Структура и принципы создания ГПС (гибкие производственные системы)

Характерной особенностью рассматриваемых ГПМ является наличие вспомогательного оборудования: магазин схватов (предусматривается автоматическая смена захватных устройств при подаче АТСС новых деталей или резком изменении конфигурации обрабатываемых деталей); кантователь-ориентатор (осуществляет непрерывный комплекс движений по загрузке-разгрузке оборудования, смена баз может потребовать перехват детали роботом); накопитель (складирование полуфабрикатов в тару без загрузки тары, связанной с АТСС); моечная машина; контрольно-измерительная машина.

Заготовка поступает в таре, которую располагают на приемном столе АТСС. Обработанные детали складываются в тару, которая также функционирует в системе АТСС. Управление ПР и обеспечение взаимосвязи всех устройств обеспечивается СПУ.

Рис. 3 — ГПМ изготовления корпусных деталей

1 — технологическое оборудование (станки типа ЛФ-260МФЗ 21 103Н7Ф4, ИР-320); 2 — приемо-зажимное устройство; 3 — накопительно-подающее устройство; 4 — комплект приспособлений спутников; 5 — устройство для крепления деталей на приспособлениях-спутниках; б — устройство управления модулем; 7 — устройство связи системы ЦПУ станка с устройством управления модуля

ГПМ механообработки корпусных деталей в общем случае состоит из многоинструментального станка, накопителя, столов-спутников, устройства автоматической загрузки-выгрузки столов-спутников со стола станка, замены режущего инструмента, уборки стружки, контрольно-измерительной системы.

ГПМ механообрабатывающего производства корпусных деталей Рассмотрим структуру и принцип работы многономенклатурных ГПМ механообработки корпусных деталей (на примере ГПЛ типа АПЛ-3−2) как наиболее сложных из всех видов ГПМ механообработки.

Конструкторско-технологическая характеристика корпусных деталей, обрабатываемых в ГПМ модели АЛП-3−2

Корпусные детали (рис. 4) изготавливаются в основном литьем из мягких алюминиевых (реже, чугунных или магниевых) сплавов или из поковок. Корпусные детали обрабатываются по наружным поверхностям, которыми они стыкуются с другими деталями и узлами. Стыковочные поверхности в большинстве корпусных деталей имеют хороший доступ для обработки режущим инструментом и располагаются под углом 90°. В некоторых деталях стыковочные поверхности ограничены уступами криволинейной (цилиндрической) или прямоугольной формы, которые также подлежат обработке.

В корпусных деталях имеется большое количество соединительных каналов-отверстий, отверстий сложной формы с канавками прямоугольного или фасонного профиля и крепежных отверстий с резьбой., которыми они стыкуются при сборке с другими деталями, что вызывает высокие требования к отклонению взаимного расположения поверхностей.

Все это приводит к тому, что обработка таких деталей на автоматизированных линиях является технологически необходимой, особенно при серийном производстве.

Типовой технологический процесс изготовления корпусных деталей (на уровне маршрутной технологии) включает в свой состав следующие типовые технологические операции:

литье под давлением (в формы);

зачистка отливки от облоя и литников;

фрезерная обработка;

сверлильная обработка;

резьбонарезная обработка;

чистовая обработка поверхностей и отверстий (снятие заусенцев);

контроль геометрических размеров и шероховатости поверхностей.

Состав и структура ГПЛ модели АЛП-3.2

Комплекс АЛП-3−2 скомпонован на базе однотипных многооперационных станков с ЧПУ, которые отличаются широкими технологическими возможностями, обеспечивающими производительную обработку корпусных деталей при разнообразии их форм, размеров, технологических параметров. Станки позволяют выполнить стыковку с транспортно-накопительными системами обрабатываемых деталей и инструментов.

Рис. 4 — Структурная схема ГПЛ АЛП-3.2

1 — центральный накопитель инструментальных насадок; 2 — многооперационные станки с ЧПУ; 3 — инструментальные роботы-автооператоры; 4 — агрегаты подъема и спуска инструментальных кассет; 5 — участок настройки инструмента вне станка; 6 — конвейер уборки стружки; 7 — штабе-лер

АТС-2; 8 — позиция загрузки-разгрузки АТС-2; 9 — позиция многооперационного контроля; 10 — штабелер автоматизированного склада; 11 —отделение комплектации заготовок; 12 — отделение окончательной доработки деталей; 13 — отделение мойки деталей; 14 — отделение окончательного контроля деталей; 15 — помещение обслуживающего персонала

В состав комплекса АЛП-3−2 (рис. 2.11) входят: четыре пятикоординатных станка СМ630Ф44, три шестикоординатные станка СМ400Ф45 с магазинами на 60 инструментов каждый; один пятикоординатный станок СТ400Ф45 с ЧПУ и автоматической сменой инструментов с магазином на 60 инструментов для глубокого сверления отверстий ружейными сверлами; АТС (автоматическая транспортно-складская система) обрабатываемых деталей (спутников) типа АТС-2; автоматизированная транспортно-накопительная система инструментального обеспечения станков комплекса типа СИО-1; отделение комплектации заготовок с автоматизированным стеллажом; отделение наладки инструментов и приспособлений вне станков комплекса; отделение окончательного контроля обработанных деталей; автоматизированный элеваторный склад инструментов; система автоматизированного удаления стружки; отделение ручной окончательной обработки деталей; отделение автоматизированной промывки обработанных деталей; отделение механиков по обслуживанию и наладке оборудования комплекса; отделение управляющего вычислительного комплекса (УВК); комната диспетчера и сменного мастера с центральным пультом управления комплексом.

