Автоматизация технологических процессов: основные понятия и определения

Структура штучного времени (7j_1IT) может быть представлена как.

где Т₀ — основное время (время непосредственной обработки заготовки), мин; Г_всп — вспомогательное время (время дополнительных ходов инструмента, транспортировки заготовки и т. д.), мин; Т_то — время технического обслуживания рабочего места, мин; T_Qpro — время организационного обслуживания рабочего места, мин; Г_пер — время перерывов, мин.

Механизация — замена ручного труда машинным непосредственно при обработке заготовки.

Автоматизация производства — применение технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах преобразования заготовки в деталь (готовое изделие).

Цели автоматизации:

• • повышение производительности и эффективности труда;
• • повышение качества продукции;
• • повышение безопасности и экологичности производства.

Не каждый технологический процесс можно использовать в качестве исходного для создания автоматизированного оборудования. Поэтому из всего многообразия возможных вариантов обработки конкретного изделия необходимо выбрать оптимальный, обеспечивающий заданное качество и производительность при минимальной себестоимости обработки.

Станок-автомат — станок, у которого все основные и вспомогательные движения (в том числе и возобновление цикла работы) осуществляются без участи оператора.

По принципам обработки различают станки-автоматы:

• • одинарного действия — в обработке заготовки участвует только один режущий инструмент;
• • параллельного действия — в обработке заготовки участвуют несколько инструментов, работающих одновременно;
• • последовательного действия — в обработке заготовки одновременно участвуют несколько инструментов, вступающих в работу последовательно, один за другим;
• • параллельно-последовательного действия — в обработке участвуют несколько групп инструментов, инструменты одной группы работают параллельно, а группы вступают в работу последовательно;
• • непрерывного действия — в обработке заготовки (группы заготовок) участвует группа инструментов мри непрерывной подаче заготовок.

Объединение станков-автоматов в единую систему, организованную согласно ходу выполнения технологического процесса преобразования заготовки в готовую деталь (механическая обработка заготовки, межоперационное транспортирование и накопление заготовок, загрузка-разгрузка станков, автоматический контроль хода выполнения операций и т. д.) позволяет получить автоматическую линию.

Автоматическая линия — система станков, расставленных, но ходу выполнения технологического процесса, предназначенная для преобразования заготовки в готовую деталь за счет выполнения технологических операций механической обработки (сборки), межоперационного транспортирования и накопления заготовок, загрузки-разгрузки станков, автоматического контроля и т. п.

Многообразие деталей машин и технологических процессов их обработки привело к большому числу конструктивных решений и компоновок автоматических линий. Классификация автоматических линий по конструктивно-компоновочным признакам приведена на рис. 2.4.

В синхронных линиях во время обработки заготовки передаются непосредственно от одного стайка к другому через одинаковые промежутки времени, равные циклу обработки.

Рис. 2.4. Классификация автоматических линий по конструктивно-компоновочным признакам

В несинхронных линиях время обработки заготовок на позициях жестко не связано общим циклом обработки. Заготовки могут накапливаться перед рабочими позициями, что позволяет последующим позициям работать при кратковременных остановках предыдущих. Между станками или группами станков установлены бункеры — накопители или магазины для хранения деталей. Благодаря этому каждая позиция линии может работать независимо.

В стационарных линиях (в процессе обработки) заготовки не изменяют своего положения относительно станка и только после обработки перемещаются между позициями.

В роторных и цепных линиях заготовки непрерывно перемещаются. Ротор каждого станка вращается непрерывно вокруг своей оси с заданной скоростью, заготовка подается к каждому станку на обработку по конвейеру (транспортеру). Таким образом обработка заготовок совмещается с их транспортировкой.

Современное машиностроение характеризуется быстрой сменяемостью объектов производства. В этих условиях актуально построение гибкого автоматизированного производства (ГАИ) как в крупносерийном, так и в мелкосерийном производстве.

Гибкие автоматизированные производства — автоматизированные технологические системы, включающие станки с числовым программным управлением (ЧПУ), обрабатывающие центры, автоматические склады, объединенные с мини-ЭВМ, снабженные определенным набором управляющих программ и обеспечивающие автоматизацию миогономеиклатуриого машиностроительного производства.

Па рис. 2.5 представлен обрабатывающий центр ИР800ПМ8Ф4 для комплексной обработки корпусных деталей (сверление, зенкование, развертывание, растачивание отверстий по координатам, обработка деталей с поворотом стола, фрезерование плоскостей и пазов сложной конфигурации) из черных и цветных металлов.

Применение обрабатывающих центров позволяет последовательно выполнять большое число разных этапов обработки различными инструментами на одном рабочем месте без снятия заготовки со станка. В магазинах современных обрабатывающих центров можно разместить до 300 различных инструментов. Поэтому появилась возможность обрабатывать сложные корпусные детали с четырех-пяти сторон, т. е. на одном рабочем месте превратить заготовку в готовую деталь.

Для мелкои среднесерийного производства целесообразно создавать гибкие автоматизированные участки (ГАУ), работающие по схеме «станок — склад». Для крупносерийного и массового производства целесообразно создавать гибкие автоматические линии (ГАЛ), отвечающие требованиям высокоэффективного использования оборудования на основе поточного метода изготовления продукции по схеме «станок — станок».

