Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

Поворот вокруг вертикальной оси выполняется двумя пневмоцилиндрами, соединенными цепной передачей с блоком звездочек, смон­ тированным на поворотной колонне. Такие ПР выпускают в одно-, двух-, трехруком исполнении.

Напольные ПР с горизонтальной выдвижной рукой 7, установлен­ ной на подъемной каретке 2 (рис. 224, в), работают в цилиндрической системе координат и могут обслуживать один или два станка. В ПР такого рода используют все виды приводов рабочих органов и их комбинации, а также все известные виды систем управления. Грузо­ подъемность различных конструкций ПР от 1 до 1000 кг, число степеней подвижности от трех до семи.

Напольные работы с многозвенной рукой работают, как правило, в ангулярной системе координат, оснащаются гидравлическими или электрическими приводами и управляются посредством позиционной или контурной системы (рис. 224, г).

Портальные ПР. Преимуществами этих ПР является экономия производственной площади и удобство обслуживания. Использование опорных систем большой длины позволяет компоновать участки с групповым обслуживанием станков одним ПР при линейном располо­ жении оборудования.

ПР строят на основе агрегатно-модульного принципа. Новые мо­ дели ПР создаются на базе унифицированных агрегатных узлов и блоков. Это обеспечивает широкий диапазон конструкции ПР с тех­ ническими параметрами, которые наиболее полно соответствуют кон­ кретным требованиям производства. На рис. 225 даны варианты принципиальных схем компоновок ПР, построенных на основе ис­ пользования девяти различных модулей.

Захватные устройства ПР. Эти устройства предназначены для захватывания и удержания в определенном положении объектов ма­ нипулирования (заготовок или инструментов). ПР комплектуют набо­ ром типовых захватных устройств, которые можно менять в зависимости от конкретного рабочего задания.

Захватные устройства ПР классифицируют по принципу действия и по способу управления, характеру базирования объекта манипули­ рования, степени специализации.

По принципу действия захватные устройства подразделяют на механические, магнитные, электромагнитные, вакуумные с эластич­ ными камерами. По способу управления различают неуправляемые командные, жесткопрограммируемые и адаптивные захватные устрой­ ства.

Неуправляемые захватные устройства — устройства с постоянными магнитами или с вакуумными присосками без принудительного разря­ жения в виде разрезных упругих валиков, подпружиненных клещей и т. д. Эти устройства используют в массовом производстве при мани­ пулировании с объектами небольшой массы и габаритных размеров.

370

Рис. 225. Варианты принципиальных схем компоновок различных ПР

Рис. 226. Захватные устройства ПР:

а, б— неуправляемые механические, в — клещевой командный, г — широкозахватное центрирующее со сменными губками, ^ —для установки заготовки в патрон токарного станка с ЧПУ, в — центрирующее с захватной камерой, ж — вакуумное

На рис. 226, б показаны примеры неуправляемых механических захватных устройств, в которых удержание детали осуществляется за счет упругого воздействия зажимных элементов, а удаление произво­ дится посредством дополнительных приспособлений.

Командные захватные устройства управляются только командами на захватывание или опускание объекта. На рис. 226, в показано клещевидное командное захватное устройство с рычажными механиз­ мами.

В жесткопрограммируемых захватных устройствах, управляемых системой управления ПР, усилие зажима и величина перемещения губок могут регулироваться в зависимости от заданной программы.

На рис. 226, г показано широкозахватное центрирующее захватное устройство со сменными губками, которые позволяют манипулировать объектами различной формы. На штоке ^ пневмоцилиндра Уустанов-

372

няют центрирующие захватные устройства (рис. 226, д), оснащенные подпружиненными упорами для

фиксации объекта по торцу в момент смены баз. На рис. 226, е показано центрирующее захватное устройство с расширяющейся эластичной камерой 2, которая закреплена на корпусе 1 пружинными кольцами 3. При подаче сжатого воздуха через отверстия в корпусе камера разду­ вается и удерживает объект за счет силы трения.

В вакуумных захватных устройствах (рис. 226, ж) для захвата изделий применяют различные виды присосок из резины или пласт­ масс. Для создания вакуума используют насосы различного типа, в большинстве случаев эжекторные, работающие под действием сжатого воздуха.

Электромагнитные захватные устройства по конструкции и области применения примерно аналогичны вакуумным, обладающим более простой конструкцией, более высокой скоростью захвата изделий и силой притяжения на единицу площади поверхности. Однако их можно применять только для изделий из магнитных материалов.

Системы управления ПР. В зависимости от служебного назначения ПР структуры систем автоматического программного управления от­ личаются как по составу, так и по организации взаимодействия между составляющими элементами. Каждую из типовых систем управления ПР можно рассматривать как частный случай системы, структурная схема которой дана на рис. 227.

