bushuev_v_v_i_dr_metallorezhushie_stanki_tom_2

19.7. Автоматизированные транспортно-складские системы ГПС (АТСС) 451

На третьем уровне АСУ ГПС функционируют автоматизированные системы управления предприятием (АСУП), технологической подготовки производства (АС ТПП), исследования и проектирование изделий (САПР).

Управление машиностроительным предприятием заключается в целенаправленном воздействии органов управления на производственный коллектив, информационные потоки и материальные ресурсы для эффективного решения задач, поставленных перед предприятием. Общие цели управления направлены на развитие социального и научно-технического прогресса, на повышение эффективности и качества работы.

АСУП — человекомашинная система, обеспечивающая автоматизированные сбор и обработку производственной информации, необходимой для оптимизации управления предприятием. Процесс оптимизации предполагает выбор такого варианта управления, при котором достигаются экстремальные значения критериев, характеризующих качество управления. Повышение эффективности производственной и хозяйственной деятельности предприятия в условиях АСУП обеспечивается за счет внедрения экономико-математических методов управления и средств вычислительной техники, упорядочения нормативных данных и документооборота, оперативного контроля выполнения своих функций отдельными исполнителями и подразделениями.

Укрупненная информационная модель автоматизированного управления производством (рис. 19.12) представляет собой информационные потоки между производственным процессом, основными функциональными подсистемами АСУП, поставщиками оборудования, материалов и комплектующих изделий, потребителями продукции. По входным каналам передается плановая информация (сплошные линии), по выходным каналам — информация о фактическом ходе производства (штриховые линии).

ЭВМ и экономико-математические методы не подменяют социальное, экономическое и административное руководство, а дополняют его и способствуют оптимизации. Управление предприятием следует понимать как сочетание объективного и субъективного, формализованного анализа огромных массивов производственной информации и творческой деятельности человека.

19.7.Автоматизированные транспортно-складские системы ГПС (АТСС)

Нормальное функционирование ГПС во многом определяется наличием необходимого числа заготовок, режущего и вспомогательного инструмента и технологической оснастки, транспортирование и складирование которых осуществляется АТСС. К техническим средствам АТСС относятся: краны-штабелеры, стеллажи для хранения грузов, производственная тара, устройства, обеспечивающие перегрузку деталей, контейнеры, транспортные роботы (электроробокары), средства доставки СОЖ и удаления стружки, промышленные роботы (см. т. 1, гл. 5).

Транспортная система функционально связана с основным и вспомогательным оборудованием ГПС и обеспечивает перемещения заготовок изделий, оснастки. Изделия могут перемещаться на спутниках (палетах, кассетах и др.) или без них (по лоткам, склизам и т.п.). В состав АТСС включаются различные

Рис. 19.13. Типовая схема компоновок автоматизированных транспортно-складских систем АТС:

а — линейного типа; б — многорядного типа на базе кранов-штабелеров и напольного оборудования; в — кольцевого типа на базе конвейерного оборудования; г — многорядного типа на базе подвесного транспорта; д — кольцевого типа на базе подвесного транспорта; 1 — робот (оператор); 2 — приемное устройство; 3 — кран-штабелер; 4 — стеллаж; 5 — контрольное устройство; 6 — участок разгрузки; 7 — технологическое оборудование; 8 — передаточная тележка; 9 — электроробокара; 10 — роликовый конвейер; 11 — поворотный стол; 12 — конвейерный напольный манипулятор; 13 — подвесной грузонесущий конвейер; 14 — однорельсовая дорога; 15 — подвесной толкающий конвейер; 16 — опускная секция; 17 — конвейерный подвесной манипулятор

конвейеры, лотки, электроробокары и т.д. Типовая схема компоновок АТСС приведена на рис. 19.13. При линейном расположении оборудования на базе крановштабелеров и напольного оборудования АТСС работает следующим образом (рис. 19.13, а): заготовки, готовые детали и технологическая оснастка укладываются в тару вне АТСС. Затем тара проходит контрольное устройство и поступает на загрузочный цепной конвейер к крану-штабелеру, который устанавливает ее в свободную ячейку стеллажа. Система управления отыскивает нужную ячей-

ку стеллажа с тарой, кран-штабелер забирает эту тару и устанавливает на приемное устройство рабочего места у станка. Далее кран-штабелер забирает тару с обработанными деталями с приемного устройства рабочего места и устанавливает ее либо в свободную ячейку стеллажа, либо отправляет по другому адресу. На технологическое оборудование детали и тара подаются роботами, манипуляторами или вручную, если оборудование для подачи деталей из тары не входит в состав АТСС. Работа АТСС многорядного типа (рис. 19.13, б) отличается тем, что грузовые единицы распределяются по приемным устройствам электроробокарами. В АТСС кольцевого типа (рис. 19.13, в) межоперационное накопление и транспортирование грузовых единиц осуществляются на кольцевом конвейере, по периферии которого расположены приемные устройства станков. В АТСС многорядного типа (рис. 19.13, г) грузовые единицы распределяются в приемные устройства рабочих мест станков с помощью подвесного транспорта (подвесной грузонесущий или толкающий конвейеры, монорельсовая дорога). Такие системы АТСС характеризуются высокой интенсивностью грузопотоков и небольшим числом номенклатуры заготовок. В АТСС кольцевого типа (рис. 19.13, д) межоперационное накопление грузовых единиц может осуществляться и в кольцевых подвесных конвейерных линиях, которые, как правило, перемещают штучные грузы.

