2.3.2. Ступені автоматизації технологічних процесів

Перший ступінь. Автоматизація технологічних процесів охоплює тільки окремі технологічні операції обробки. На цьому ступені вирішується завдання автоматизації робочого циклу і створення автоматів і напівавтоматів. За ступенем автоматизації верстати розподіляють на кілька груп.

Універсальні верстати з ручним керуванням виконують частину технологічної операції, пов’язану із зміною стану, форми та якості заготовки, а допоміжні переходи та управління послідовністю елементів циклу операції здійснюються за допомогою кнопок, рукояток, маховиків, штурвалів.

Універсальні автомати й напівавтомати володіють високою продуктивністю і можливостями багатоверстатного обслуговування за рахунок поєднання окремих робочих ходів і допоміжних переходів. Наприклад, в універсальних багатошпиндельних токарних автоматах обробка різанням у різних позиціях відбувається одночасно і тим самим позиції поєднуються. У випадку переналагодження автоматів і напівавтоматів (яке займає кілька годин) продуктивність їх знижується, тому що мобільність їх значно нижча, ніж неавтоматизованих верстатів. Універсальні автомати і напівавтомати переважно використовують у великосерійному і масовому виробництві.

Спеціалізовані й спеціальні автомати та напівавтомати використовують тільки у масовому виробництві при виготовленні незмінних протягом тривалого часу деталей. Спеціалізованими називають автомати, які можна переналадити на обробку вузької групи однотипових деталей, спеціальними – автомати, призначені для виготовлення конкретної деталі. У конструктивному плані ця група верстатів у порівнянні з універсальним обладнанням простіше, тому що скорочується число робочих ходів і допоміжних переходів. Крім того, можливе застосування оптимальних схем обробки, внаслідок високої жорсткості – підвищувати параметри режиму різання, а також мають велику область застосування. Все це забезпечує зростання продуктивності праці.

Агрегатні верстати компонують із типових механізмів і складальних одиниць. Найбільш розповсюджені верстати для обробки різанням заготовок корпусних деталей, які при цьому залишаються нерухомими. На агрегатних верстатах виконують наступні технологічні операції: свердлування, розточування, різьбонарізання, фрезерування та ін. Наявність уніфікованих складальних одиниць і механізмів дозволяє створювати різноманітні компоновки верстатів і автоматичних ліній з малим числом оригінальних елементів. Агрегатні верстати, як правило, не передбачають переналагодження на обробку заготовок інших деталей, тому вони вирішують проблеми автоматизації в першу чергу поточно-автоматизованого виробництва.

Верстати з числовим програмним керуванням (ЧПК) відрізняються високою мобільністю і підвищеним ступенем автоматизації. Верстати з ЧПК працюють за керуючою програмою, в якій дані наведені в цифровій формі. Необхідно зазначити, що будь-яка автоматична система керування виконує заздалегідь заданий комплекс операцій з обробки заготовок, складений у вигляді програми робіт напівавтомата, автомата і автоматичної лінії відповідно до прийнятого технологічного процесу.

Вищою формою автоматизації виробництва на першому етапі є створення поточних ліній з автоматів і напівавтоматів, що характеризується автоматичним циклом операції. При цьому завантаження заготовок на обробку і зняття обробленої деталі, міжверстатне транспортування, накопичення заділу, вилучення стружки виконуються вручну.

Другий ступінь. Автоматизація характеризується створенням автоматичних ліній, на яких виконуються різноманітні операції обробки різанням, контролю, складання без участі людини. Крім того, автоматично виконується цілий комплекс допоміжних процесів, наприклад, транспортування заготовок між верстатами, складування, збирання та переробка стружки. Таким чином, має місце повна автоматизація виробничих процесів.

За принципом роботи автоматичні лінії розподіляють на синхронні – з жорсткою транспортною системою і несинхронні – з гнучкою транспортною системою. У синхронній автоматичній лінії заготовки передаються від верстата до верстата без транспортування в магазини-накопичувачі або бункери. Верстати в лінії зв’язані жорстким конвеєром і утворює прямоточну лінію, яка може складатися з одно – і багатопозиційних верстатів зі скрізним або нескрізним транспортуванням. Найбільше розповсюдження отримали лінії із наскрізним транспортуванням. У випадку, коли конструкція верстата в лінії не дозволяє застосувати цей вид транспортування заготовок, то використовують верхню або фронтальну нескрізну транспортну систему. Недоліком її є складність і необхідність мати на кожній робочій позиції маніпулятор для завантаження – розвантаження. У несинхронних автоматичних лініях кожний верстат має магазин-накопичувач або бункер для зберігання заготовок і маніпулятор. Завдяки гнучкому зв’язку верстати у лінії можуть працювати незалежно. Лінії будують прямоточними або гіллястим потоком з одно – або багатопозиційних верстатів.

