8. Станочные системы

8.1. Классификация и основные типы станочных систем

В обобщенном виде под станочной системой понимают совокуп­ность технологического (металлорежущего) и вспомогательного (установ­ленного в порядке реализации технологического процесса или произволь­но,) оборудования, объединенного системой управления, автоматическими механизмами и устройствами для транспортирования заготовок, изделий, разделения и соединения их потоков, накопления заделов, изменения ори­ентации и удаления отходов, предназначенную для изготовления (сборки) заданной номенклатуры изделий.

Станочные системы широко применяют в различных отраслях машиностроения и приборостроения для механической обработки, термообра­ботки, контроля, мойки, сборки, упаковки и др.

Важнейшие характеристики станочных систем следующие: тип производства, где они применяются; технологическое назначение; тип приме­няемого технологического оборудования (одно- или многопозиционное; последовательного, параллельного или смешанного действия; с обычными системами управления или с системами числового программного управле­ния и др.); наличие и вид межагрегатной связи.

Станочные системы с различными видами оборудования могут применяться в массовом, крупносерийном, среднесерийном и мелкосерийном производстве. Для данных видов производств (см. рис. 33) при­меняют автоматические линии (АЛ) с жесткой связью (в том числе ротор­ные и роторно-конвейерные АЛ), АЛ с промежуточными накопителями, переналаживаемые АЛ, гибкие автоматизированные линии (ГАЛ), гибкие производственные системы (ГПС) и гибкие производственные ячейки (ГАЯ), построенные на основе гибких производственных модулей (ГПМ).

По технологическому назначению различают следующие станочные системы: для механической обработки заготовок деталей типа тел враще­ния; заготовок корпусных деталей, типа плит, фланцев, рычагов и др.; для сборки отдельных узлов и изделий; комплексные, которые обеспечивают выполнение разнообразных технологических процессов (например, загото­вительных, механической обработки, термической обработки, сборки, кон­троля, упаковки и др.).

В зависимости от применяемого технологического оборудования ста­ночные системы подразделяют на системы, состоящие из следующего обо­рудования (см. рис. 33):

специальных и специализированных автоматизированных станков;

универсальных полуавтоматов и автоматов, агрегатных станков со сменными шпиндельными коробками; с обычными системами управления и с системами числового программного управления (ЧПУ);

многоцелевых станков (обрабатывающие центры).

Рис. 33. Классификация станочных систем

АЛ могут состоять из традиционных (стационарных) металлорежу­щих станков, ро­торных и роторно-конвейерных автоматов.

На рис. 34 показана схема гибкой АЛ фирмы Heckert (Германия) для изготовления картера для грузовых автомобилей в пяти различных ис­полнениях.

Из загрузочного устройства 1 заготовки поступают во входной накопитель 2, откуда через поворотные устройства 3 и устройство идентифика­ции 4 заготовки подаются на фрезерный станок 5 с горизонтальной унифицированной фрезерной головкой. Зажим заготовки осуществляется в пози­ции обработки зажимным приспособлением 6.

После обработки заготовка проходит через кантователь 7 и поступает последовательно на фрезерные станки 9 и 10 с горизонтальными одношпиндельными унифицированными фрезерными головками, далее на фре­зерные станки 11 и 12 соответственно с двухшпиндельной и одношпиндельной унифицированными вертикальными фрезерными головками. По­сле этого обработка выполняется последовательно еще на двух фрезерных станках 13 и 14 с вертикальными одношпиндельными унифицированными фрезерными головками.

Рис. 34. Схема автоматической линии для изготовления

корпусных деталей

После прохода через позицию 15 удаления стружки, обрабатываемые заготовки поступают в выходной накопитель 16.

В стойке 17 смонтирована гидросистема, а в стойке 18 - система управления. Управление и индикация цикла работы линии осуществляется с пульта 8.

Автоматической роторной линией (АРЛ) называют совокупность не­скольких технологических и транспортных роторов, расположенных в тех­нологической последовательности и связанных устройствами межлиней­ного транспортирования предметов обработки (см. рис. 35, а).

АРЛ применяют в основном для кратковременных технологических операций, например, для изготовления из пластических масс мелких дета­лей типа тел вращения, полученных методом прессования и спекания, ке­рамики, а также путем обработки резанием.

Рис. 35. Схема компоновки роторных (а)

и роторно-конвейерных (б) линий

В АРЛ инструментальные блоки перемещаются по окружности и являются неотъемлемой частью роторного автомата линии.

Заготовки, загружаемые устройством ЗУ, проходят через транспорт­ные ТрР₁, ТрР₂, ТрР₃ и ТрР₄ и рабочие роторы ТР₁, ТР₂ и ТР₃. При этом ра­бочие роторы ТР₁ и ТР₃ предназначены для выполнения кратковременных, а ТР₂ - для более длительных операций (см. рис. 35, а).

Автоматической роторно-конвейерной линией (АРКЛ) называют комплекс роторно-конвейерных машин, установленных в технологической последовательности и объединенных системой транспортирования пред­метов обработки и системой управления (см. рис. 35, б).

АРКЛ применяют для длительных технологических операций, напри­мер, для сборки (монтаж, запрессовка, упаковка, заливка, свертывание мелких деталей), упаковки в тару и расфасовки сыпучих и жидких материа­лов, для термических и термохимических операций (нагрев, отжиг, травле­ние, закалка, сушка, промывка, обезжиривание, нанесение покрытий).

Схема роторно-конвейерной линии, показанная на рис. 35, б, приме­няется для выполнения технологических операций, значительно различающихся по времени обработки (короткие - в рабочих роторах ТР₁ и ТР₂, а более длительные - в роторно-конвейерной машине РКМ).

Транспортирование заготовок в роторных и роторно-конвейерных АЛ совмещено с обработкой.

По виду межагрегатной связи и получаемой при этом структуре построения станочных систем и, как следствие, возможной номенклатуре изготовляемых изделий (гибкости) станочные системы можно подразделить на две группы:

▫ АЛ, в которых технологическое оборудование установлено в порядке следования технологического процесса и может иметь как жесткую, так и гибкую межагрегатную связь;

▫ гибкие производственные системы (в том числе гибкие производст­венные ячейки), в которых технологическое оборудование устанавливается произвольно. Обработка на них может проводиться параллельно или по­следовательно одновременно одинаковых или разных заготовок. Это обес­печивает высокий уровень гибкости данных систем при достаточно высо­кой производительности.

В АЛ с жесткой межагрегатной связью технологическое оборудова­ние (специальное или специализированное) с помощью транспортных средств (конвейеров, манипуляторов) блокируется в единое целое и рабо­тает в едином ритме, осуществляя синхронную обработку заготовок.

Обрабатываемые заготовки в этих АЛ передаются непосредственно от одного станка к другому, не поступая в магазины или бункеры-накопители. Станки объединены жестким транспортом и могут образовывать прямо­точную (неветвящуюся) линию (рис. 36, а, б) или отдельные секции линии с ветвящимися потоками (рис. 36, в).

Рис. 36. Типовые схемы автоматических линий:

а - с синхронным потоком заготовок и сквозным транспортом (конвейер, толкатели); б - с синхрон­ным потоком

деталей и выносным транспортом (конвейер, промышленные роботы, манипуляторы); в - с синхронным

ветвящимся потоком деталей; г - с несинхронным

потоком заготовок и накопителя­ми у каждого станка;

д - с несинхронным потоком заготовок и накопителем

в середине линии

АЛ со сквозным транспортом являются наиболее простыми и получи­ли широкое применение. В этом случае применяемые в линии станки должны быть приспособлены для такого транспорта. Когда конструкции станков, входящих в линию, не позволяют осуществить сквозное транс­портирование обрабатываемых заготовок, проектируют АЛ с несквозным (верхним, напольным, подпольным, фронтальным) транспортом.

Недостаток этого способа транспортирования - его сложность и необходимость иметь у каждого станка загрузочно-ориентирующее устройство. Общий недостаток АЛ с жесткой межагрегатной связью - то, что при отка­зе любого конструктивного элемента данной АЛ происходит отказ и про­стой всей АЛ. Такие АЛ применяют в массовом и крупносерийном произ­водстве при стабильном выпуске отдельных деталей.

АЛ с гибкой межагрегатной связью могут быть трех типов: с промежуточными накопителями; переналаживаемые; гиб­кие.

АЛ с промежуточными накопителями - это АЛ с несинхронными потоками обра­батываемых заготовок, в кото­рых между каждой парой (или большим числом станков) предусмотрен автоматический накопитель заделов обрабаты­ваемых заготовок (рис. 36, г, д).