Широкое распространение в АТСС получили самоходные транспортные тележки (электроробокары), которые имеют различные маршруты и транспортируют разные детали и заготовки (подробнее см. т. 1, гл. 6). Складские системы предназначены для хранения у станков или на участке необходимого числа заготовок, инструмента, оснастки, сменных узлов и других компонентов материального потока. Хранение может быть: централизованным — когда имеется общий склад для всей ГПС, децентрализованным — когда материалы хранятся у станков, и комбинированным — сочетающим особенности того и другого складирования.

Автоматизация загрузочно-разгрузочных операций. Наибольшее распространение в качестве средств автоматизации загрузочно-разгрузочных операций получили промышленные роботы (ПР). В механообрабатывающих ГПС используются портальные и напольные промышленные роботы. Одним из главных условий применения ПР является расположение производственного оборудования таким образом, чтобы переносимые предметы в процессе выполнения технологических операций были удобно расположены для обслуживания, а их место могло быть при необходимости определено по сигналам измерительных устройств робота. Промышленные роботы могут обеспечивать замену приспособлений, режущего и мерительного инструмента и других средств технологической оснастки.

19.8. Системы контроля качества продукции

Различают три вида автоматического контроля обрабатываемых деталей: до начала, во время и после обработки. Контроль первого вида направлен, прежде всего, на создание условий для бесперебойной работы оборудования, так как детали с повышенным припуском могут вызвать поломку инструмента.

Рис. 19.14. Координатно-измерительная машина: 1 — корпус; 2 — поворотный стол; 3 — прижимное устройство; 4 — деталь, ожидающая измерение; 5 — инструментальные щупы; 6 — измеряемая деталь; 7 — система управления

Контроль второго вида (наиболее важный) проводится в процессе работы и предназначен для предотвращения брака. По данным измерения непосредственно в процессе обработки выдаются команды на корректировку управляющей программы. Контроль третьего вида предусмотрен, главным образом, для гарантии качества изготовления продукции. Контрольно-измерительные операции могут выполняться как непосредственно на станках, так и вне станка. На станках с ЧПУ, работающих в автономном режиме, перво-

начальные размерные настройки и текущая подналадка, наблюдение за износом режущего инструмента, своевременная замена инструмента и введение размерной настройки после такой замены выполняются оператором. На станках, работающих в составе ГПС, все эти функции выполняются автоматически комплексом аппаратных и программных средств, являющихся элементами системы автоматического контроля (САК) ГПС. Измерительные устройства выполняют прямой контроль деталей, если они определяют их размеры, и косвенный контроль, если они определяют поломку инструмента и его износ.

Контрольно-измерительные операции вне станка проводятся на специальных координатно-измерительных машинах (КИМ). Они отличаются более высо-

Рис. 19.15. Определение месторасположения и числа точек контакта щупа

сизмеряемой поверхностью:

а— в координатном направлении; б — длины; в — в центре круга; г — диаметра круга; д — одной точки сечения; е — прямой пересечения; ж — прямой; з — плоскости; и — круглости; к — плоскостности; л — параллельности; м — угла; н — перпендикулярности; о — точки пространства

19.9. Особенности построения технологических процессов в условиях ГПС 455

кой производительностью и точностью измерений по сравнению с контролем, реализуемым непосредственно на металлорежущем станке. Результаты измерений могут быть переданы в этом случае и на обрабатывающее оборудование в целях его автоматической поднастройки, а также использованы при приемке готовой продукции. На рис. 19.14 показан общий вид КИМ портального типа.

Исполнительным органом КИМ являются щуповые измерительные головки высокой чувствительности, которые могут быть механическими, оптическими и электронными. На рис. 19.15 приведена схема измерений обрабатываемых изделий (деталей).

19.9.Особенности построения технологических процессов в условиях ГПС

Одним из наиболее важных факторов, влияющих на эксплуатационную эффективность ГПС, является разработка оптимального варианта технологического процесса под подобранную номенклатуру деталей. При разработке технологии обработки деталей решают ряд задач, начиная от формирования структуры

исостава операций и переходов и заканчивая определением значений режимов резания и нормирования операций.

