Гибкие производственные модули
Повышение уровня автоматизации машиностроительного производства приводит к созданию ГПМ, включающих в себя автоматизированную единицу технологического оборудования для изготовления изделий определенного вида с возможностью изменения в заданном диапазоне их типоразмерных характеристик. ГПМ функционирует автономно, осуществляя многократные циклы, и может встраиваться в ГПС. В ГПМ дополнительно обеспечивается автоматическое измерение и контроль качества изготавливаемых изделий, диагностика состояния инструментов, механизмов и устройств самого оборудования, а также автоматическая подналадка технологического процесса и автоматическая переналадка оборудования на изготовление другого типоразмера изделия. ГПМ можно рассматривать как разновидность РТК с более высоким уровнем автоматизации всех вспомогательных, контрольно-измерительных и диагностических операций, с элементами адаптивного управления.
Гибкий производственный модуль (ГПМ) состоит из единицы технологического оборудования, оснащенного УЧПУ и средствами автоматизации технологического процесса.
В общем случае в состав станочного модуля – ГПМ входят:
станок с ЧПУ;
средства автоматической загрузки-выгрузки станка;
транспортно-накопительная система;
магазин инструментов и устройство их автоматической смены;
устройства автоматического контроля размеров обработанных деталей;
устройство контроля размеров режущего инструмента;
система опознавания заготовок;
система контроля за состоянием процесса резания;
механизм автоматической смены элементов зажимных приспособлений.
На рис. 5.21 показан станочный модуль фирмы EMAG, выполненный на базе двух-шпиндельного токарного станка 4 с ЧПУ. Станок имеет механизированные приводы зажимных патронов, ограждения и соответствующие датчики для получения необходимых сигналов о состоянии оборудования, наличии заготовок и т д.
В состав модуля входит ПР 1, оснащенный четырьмя манипуляторами и предназначенный для загрузки - разгрузки станка. ПР способен одновременно взять с транспортно-накопительной системы 6 две заготовки и снять с двух шпинделей станка 4 две обработанные детали.
Рис.5.21. Гибкий производственный модуль фирмы EMAG
Кроме того, ПР устанавливает заготовку на призму поворотного стола 5, где она кантуется и одновременно контролируется, что позволяет сократить вспомогательное время. Наличие магазина 3 инструментов и устройства 2 их автоматической смены (в случае износа или поломки резца) обеспечивает работу модуля в течение значительного интервала времени (например, в течение двух смен) без участия обслуживающего персонала.
Требования к ГПМ, работающего в режиме безлюдной технологии
В ГПС для многономенклатурного мелкосерийного производства ГПМ оснащают широким набором дополнительных устройств, увеличивающих их гибкость. ГПМ, работающие в режиме безлюдной технологии, должны отвечать ряду специальных требований, которые можно разделить на основные и дополнительные.
Например, токарным ГПМ предъявляют следующие основные требования:
управление от ЭВМ,
наличие магазина инструментов,
конвейера для сбора стружки,
автоматический зажим и разжим заготовок в патроне станка.
К дополнительным требованиям относятся:
возможность автоматической переналадки патрона по программе,
регулировки по программе силы зажима заготовки определяемого жесткостью заготовки и силами резания,
автоматической корректировки УП при изнашивании режущего инструмента и т.д.
Аналогичным требованиям должны отвечать и ГПМ на базе многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков. Кроме этого, такие ГПМ должны отвечать специфическим требованиям:
наличие магазинов приспособлений-спутников,
многошпиндельных головок,
возможность замены комплектов инструментов или целиком инструментальных магазинов;
замена тары для стружки
емкостей для СОЖ при переходе на обработку различных материалов;
очистка от стружки опорных поверхностей спутников и позиционных приспособлений;
корректировка положения заготовки в спутнике и т.д.
Обязательным требованием к ГПМ является возможность его встраивания в ГПС. Поэтому он должен иметь стандартные сопрягающие устройства для стыковки с автоматическими транспортно-складскими системами (АТСС), с центральной ЭВМ, а также отдельными системами ЧПУ станков, ПР и транспортных устройств. ГПМ создают на основе модульного принципа.
Агрегатно-модульный принцип построения ГПС
ГПС строятся по агрегатно-модульному принципу, что имеет ряд преимуществ.
Рассмотрим последовательность создания ГПС.
На рис. 5.22 приведены стандартные узлы, на базе которых строятся горизонтальные ГПМ в зависимости от конкретных требований заказчика. Некоторые узлы являются общими для всей гаммы, другие относятся только к определенным ее типоразмерам. На рис. 5.23 показан ГПМ для сверлильно-фрезерно-расточных работ, построенный по агрегатно-модульному принципу с использованием стандартных узлов (см. рис. 5.22).
