1.3. Организационно-технологические особенности автоматизации и механизации технологических процессов.
Первый этап автоматизации сопровождается появлением универсальных станков. Они состоят из трех основных механизмов: двигательного (привод), передаточного (кинематическая цепь) и исполнительного. Основным является исполнительный механизм, определяющий технологические возможности станка. Исполнительные механизмы м/р станка могут совершать движения как связанные непосредственно с процессом обработки: вращение детали, рабочая подача инструмента- так и не связанные с обработкой: зажим и разжим детали, быстрый подвод и отвод инструмента и т.д. В соответствии с этим , с точки зрения выполнения заданного технологического процесса, все перемещения механизмов можно разделить на рабочие и холостые. Рабочими перемещениями или ходами называют движения, во время которых производится непосредственно обработка на станке. Холостыми перемещениями или ходами называются вспомогательные движения , которые служат для подготовки рабочих ходов (загрузка, ориентация и зажим заготовки; подвод, ориентация и отвод инструмента и.т.п.). Обработка одного изделия требует обычно полного комплекса рабочих и холостых ходов. Таким образом время одного цикла работы машины и для обработки одного изделия определяется:
(1.1)
Зависимость (1.1) является одной из основополагающих при оценке эффективности оборудования и технологичности операции. Если станок может самостоятельно выполнять кроме рабочих но и холостые хода, то он называется автоматом. В связи с тем, что при автоматизации решается задача так же повышения производительности производственных процессов, то в соответствии с (1.1) необходимо минимизировать время цикла:
Это достигается следующими методами:
а) увеличение режимов резания – n, S;
б) совмещения tp и tx ;
в) применение многоинструментальной обработки ;
г) многопозиционная обработка на многошпиндельных автоматах – обрабатывающих центрах.
На рис.1.1 показана структура пруткового автомата.
На рис.1.1: 1 – продольный суппорт, 2 …4 – поперечные суппорта; 5 – резьбонарезное приспособление; 6 - механизм подачи прутка; 7 – механизм зажима прутка; 8 – механизм поворота шпиндельного блока; 9 – механизм фиксации; 10 – распределительный вал; 11 – тормоз; 12 – механизм выключения при отсутствии прутка.
Точность положения шпиндельного блока во время обработки обеспечивается механизмом фиксации. Управление циклом обработки построено на механической основе с помощью распределительного вала с кулачками, каждый из которых управляет соответствующим механизмом.
На третьем этапе автоматизации создаются системы машин – автоматические линии, выполняющие разнообразные операции обработки и контроля. Автоматической линией называется автоматическая система машин, расположенных в технологической последовательности , объединенных средствами межоперационной транспортировки, управления и автоматически выполняющих комплекс операций кроме наладки.
С точки зрения зависимости (1.1) в условиях автоматической линии рабочие движения выполняют отдельные автоматы (операции обработки, контроля и сборки). Холостые перемещения выполняют механизмы межстаночной транспортировки, накопления, ориентации, позиционирования и т.д.
Создание автоматических линий потребовало решения более сложных организационно-технологических задач. Первая
из них – создание автоматической системы межстаночной транспортировки детали с учетом неодинакового цикла обработки на отдельных автоматах, а так-же несовпадения по времени их простоев из-за возникающих неполадок. Система межстаночной транспортировки должна включать в себя магазины – накопители межоперационных заделов, устройства аварийной блокировки на случай неполадок (поломка механизма, износ инструмента…) Создание автоматических линий потребовало также создание систем активного контроля с корректировкой работы оборудования. Автоматические линии относятся к специальным средствам автоматизации, проектируются и создаются для конкретных технологических процессов и эффективны в условиях массового производства. Экономический эффект достигается за счет повышения производительности, сокращения затрат на ручной труд на вспомогательных операциях. Структурная схема автоматической линии представлена на рис.1.2.
На рис.1.2: 1,2,…,4 – автоматы; 5- накопители заделов; 6- поворотные столы; 7 – механизмы ориентации; 8 – механизмы зажима и фиксации; 9 – транспортеры; 10 – накопители заделов; 11 – кантователи; 12 – механизмы удаления стружки; 13 ,14 ,…,17 – пульт управления, командоаппарат, гидропанель управления, искатель неполадок.
Четвертым этапом автоматизации является комплексная автоматизация производственных процессов – создание автоматических цехов и заводов. С точки зрения зависимости (1.1) рабочий ход в условиях цеха или завода выполняет каждая автоматическая линия. Здесь решаются задачи автоматизации межлинейной и межцеховой транспортировки, складирования, уборки и переработки стружки, диспетчерского контроля и управления производством. Система межлинейного и межцехового транспорта реализуется с помощью транспортеров (как правило портального исполнения), элеваторов , конвейеров с автоматическим адресованием.
Пятым этапом автоматизации технологических процессов
является создание гибких производственных систем, в том числе со сменным обьектом производства для мелкосерийного и единичного производства. Автоматические линии, цеха и заводы целесообразны для применения в массовом и крупносерийном производстве. В связи с изменением стратегии производства на изготовление небольших партий деталей с различными потребительскими качествами более эффективным является гибкое автоматическое производство.
Гибкое производство – комплексное понятие , включающее в себя целый ряд компонентов.
Машинная гибкость – легкость перестройки технологических элементов ГАП для изготовления заданного множество типа деталей.
Гибкость процесса – способность производить заданное множество типов деталей , в том числе из различных материалов , разными способами.
Гибкость по продукту – способность быстрого и экономичного переключения на производство нового продукта.
Маршрутная гибкость – способность продолжать обработку заданного множества типов деталей при отказах отдельных технологических элементов ГАП.
Гибкость по объему – способность ГАП экономически выгодно работать при различных обьемах производства
Гибкость по расширению – возможность легкого расширения ГАП за счет введения новых технологических элементов.
Использование ГАП в мелкосерийном производстве дает непосредственный экономический эффект за счет высвобождения персонала и увеличения сменности работы технологического и управляющего оборудования. Обычно в первую смену производится загрузка заготовок, материалов, инструмента, тех.заданий СУ ГАП. Вторую и третью смену ГАП работает самостоятельно под наблюдением диспетчера.
Гибкое производство связано обычно с частым обновлением выпускаемых изделий. Жёсткие автоматические линии не допускают смену номенклатуры изделий, поэтому получают распространение секционные линии, составляемые из независимых агрегатных многооперационных станков, которые объединяются транспортёрами, элеваторами и конвейерами, оснащёнными механическими «пальцами» и «руками». Группы таких станков образуют секции и параллельные линии. При этом у каждого станка создаётся некоторый запас деталей для постоянной загрузки главного конвейера линии; уход за станками и смена инструмента производятся без её остановки. Станки делают блочными, с взаимосвязанными узлами, у которых сохраняются силовые установки, каретки и заменяются только приспособления, инструмент и некоторые блоки, зависящие от конструктивных особенностей изделия. У металлообрабатывающих станков с программным управлением полный автоматизм рабочего цикла достигается при сохранении универсальности станка: при обработке деталей различной конфигурации заменяется лишь программа, записанная на перфорированной или магнитной ленте.