За типом застосованого металорізального обладнання автоматичні лінії бувають із універсальних, агрегатних, спеціалізованих і спеціальних верстатів.

Автоматичні лінії з універсальних верстатів – автоматів і напівавтоматів знаходять велике застосування переважно для обробки заготовок деталей типу тіл обертання. Такі лінії компонують із токарних, шліфувальних та інших верстатів і створюються на підставі поточних ліній за рахунок оснащення їх маніпуляторами, конвеєрами, накопичувачами. До переваг такої автоматизації відносяться невеликі строки проектування, простота й низька вартість.

Автоматичні лінії з агрегатних верстатів використовують у велико-серійному і масовому виробництві. На них обробляють заготовки деталей різних форм і розмірів. Лінії збираються з уніфікованих вузлів і механізмів, що значно скорочує час на їх проектування та монтаж. Під час обробки заготовки з доброю стійкістю для їх переміщення від одного стаціонарного пристрою до іншого застосовують конвеєри. Заготовки з малою базовою поверхнею установлюють і закріплюють на завантажній позиції у супутниках, разом з якими вони переміщуються від позиції до позиції. Застосування супутників розширює технологічні можливості автоматичних ліній, але одночасно зростає їхня вартість, тому що число супутників відповідає кількості оброблюваних на лінії заготовок. Використання супутників знижує точність обробки. Крім того, виникає необхідність вирішення задачі повернення супутників у вихідне положення на конвеєрах.

Автоматичні лінії із спеціалізованих автоматів застосовують у великосерійному й масовому виробництві. Ці лінії складаються із серійних автоматів, які можуть працювати окремо в поточних лініях, але в конструктивному плані передбачена можливість встроювання їх у автоматичні лінії. Вони призначені для обробки кількох однотипових заготовок деталей, зокрема тіл обертання, які неможливо обробляти на агрегатних верстатах через наявність великих припусків, фасонних поверхонь.

Автоматичні лінії із спеціальних автоматів використовують при виготовленні деталей, конструкції яких стабільні протягом тривалого часу. Визначальна риса більшості цих автоматичних ліній полягає у тому, що вони є комплексними: охоплюють обробку різанням, контроль, складання, змащення та пакування. Недоліком комплексних автоматичних ліній із спеціальних автоматів є їх висока вартість і тривалі строки проектування та освоєння. Тому вони ефективні при масовому виробництві однотипових виробів. На підставі цих ліній створюються більш складні автоматичні системи – автоматичні ділянки, цехи, підприємства.

До автоматичних ліній із спеціальних верстатів відносяться автоматичні роторні лінії, що складаються з ненормалізованих вузлів і механізмів. Базою для роторних ліній служать технологічний і транспортний ротори. Заготовки транспортуються від однієї робочої позиції до іншої транспортним ротором і обробляються у кожній позиції ротора при безперервному його обертанні. Різальні інструменти в технологічному роторі розміщені по колу. Таким чином, обробка різанням відбувається при безперервному русі заготовки та різального інструменту. Перевагою роторних ліній є паралельна обробка заготовок у кількох позиціях технологічного ротора, а транспортний є єдиним механізмом. Для порівняння на звичайних автоматичних лініях при паралельній обробки потрібно відповідне число транспортних засобів.

Третій ступінь. На даному ступені вирішується завдання створення автоматизованих технологічних комплексів і гнучких виробничих систем.

Комплексна автоматизація технологічних процесів характеризується повною автоматизацією технологічних процесів, що включає керування технологією заготівельних цехів, обробку різанням, термічну обробку, складання, контроль. Передбачається автоматизація всередині цехового транспортування, складування та управління виробництвом. Крім того, відповідно вирішується проблема вилучення стружки без змішання відходів з різних оброблюваних матеріалів, брикетування та її відвантаження. Важливою принциповою особливістю комплексної автоматизації є широке застосування обчислювальної техніки (ЕОМ).

Автоматизована система управління технологічними процесами є вищим ступенем автоматизації управління технологічним обладнанням і всього виробничого процесу.

Гнучка виробнича система – це сукупність або окрема одиниця технологічного обладнання та системи забезпечення його функціювання в автоматичному режимі, що володіє властивостями автоматизованого переналагодження при виготовленні виробів свавільної номенклатури в установлених межах значень їх характеристик.