Рис. 2.5. Обрабатывающий центр ИР800ПМ8Ф4 для комплексной обработки корпусных деталей

Гибкие автоматические линии. Характерным примером таких линий может служить гибкая автоматическая линия по изготовлению корпусных деталей (блоков цилиндров автомобильных двигателей) фирмы Toyota (Япония) (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Гибкая автоматическая линия обработки корпусных деталей:

• 1 — транспортер готовой продукции; 2 — склад готовой продукции;
• 3 — трехкоординатная измерительная машина; 4 — моечная машина;
• 5 — робот-манипулятор; 6 — обрабатывающий центр; 7 — склад заготовок; 8 — робот-штабелер; 9 — пульт управления с управляющей вычислительной машиной; 10, 13, 16 — рабочее место оператора; 11 — транспортер заготовок; 12 — ручной манипулятор; 14 — рабочее место подготовки режущих инструментов; 15 — система удаления отходов

Гибкая автоматическая линия, приведенная на рис. рис. 2.6, предназначена для обработки 80 наименований автомобильных блоков цилиндров, изготавливаемых по заказу в любой последовательности.

В состав автоматической линии входят:

• • четыре обрабатывающих центра 6 с инструментальными барабанами емкостью 40 инструментов;
• • трехкоординатная измерительная машина 3
• • автоматическая моечная машина 4;
• • автоматическая транспортно-складская система, состоящая из двух вертикальных ячеистых автоматизированных складов 2 и 7с двумя роботам и-штабел ерами 8 и автоматизированного двухдорожечного роликового транспортера с автономным приводом на каждый ролик; автоматизированного пульта управления линией с управляющей вычислительной машиной (УВМ) 9; рабочего места подготовки режущих инструментов 14; двух транспортеров (транспортер готовых деталей 1 и транспортер заготовок 11) автоматизированной системы удаления отходов 15.

Заготовки с обработанными базовыми (технологическими) поверхностями поступают по транспортеру 11 на шариковый стол, где с помощью ручного манипулятора 12 устанавливаются на специальные приспособления-спутники — палеты. На каждую заготовку приклеивается магнитный информационный носитель, в котором содержится информация о заготовке (вид, типоразмер, номер, материал).

По команде оператора 10 робот-штабслер 8 устанавливает палету с закрепленной на нем заготовкой в любую свободную ячейку склада заготовок 7, о чем считывающее устройство ячейки передаст информацию на УВМ участка. Дальнейшее руководство перемещениями палет, технологической оснастки, инструментов осуществляет управляющая вычислительная машина (возможно и ручное управление).

При освобождении от работы любого обрабатывающего центра УВМ линии, в соответствии с оперативным планом производства, переданным с УВМ участка изготовления блоков цилиндров, подается команда роботу-штабелеру 8 склада заготовок 7 на подачу в обработку очередной заготовки определенного типоразмера.

Робот-штабелер 8 извлекает палету с необходимой заготовкой из ячейки склада 7 и устанавливает на одну из дорожек автоматического транспортера 11, который получает команду от УВМ о доставке палеты с заготовкой к свободному обрабатывающему центру.

Одновременно с командой роботу-штабелеру 8 на подачу заготовки, УВМ переписывает программу обработки указанной заготовки па программоноситель обрабатывающего центра, который за время движения заготовки по транспортной системе меняет инструмент для выполнения первого перехода операции и устанавливает необходимые режимы обработки, в результате чего становится полностью готовым для работы с новой (совершенно другой по параметрам обработки) заготовкой.

По окончании обработки палета с готовой деталью перегружается роботом-манинулятором 5 на свободную ветвь транспортера 11 и перемещается в моечную машину 4. После мойки и сушки обработанная деталь поступает на трехкоординатную измерительную машину 3, где проходит контроль соответствия достигнутых параметров заданным по программе, переданной с УВМ.

В случае соответствия полученных параметров детали заданным готовая деталь поступает по транспортной системе 1 в склад 2 готовых изделий. Перед помещением в склад 2 готовых изделий робот-штабелер 8 снимает готовую деталь с палеты, которая возвращается на склад заготовок 7.

В том случае если контролируемые параметры изделия не соответствуют заданным, контрольная машина 3 вызывает оператора, который принимает решение о подналадке системы. При необходимости по команде оператора контрольная машина 3 распечатывает результаты контроля.

С целью экономии рабочего времени контроль состояния инструментов в инструментальном барабане и его смена производятся вне обрабатывающего центра на специальном рабочем месте. Для этого инструментальный барабан снимается мостовым краном со специальным поворотным устройством и тут же устанавливается новый барабан.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) — единица технологического оборудования для изготовления изделий произвольной номенклатуры. Это основная часть любой гибкой автоматической линии и любого гибкого автоматизированного участка. Примером ГПМ может служить производственный модуль СА630М01 ОАО «Стерлитамакский станкозавод» (рис. 2.7).

В состав гибкого производственного модуля СА630М01 входят:

• • токарный многофункциональный станок с Ч П У САТ630С1 ОФЗ производства ОАО «СЛОТА» (рис. 2.8);
• • портальный манипулятор производства фирмы FANUC Robotics Deutschland Gmbh (Германия) с роботом FANUC M-710iC/70T (Япония) (рис. 2.9);
• • стол-палета для укладки заготовок и обработанных деталей.

Рис. 2.7. Общий вид гибкого производственного модуля СА630М01

Рис. 2.8. Общий вид токарного многофункционального станка с ЧИУ САТ630С10ФЗ.

Грузоподъемность робота FANUC М-71ШС/70Т — 70 кг. Манипулятор берет с палеты заготовку и устанавливает ее в патрон токарного станка. После обработки заготовки с одной стороны манипулятор переворачивает ее, а после полной обработки вынимает из станка, устанавливает в патрон следующую заготовку,.

Рис. 2.9. Захват робота FANUC М-7НМС/70Т

предварительно взятую с палеты, и укладывает на палету готовую деталь.