Накопители обрабаты­ваемых заготовок могут быть: проходными, когда каждая заготовка проходит весь путь внутри накопителя и занимает без приоритета очередь на об­работку; обходными, когда заготовка имеет приоритет и непосредственно передается на обработку к соседнему станку, а заготовки из накопи­теля поступают на обработку только при отказе предыдуще­го станка; тупиковыми, когда заготовки пополняют запас накопителя и заготовка, по­ступающая на позицию обра­ботки соседнего станка, при­оритета не имеет.

Наличие промежуточных накопителей позволяет повысить надежность работы АЛ. При отказе отдельных конструктивных элементов линии вся линия останавливаться не будет, а будут останавливаться только те станки, которые расположены между накопителями. Другие станки будут вести обработку заготовок, поступающих из накопителя.

АЛ с несинхронными потоками заготовок могут быть построены по принципу прямоточности или с ветвящимися потоками, со сквозным и не­сквозным видами транспорта, с применением спутников и без них.

АЛ выполняют как комбинацию отдельных участков с синхронными и несинхронными потоками заготовок. Например, в комплексной АЛ вна­чале, на заготовительном участке, может быть использовано технологиче­ское оборудо­вание с несинхронными неветвящимися, несквозными, бес­спутниковыми пото­ками. В дальнейшем, на участке механической обра­ботки, образуется синхрон­ный ветвящийся поток, со сквозным транспор­том и приспособлениями-спут­никами. В конце АЛ, на упаковке, снова мо­жет быть несинхронный, ветвя­щийся, сквозной, бесспутниковый поток.

АЛ с промежуточными накопителями строят на основе специализиро­ванных и универсальных полуавтоматов, автоматов и агрегатных станков. Применяют их в массовом и крупносерийном производстве, как правило, при стабильном выпуске отдельных деталей.

Переналаживаемой автоматической линией называют линию, в ко­торой технологическое и транспортное оборудование за счет ограниченной во времени и трудоемкости регулировки или замены элементов технологи­ческой оснастки, автоматического транспорта и загрузочно-разгрузочных устройств позволяет осуществить обработку заготовок другого наименова­ния заранее установленного диапазона размеров. Такие АЛ строят на осно­ве универсальных полуавтоматов, автоматов и агрегатных станков и при­меняют в условиях массового и крупносерийного переналаживаемого производства.

Гибкие автоматизированные линии (ГАЛ), как и ранее рассмот­ренные АЛ, имеют технологическое оборудование, расположенное в при­нятой последовательности выполнения технологического процесса обра­ботки, в соответствии с чем ориентирован и поток заготовок. Однако применение в качестве технологического оборудования в основном станков с ЧПУ и многоцелевых станков в значительной степени увеличивает их гибкость при сохранении высокой производительности.

В отличие от традиционных автоматических линий ГАЛ характери­зуются:

более широким применением средств вычислительной техники для управления работой технологического оборудования, в том числе его переналадки, а также объединением систем управления отдельным оборудо­ванием в единую систему - автоматизированный комплекс, управляемый от ЭВМ;

использованием на отдельных рабочих позициях револьверных голо­вок со сменными одиночными инструментами или инструментальными блоками, сменных шпиндельных коробок для многоинструментальной обработки;

наличием унифицированных узлов, оснащенных устройствами ЧПУ, обеспечивающими координатные перемещения по одной-двум осям, а также определенных участков транспортной системы, имеющих перемен­ный цикл работы;

использованием переналажи­ваемых механизмов в составе традиционного оборудования. Напри­мер, в агрегатных станках исполь­зуют шпиндельные коробки, у которых ряд шпинделей подвижен в осевом и радиальном направлениях относительно корпуса.

ГАЛ применяют в условиях нестабильного массового и крупносерий­ного производства на автомобильных, тракторных и других заводах в двух вариантах:

как однономенклатурную линию, но имеющую в составе гибкое оборудование, так как в процессе ее эксплуатации необходимо переходить на выпуск нового или модернизированного изделия;

как многономенклатурную переналаживаемую линию, которая в про­цессе эксплуатации может дополнительно перенастраиваться на выпуск новых изделий, не предусмотренных при проектировании.