Информацию о требуемой траектории перемещения захватного устройства ПР записьюают с помощью задающего устройства ЗДУ. Эту операцию называют профаммированием систем управления ПР. Уп­ равляющее устройство >У реализует алгоритмы управления, которые обеспечивают выполнение программных движений, синхронизируют работу всех подсистем ПР совместно с внешним оборудованием ВО, ведут контроль состояния системы и вьщают информацию в блок индикации БИ,

Сигналы, выработанные УУ, преобразуются в устройствах сопря-

373

жения УС и поступают в подсистему приводов манипулятора ПМ, которые согласно программе перемещают звенья манипулятора М. Истинное положение этих звеньев определяется посредством ДОС. Информация от ДОС, преобразованная в УУ, используется для управ­ ления. При некоторых способах программирования эта информация передается в запоминающее устройство ЗУ

Система может работать в одном из двух режимов: программиро­ вание и автоматическое воспроизведение программных движений.

4.4. ГИБКИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ МОДУЛИ (ГПМ)

Классификация ГПМ. ГПМ представляет собой многоцелевой ста­ нок (МС), оснащенный дополнительными устройствами для возмож­ ности его включения в состав ГПС (рис. 228). ГПМ могут эксплуатироваться также автономно в условиях мелкосерийного про­ изводства с максимальным использованием их технологических воз­ можностей и гибкости в переналадке. При автономном использовании ГПМ их часто называют гибкими производственными ячейками (ГПЯ).

В состав ГПМ включаются, как правило, МС наиболее высокого технического уровня. Высокая производительность таких МС обеспе­ чивается увеличением мощности главного привода, расширением ди­ апазонов частот вращения шпинделя и рабочих подач, сокращением вспомогательного времени, быстродействием работы всех узлов и механизмов, а также использованием многорезцовых инструментов и многошпиндельных головок. Высокая точность и стабильность работы МС достигается улучшением характеристик и жесткости направляю­ щих, повышением жесткости и точности исполнительных механизмов приводов подач, точности измерительных систем и коррекции ошибок позиционирования за счет использования электронных устройств, применением термодинамических несущих систем МС, методов тремостабилизации, интенсивного охлаждения и отвода стружки. Эконо­ мичность эксплуатации ГПМ повышается в результате высокой производительности, гибкости, сокращения обслуживания, а также более рациональной компоновки МС. ГПМ может работать в автома­ тическом режиме 1—2 смены и более при определенных условиях; автоматическая загрузка партии заготовок, контроль и замена режущего инструмента, проверка и обслуживание оборудования и т. д.

Металлообрабатывающие ГПМ по назначению подразделяют для обработки заготовок корпусов, плоскостных деталей, тел вращения и универсальные, служащие для обработки заготовок различных техно­ логических классов, например, корпусов и тел вращения.

По уровню автоматизации ГПМ подразделяют на три группы. К первой группе относятся ГПМ с автоматической сменой заготовок и инструментов, которые выполняют автоматический цикл обработки,

374

Автоматическое устройство ограждения

Устройство адаптивного управления

Узлы и системы станка, рабочие органы, главный привод, приводы перемещения РО, электрооборудование, гидрооборудование и т.п.

Рис. 229. ГПМ для обработки заготовок тел вращения

но требуют постоянного наблюдения за технологическим процессом. ГПМ второй фуппы оснащены устройствами контроля процесса об­ работки и поэтому постоянного присутствия оператора не требуется, ГПМ третьей группы характеризуются наличием устройств автомати­ ческой смены комплектов инструментов и приспособлений и возмож­ ностью адаптации к изменяющимся условиям технологического процесса, что необходимо при работе в режиме малолюдной техноло­ гии.

Каждую из указанных фупп ГПМ по признаку технологических классов обрабатываемых заготовок классифицируют по ряду других признаков: интеграции видов обработки, концентрации обработки, степени универсальности, точности, компоновке. По точности ГПМ различаются на класс П-основного исполнения и класс А прецизион­ ного исполнения.

Компоновки ГПМ. Основные типы компоновок ГПМ стандарти­ зованы. ГПМ строят по принципу агрегатирования. Это позволяет из сравнительно офаниченного комплекта унифицированных узлов со­ здавать без значительных дополнительных затрат разнообразные мо­ дификации ГПМ, приспособленных к конкретным требованиям заказчиков по технологическим возможностям, объему рабочего про­ странства, количеству и номенклатуре рабочих органов, уровню авто­ матизации, а также другим парамефам.

На рис. 229 показан ГПМ, выполненный на базе двухшпиндельного токарного станка для обработки заготовок тел вращения. ГПМ состоит из станка 7, оснащенного автоматизированными зажимными пафона-

376

Рис. 230. ГПМ горизонтальной компоновки для обработки заготовок корпусов

МИ для закрепления заготовок 6 и магазином инструментов 2 с устрой­ ством их автоматической замены (при износе, поломке). Автоматиче­ скую смену заготовок осуществляет ПР, оснащенный четырьмя манипуляторами 5. ПР может выполнять смену в двух шпинделях: снять обработанные детали и установить заготовки, подлежащие обработке, взятые с поддонов Ртранспортно-накопительной системы 8, оснащен­ ной манипуляторами 7 и 10 для перемещения поддонов, может уста­ навливать заготовки на призмы поворотного стола 11, где они кантуются и одновременно контролируются, что сокращает вспомога­ тельное время. Устройство 4 и ПР перемещаются вдоль станка по порталу 3.

На рис. 230 показан ГПМ горизонтальной компоновки для обра­ ботки заготовок корпусов средних размеров. Одностоечный МС с подвижными по одной линейной координате шлифовальной бабкой 7, стойкой 12 и поворотным столом 2 связан перегрузчиком 3 с накопителем 6 столов-спутников 5. Накопитель 6 на дополнительной позиции ^осуществляет смену обрабатываемых заготовок. Если ГПМ встраивают в ГПС, то позиция 4 стыкуется с общей транспортной системой. МС оснащен двумя инструментальными магазинами 14 и 15 и поворотным устройством 8 с тремя дополнительными магазинами 7, 9 и 10, которыми можно заменить магазин 15. Это значительно увеличивает вместимость системы инструментального обеспечения (СИО) и количество инструментов дублеров для замены изношенных

377

инструментов. Автоматический транспортер И отводит стружку. ГПМ вместе с накопителем имеет надежное ограждение (показано тонкими линиями). Управление ГПМ осуществляет УЧПУ 13, При встраивании ГПМ в ГПС это УЧПУ стыкуется с управляющей машиной высшего ранга.

Вместимость накопителя столов-спутников зависит от трудоемко­ сти обработки заготовок и должна обеспечивать работу ГПМ в течение не менее чем двух смен.

Вместимость СИО определяется номенклатурой обрабатываемых поверхностей на заготовках, закрепленных для обработки на данном ГПМ, а также от количества инструментов, подвергающихся интен­ сивному износу или частой поломке. В крупных ГПМ чаще используют не дисковые, а цепные инструментальные магазины.

Если ГПМ работает в составе ГПС, то накопитель столов-спутников может быть использован как буферный, но может и отсутствовать в зависимости от принципа построения транспортной системы ГПС.

4.5. ГИБКИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ (ГПС)

ГПС являются наиболее эффективным средством автоматизации, позволяющим переходить с изготовления одного вида продукции на другой с минимальными затратами времени и труда.

По технологическому назначению ГПС подразделяют на три класса: для изготовления деталей или полуфабрикатов; сборочные для вьшолнения технологических процессов афегатной или общей сборки; ком­ бинированные, предназначенные как для изготовления деталей, так и для сборки из них агрегатов или изделий.

Первый класс ГПС по конструктивным характеристикам изготов­ ляемых деталей подразделяется на ГПС для изготовления деталей типа «тел вращения», ГПС для изготовления корпусных деталей.

По виду технологических процессов ГПС могут быть заготовитель­ ными (штамповочные, литейные и т. д.), механообрабатывающими, для термообработки, для покрытий, смешанные.

По структуре ГПС подразделяют на узко- и широкономенклатур­ ные. В узкономенклатурных ГПС количество наименований одновре­ менно запускаемых в производство изделий невелико (не более 10). Номенклатура изделий обычно полностью известна и остается без изменения в течение относительно длительного периода времени. Такие ГПС могут использоваться в крупносерийном и массовом пере­ налаживаемых производствах и выпускать параллельно несколько мо­ дификаций изделий. В широкономенклатурных ГПС количество наименований изготовляемых изделий может достигать нескольких сотен в год. При этом вся номенклатура изделий может бьггь неизве­ стной до начала проектирования ГПС. Объем производственной про-

378

Рис. 231. Схема ГПС для изготовления статоров электродвигателей

граммы ПО каждому наименованию составляет от нескольких единиц до нескольких десятков изделий в год.

ГПС могут быть с общим маршрутом изготовления для всей номенклатуры изделий или с независимыми маршрутами изготовления каждого изделия закрепленной номенклатуры.

В состав ГПС входят: основное технологическое оборудование, вспомогательное оборудование в виде устройств загрузки и разгрузки, устройства складирования, хранения и накоплении заготовок, деталей, средств технологического оснащения, отходов производства, устрой­ ства транспортирования, устройства технологического оснащения, ав­ тономные устройства управления как ГПС в целом, так и ее отдельными подсистемами, включающими вычислительные комплексы (УВК) раз­ ного уровня, программно-математическое обеспечение подготовки и управления функционированием ГПС, информационное обеспечение (датчики состояния ГПС, устройства передачи, преобразования и регистрации информации).

На рис. 231 представлена ГПС для изготовления статоров электро­ двигателей различных размеров. ГПС состоит из шести МС (7 — 6). Каждый из МС может полностью обрабатывать заготовку или выпол­ нять только часть технологических операций. Заготовки автоматически передаются из склада 7 на роликовый конвейер ^ и по нему — к соответствующему МС. Установка заготовок на МС осуществляется ПР Я размещенным на тележке, перемещающейся по рельсам. По соответствующей команде ПР перемещается к любому станку. Этот ПР снимает со станка готовую деталь и передает ее на конвейер дяя последующего перемещения на склад 7. Стружка постоянно передается

379