По мере необходимости возможно наращивание количества модулей в ГПС, добавляются станки, станции хранения палет, увеличивается длина транспортера и устанавливается контроллер управления участком. Стандартные узлы относятся к основным узлам ГПМ, определяющим производительность и точность обработки. Элементы систем управления (системы ЧПУ, различные датчики, электрошкафы и др.), шпиндельные узлы, комплекты приспособлений и загрузочные устройства встраиваются в станки при проектировании их по каталогам и покупаются у специализированных предприятий. На современном уровне серьезный станкостроительный завод имеет свои стандартные узлы.
При создании ГПМ следовательно и ГПС (например, зажимные приспособления), используется агрегатно-модульный принцип.
Рис. 5.22. Гамма стандартных узлов для построения ГПМ:
/ — литая стойка; 2 — шпиндель (конус 50, мощность 50 или 60 кВт, 6500 об/мин);3 — шпиндель (конус 50, мощность 50 кВт, 10000 об/мин);4 — шпиндель (конус 50, мощность 50 кВт, 15000 об/мин);5 — защитный экран с пультом управления;6— стенка по осямX— Устанка; 7 — квадратные, прямоугольные паллеты (по стандарту ИСО);8 — устройства автоматической смены паллет вместе с обрабатываемой деталью (гибкие, модульные, многопозиционные карусельного типа);9 — дополнительный контроллер участка;10 — дополнительный автоматизированный участок загрузки паллет;11 — перестраиваемые стойки для паллет или станции загрузки-выгрузки;12 — типовое устройство для смены паллет (до шести стоек) или станций загрузки-выгрузки;13 — ограждение для рабочей зоны;14 — механизм автоматической смены инструмента, устанавливаемый сверху;15 — накопители инструмента на 45—180 шт.;16 — литое чугунное снование
На рис. 5.24 представлена компоновка отечественного ГПМ "Модуль 500" созданного на базе многоцелевого станка ИР-500МФ4, оснащенного дополнительным накопителем 5 приспособлений-спутников.
Для обеспечения автоматической работы станочного модуля в течение полутора-двух смен перед станком устанавливают многоместные загрузочные устройства (накопители) для спутников (рис. 5.17). Для передачи спутников на станок из позиций неподвижного накопителя применяют схему с использованием
Рис. 5.23. Использование стандартных узлов при построении ГПМ: — автономная станция загрузки-выгрузки паллет с деталями;
2 — модульный механизм смены паллет с обрабатываемой деталью; 3 — автономные стойки для установки паллет;4 — поворотный стол; 5 — магазин инструментов с возможностью увеличения емкости от 45 до 180 шт.;6 — цифровые серводвигатели переменного тока с адаптивной настройкой;7 — шпиндель (конус 50, мощность 50 кВт);8 — стойка с линейными роликовыми направляющими;9 — шкаф для кондиционирования воздуха;10 — УЧПУ;11 — устройство подачи паллет на обработку;12 — сдвоенный винтовой транспортер стружки
двух-позиционного перегружателя (каретки-оператора) (рис. 5.25, а) Наличие перегружателя позволяет свести к минимуму время простоя станка. Загрузочное
Рис. 5.24. Компоновка ГПМ "Модуль-500" на базе
многоцелевого станка ИР-500 МФ4:
I ~ станок; 2 — шкаф электрооборудования; 3 - система управления измерением параметров обработки; 4 - устройство ЧПУ; 5 - накопитель спутников; 6 - устройство смены спутников; 7 — спутник;8 — кассета с инструментом
устройство карусельного типа (рис. 5.25, б) осуществляет передачу и прием спутников через одну позицию, расположенную перед станком. Загрузочное устройство с подвижными позициями обеспечивает передачу и прием спутников с двух различных позиций, расположенных вдоль оси. Установка на спутниках различных деталей предусматривает наличие системы автоматической идентификации (распознавания) спутников. С этой целью на спутники устанавливают кодовые гребенки или другие кодовые элементы, по которым датчик на исходной позиции, определяет наличие соответствующего спутника с определенной заготовкой и дает команду на вызов требуемой управляющей программы и подготовку необходимого инструмента.
В ГПС накопители для спутников связаны между собой гибкой транспортной системой. Автоматическая тележка-оператор, управляемая от ЭВМ,
Рис. 5.25. Многоместные загрузочные устройства для спутников многоцелевых станков
обеспечивает передачу требуемой детали со спутником на другой модуль, на склад, на моечную или на координатно-измерительную машину (КИМ).