Организация и планирование машиностроительного производства

Схема 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-

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-

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):

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:

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

Таблица 2.5. Классификация технологических роторов (ТР)

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: