такие детали устанавливают в специальные приспособления-спутни­ки, перемещаемые вместе с деталями от позиции к позиции.

Обработка деталей в спутниках расширила область применения автоматических линий. Однако вместе с этим появились трудности. Во-первых, спутники сразу увеличили стоимость автоматических линий, так как для каждой линии их должно быть больше, чем де­талей, одновременно обрабатываемых на линии. Во-вторых, они требуют довольно точного изготовления, так как определяют поло­жение детали в позиции обработки. В-третьих, после обработки де­талей спутники надо вновь возвращать в исходное положение, что требует специальных транспортеров на линиях.

Существует несколько способов возврата спутников. Для этой цели можно использовать специальный транспортер под станками и два перегружателя. После обработки деталь вместе со спутником поднимается и передается на транспортер, по которому подается на позицию загрузки. Здесь готовая деталь снимается, а в спутнике за­крепляется заготовка. Однако такую схему применяют лишь в тех случаях, когда на линии нет вертикальных и наклонных головок. Часто для возврата спутников используют транспортер, располо­женный за линией. В этих случаях силовые головки могут устанав­ливаться под любыми углами, но площадь, занятая линией, значи­тельно увеличивается. Если высота деталей невелика, транспортер проходит через станины горизонтальных станков, а для подъема и перемещения спутников служат специальные перегружатели.

На автоматических линиях с приспособлениями-спутниками Обрабатывают вентили, кассеты хлопкоуборочных комбайнов, выхлоп­ной и всасывающий коллекторы автомобиля, катки трактора, рамы пишущих машин и ряд других деталей. Кроме того, применение спутников позволяет загрузку и разгрузку деталей выполнять в од­ном месте (одному рабочему). Как видно, способы транспортиров­ки деталей на автоматических линиях в значительной степени опре­деляют их схему и конструктивную сложность.

Существенное влияние на структурную схему линии оказывает также разветвление деталей на потоки в процессе обработки. Авто­матические линии последних моделей характеризуются очень с.ложной структурой. Увеличиваются число станков, объединяемых в еди­ную автоматическую систему машин, и количество выполняемых операций. Появились в линии новые операции, которые раньше вы­полнялись отдельными станками. Все больше линий строят для комплексной, полной обработки деталей, причем обработку ведут не только резанием, но и давлением, химическими и термическими методами

Большие изменения в компоновках автоматических линий вызваны, прежде всего, необходимостью увеличить выпуск деталей. Специализация предприятий, которая широко проводится в настоя­щее время, а также значительный рост продукции машинострои­тельных заводов резко повышают массовость производства. Это в свою очередь выдвигает новые высокие требования к. производи­тельности проектируемых автоматических линий. Сейчас вместо прямоточных автоматических линий проектируют линии, основанные на принципе ветвящегося потока, что позволяет существенно увеличить производительность линий.

В ряде случаев построение линий по принципу ветвящегося потока взамен прямоточных позволяет почти вдвое увеличить их про­изводительность без существенного увеличения числа станков. Наиболее часто к этому прибегают, когда для изготовления детали не­обходимо выполнить наряду со сверлильно-резьбонарезными боль­шое количество фрезерных операций. Например, при обработке головок блоков цилиндров автомобильных и тракторных двигате­лей фрезерные операции обычно занимают больше времени, чем обработка отверстий. Поэтому участок фрезерных операций на линия состоит из двух потоков, но число станков здесь такое же, какое было бы в одном потоке. Удалось этого достичь благодаря применению двусторонних агрегатных фрезерных станков. Сило­вую головку с фрезами размещают в середине станка, детали проводят справа и слева двумя потоками. После обработки головка I возвращается в исходное положение и перемещает транспортер с деталями на один шаг, затем цикл обработки повторяется. Нали­чие в линии разветвленных потоков позволяет также удачно соче­тать черновые и чистовые операции обработки деталей. В ряде слу­чаев чистовые операции требуют значительно больше времени, чем дерновые.

Весьма эффективным структурным решением, позволяющим су­щественно повысить производительность и надежность линий при массовом выпуске продукции, является проектирование линий с параллельными потоками. Нередко автоматические линии из не­скольких параллельных потоков строят для выполнения лишь чис­товых операций. Объединение таких параллельных потоков единой транспортной системой позволяет не только сократить число об­служивающих рабочих, но и наилучшим образом использовать станки и линии.

Таким образом, решение проблемы изготовления массовых де­талей крупных и средних размеров было найдено в применении ав­томатических линий с ветвящимися и параллельными потоками, состоящими из нескольких самостоятельных независимо работаю­щих участков. Однако для массовой обработки мелких деталей в большинстве случаев автоматические линии такого типа нерацио­нальны.

Как известно, для изготовления деталей небольших я мелких размеров требуется сравнительно небольшое, число операций, но обрабатываемые поверхности у них находятся в самых различных положениях. Поэтому- при изготовлении таких деталей на много­позиционных агрегатных станках путем установки головок под раз­личными углами может быть обеспечена значительно большая кон­центрация операций, чем на автоматической линии, состоящей из такого же количества однопозиционных станков. Следовательно, замена поточной линии многопозиционных станков автоматической, составленной из однопозиционных, потребует увеличения количества станков и площадей и больших денежных затрат. Замена от­дельных многопозиционных станков автоматической линией пря­моточного типа, состоящей из однопозиционных автоматов, не бу­дет в данном случае более эффективной ступенью автоматизации. При применении для таких деталей линий из многопозиционных станков обработка выполняется с очень высокой концентрацией операций, а транспортные и загрузочные устройства объединяют многопозиционные станки в единую автоматическую систему ма­шин — автоматическую линию из многопозиционных станков. По­скольку на таких линиях обрабатывают мелкие детали, то соеди­няющие транспортеры одновременно служат и довольно вмести­тельными накопителями. Это дает возможность между каждой па­рой станков иметь необходимый запас деталей, т. е. обеспечить надежную безостановочную работу всей линии.

Проектирование автоматических линий из многопозиционных станков обеспечивает высокую производительность, особенно при использовании накопителей для компенсации простоев станков. Применение таких линий может явиться одним из основных направлений автоматизации обработки мелких деталей в массовом производстве.