Групповой технологический процесс должен иметь общий технологический маршрут или набор технологических деталеопераций, обеспечивающих: обработку любых деталей; единство технологических баз; оптимальную загрузку оборудования; минимальные потери на переналадку при переходе с одной детали (группы деталей) на другую. ГПС для групповой обработки корпусных деталей разрабатывают в несколько этапов.

На первом этапе анализируют номенклатуру деталей, обрабатываемых в цехе,

игруппируют их. Критерий отбора — классификационные признаки, позволяющие обрабатывать эти детали в ГПС (их технологичность). В свою очередь, критериями технологичности деталей, с точки зрения реализации групповой технологии в конкретных производственных условиях для деталей одной группы принимают: размеры базовых поверхностей; одинаковые схемы установки; унификацию размеров обрабатываемых поверхностей; возможность применения унифицированной технологической оснастки; общность применяемых при выполнении каждой деталеоперации методов обработки и инструмента, наладки оборудования для всех деталей, входящих в данную деталеоперацию; возможность разработки единой управляющей программы для станков с ЧПУ. Все это позволяет сократить многообразие обрабатываемых поверхностей, число режущих инструментов, унифицировать ряд деталеопераций.

На втором этапе детали кодируют по конструктивно-технологическим признакам, подразделяют на группы и разрабатывают групповые технологические процессы.

При выделении групп корпусных деталей для обработки на многоцелевых станках необходима дополнительная информация о признаках, наиболее существенно влияющих на группирование обрабатываемых деталей, построение процесса обработки и выбор технологических возможностей оборудования.

Рис. 19.16. Чертеж детали-представителя

Таких признаков в общем случае шесть: число обрабатываемых сторон, число основных (классных) отверстий, чисто крепежных и гладких неосновных отверстий, число сторон их размещения, наличие специальных поверхностей (наружных цилиндрических, фасонных, расположенных под определенным углом), годовая программа выпуска деталей.

С учетом кода классификационных групп деталей по основным признакам была разработана структура кода, позволяющая объективно, с учетом технологических возможностей оборудования, применяемого в гибких переналаживаемых системах, решать задачу группирования деталей. Коды деталей являются исходной информацией для их группирования с помощью ЭВМ. Выявление деталей с подобным признаком позволяет не только объединить их в группы, но и определить деталь-представитель каждой группы, которая имеет основные конструктивно-технологические признаки всей группы (рис. 19.16).

Выделение деталей-представителей дает возможность разработать групповые технологические процессы их полного изготовления на ГПС. При этом все детали, входящие в группу, имеют общий маршрут обработки, а каждая операция построена по принципу групповой технологии. Однако могут быть разновидности построения деталеопераций, когда отдельные детали пропускают ряд операций по маршруту или отдельные операции являются общими для нескольких групп деталей. При этом не исключается возможность выполнения индивидуальных (выносных) операций.

На третьем этапе формируют состав и производственно-технологическую структуру ГПС, т. е. определяют оптимальный по технологическим возможностям комплект оборудования и типаж, выбирают наиболее целесообразный уро-

19.9. Особенности построения технологических процессов в условиях ГПС 457

Рис. 19.17. Структура комплекса для обработки корпусных деталей

вень автоматизации производственного процесса, средства и системы оснащения ГПС.

Таким образом была сформирована производственно-технологическая структура комплекса для обработки 26 наименований корпусных деталей автомобиля БелАЗ (рис. 19.17).

Комплекс состоит из автоматизированного склада 1, откуда заготовки с помощью штабелера 2 грузоподъемностью 0,5 т подаются на двухсекционный промежуточный накопитель 3. Отсюда они перемещаются робототележкой 4 на односекционный накопитель 5. Затем манипулятор 6 подает заготовки на станции загрузки 7 к приставочному накопителю 8 и к ленточному транспортеру 9, который подает их на позиции обработки, где установлено пять станков 10 типа ОН, с ЧПУ, моечная машина 11 и контрольное оборудование 12. Инструмент в магазины станков автоматически подается с приставочных накопителей 13, обработанные детали поступают на транспортер 14 и станцию разгрузки 19.

Затем манипулятор 16 перемещает их на односекционный накопитель готовых деталей 17, откуда они подаются на промежуточный накопитель 18 и на склад готовых деталей.

Работой станков и транспортными системами управляет ЭВМ, размещенная в специальном помещении. Эффективность использования ГПС определяется рядом критериев. Для гибкого производства особый интерес представляют критерии, позволяющие оценивать совокупные затраты на переналадку оборудования и незавершенное производство. Первые определяются по трудоемкости переналадок на партию заготовок, по заработной плате наладчика, годовой программе выпуска деталей и размеру партии их выпуска. Вторые рассчитыва-

ются с учетом цикловых заделов (детали и заготовки, находящиеся на рабочих позициях, транспортерах, пунктах контроля) и складских заделов (заготовки и детали, находящиеся на складе и ожидающие обработки или сборки). Затраты на переналадку оборудования и затраты в незавершенном производстве зависят прежде всего от размера партии деталей.

Основным критерием выбора оптимальной партии запуска деталей следует считать минимум совокупных суммарных затрат на переналадку оборудования и незавершенное производство. Анализ показывает, что для конкретных деталей этот минимум может составлять до 40 деталей в партии.

Размер партии деталей влияет также на продолжительность производственного цикла, а число партий в группе — на последовательность запуска деталей в обработку и выпуска их на сборку.

Для рассматриваемой ГПС данная задача решалась применительно к таким корпусным деталям, как тройник маслопровода, корпус обратных клапанов, корпус распределителя, корпус редуктора и т.д.

Разработку ГПС с управлением от ЭВМ следует рассматривать как один из этапов на пути создания комплексно-автоматизированных производств, а в перспективе — автоматизированных заводов, работающих в ночное время по безлюдной технологии.

Г Л А В А Д В А Д Ц А Т А Я

Станочное оборудование на основе механизмов параллельной структуры

20.1. Общие сведения

Развитие современного станкостроения привело к созданию принципиально нового технологического оборудования на основе механизмов параллельной кинематики (МПК) [44]. Структурная схема на основе МПК приведена на рис. 20.1.

Рис. 20.1. Общая структурная схема механизма параллельной кинематики

Рис. 20.2. Пример схемы МПК с шестью степенями свободы выходного звена

Всамом общем виде у МПК можно выделить выходное звено (ВЗ), на котором устанавливается инструментальная головка, и основание; они соединены некоторым числом кинематических цепей параллельно (именно из-за параллельного соединения кинематическими цепями основания и выходного звена эти механизмы и получили название «параллельная структура»).

Вкаждой кинематической цепи устанавливается один или несколько приводов. МПК позволяет обеспечивать до шести степеней свободы ВЗ, что расширяет технологические возможности станка. В качестве примера приведем одну из схем МПК с шестью степенями свободы выходного звена (рис. 20.2). Выходное звено 1 связано с основанием 2 шестью кинематическими цепями в виде штанг переменной длины 3. Каждая штанга связана с выходным звеном сферическими шарнирами 4, а с основанием — карданными 5. Изменяя длины штанг, можно ориентировать выходное звено 1 в пространстве по шести координатам. Если установить на выходном звене шпиндель, то получим станок, который позволяет

обрабатывать фасонные поверхности. Выделим следующие особенности оборудования на основе МПК:

•оборудование имеет простую модульную структуру, которая выполнена на базе стандартных элементов (карданные и сферические шарниры, телескопические штанги, т.е. штанги переменной длины, штанги постоянной длины, платформы и т.п.);

•обеспечивается высокая скорость перемещений ВЗ (до 100 м/мин и более) при его малой массе, что позволяет использовать оборудование для сверхскоростной обработки;

•основные элементы конструкции работают на растяжение и сжатие (в случае использования МПК с шестью степенями выходного звена), поэтому достигается достаточно высокая жесткость;

•обеспечивается высокая точность обработки;

•возможно осуществлять смену инструмента без использования специальных устройств, а только за счет перемещения самого ВЗ с инструментальной головкой.

Для обеспечения работоспособности оборудования с МПК необходимо выполнять ряд кинематических условий, которые основаны на использовании формулы Сомова—Малышева. Согласно этой формуле, число степеней подвижности

Wс. п, которое может обеспечить МПК выходному звену относительно основания (неподвижного звена), определяется так:

где nзв — число звеньев механизма; P1, P2, …, P5 — число кинематических пар 1-, 2-, …, 5-го родов.

Как правило, в станкостроении не используются кинематические пары с числом степеней подвижности более трех, в этом случае Р4 = Р5 = 0.

Затем необходимо проверить степень неподвижности структуры МПК Wс. н , т. е. степень подвижности МПК при зафиксированных парах с приводами (или при неподвижных ведущих звеньях). Для обеспечения работоспособности, и в первую очередь жесткости, степень неподвижности структуры должна быть равна нулю. Расчет выполняется по формуле

где nв — число ведущих звеньев кинематической цепи; Р1в, Р2в, Р3в — число ведущих кинематических пар 1-, 2-, 3-го родов.

Необходимо обеспечить следующие условия при проектировании станка с МПК:

В качестве примера приведем расчет для гексапода с переменными длинами штанг (см. рис. 20.2):

Wс. п = 6(14 – 1) – 5 . 6 – 4 . 6 – 3 . 6 = 6;

Wс. н = 6(14 – 6 – 1) – 5 . (6 – 6) – 4 . 6 – 3 . 6 = 0.