Автоматизированная система управления АЛП-3−2

Автоматизированная система управления АЛП-3−2 имеет двухуровневую иерархическую структуру управления, включающую: нулевой уровень локальных устройств ЧПУ станками, штабелерами, роботами-операторами и пультами операторов; первый уровень управления АТС-2 и СИО-1 и станками комплекса от УВК (ЭВМ СМ2М) через устройство связи (УСО) с объектом (с устройствами ЧПУ нулевого уровня).

Первый уровень структуры комплекса технических средств (КТС) выполнен на базе двухмашинного вычислительного комплекса, состоящего из двух ЭВМ СМ2М. Первый уровень АСУ включает специализированное устройство покадрового распределения сменного комплекта программ обработки деталей, хранящихся на магнитных дисках.

Первый уровень АСУ обеспечивает собственно процесс обработки заготовки от загрузки обрабатываемых деталей и инструмента, собственно процесс обработки (контроль состояния и износа инструмента, пуск и остановка комплекса, собственно обработка заготовки) до выгрузки обработанных заготовок.

Система управления состоит из головной программы и трех основных подсистем, которые соответственно управляют станками, АТС обрабатываемых деталей и СИО.

Головная управляющая программа осуществляет распределение машинного времени между подсистемами управления, руководит вводом и выводом информации, осуществляет сборку системы, а также реализует работу системы управления в режимах запуска, рабочем, наладочном и в режиме планового останова.

В режиме запуска система управления проверяет готовность всего оборудования и устройств комплекса к совместной работе с системой управления и выводит в исходное положение станки, штабелеры и роботы-автооператоры. К моменту запуска комплекса приемно-передающие агрегаты также должны находиться в исходном положении.

В случае неисправности отдельных устройств и станков комплекса возможен переход в иные режимы работы — от частичной работы системы без отдельных устройств и станков до работы только отдельных станков или перевода работы отдельными агрегатами в ручной режим оператором-станочником.

Наладочный режим работы системы управления используется в случае возникновения неисправностей в устройствах и станках комплекса. В наладочном режиме система управления останавливает работу всех подсистем управления, после чего оператору ЭВМ разрешается вводить в систему управления наладочные команды, с помощью которых производится восстановление работоспособности системы управления.

Система управления обеспечивает планово-предупредительный вывод деталей на проверку, контроль за выработкой лимита стойкости инструмента и за работой нового инструмента. В системе управления предусмотрена возможность восстановления системы после сбойных ситуаций, возникающих в ЭВМ и при рассогласованиях модели управления с состоянием станков, АТС-2 и СИО-1 комплекса.

Автоматизированная транспортно-складская система АТС-2

В АТС-2 входят стеллаж-накопитель спутников, два штабелера, восемь приемно-передающих агрегатов спутников у станков, два приемно-передающих 'агрегата у позиций загрузки-разгрузки деталей; два приемно-передающих агрегата у позиций межоперационного контроля деталей.

Стеллаж имеет 176 ячеек с ложементами для установки спутников (как с закрепленными на них деталями, так и без деталей), расположенных в два ряда по высоте. В нише, расположенной в верхней части накопителя, смонтированы механизмы подвески электрических кабелей, соединенных с электродвигателями штабелеров.

Транспортирование обрабатываемых заготовок в АТС-2 и обработка Деталей на станках комплекса производится на спутниках.

Штабелер состоит из следующих основных узлов: самоходной тележки; стойки, смонтированной на тележке; каретки с телескопическим столом, перемещающейся по направляющим стойки. Телескопический стол имеет платформу для приема спутника, которая выдвигается в обе стороны на ±760 мм. Штабелер перемещается вдоль стеллажа-накопителя и станков (по оси X) по напольным направляющим, обеспечивает перемещение каретки по направляющим стойкам (по оси У), а также выдвижение платформы телескопического стола (по оси Z) от электродвигателя постоянного тока. В штабелере предусмотрено ручное перемещение вдоль стеллажа.

Приемно-передающие агрегаты спутников АТС-2

В качестве средств передачи спутников на станки, рабочие позиции «загрузка-разгрузка», позиции контроля и обратно применяются три типа приемно-передающих агрегатов, конструкции которых несколько отличаются друг от друга. Приемно-передающие агрегаты, расположенные у станков моделей СМ40ОФ45 и СТ400Ф45, устанавливают спутник с заготовкой в приспособление станка в вертикальном положении. В этих агрегатах поворот платформы телескопического стола со спутником из горизонтального положения в вертикальное и обратно осуществляется кантователем.

Приемно-передающие агрегаты, расположенные у станков модели СМ63ОФ44, устанавливают спутник с заготовкой в приспособление станка в горизонтальном положении, поэтому в агрегате этого типа «кантователь телескопического стола» отсутствует.

Рабочие места операторов позиций «Загрузка-разгрузка» и межоперационного контроля деталей. Рабочие места оператора позиций «Загрузка-разгрузка» и межоперационного контроля деталей оснащены стойкой, на которой смонтированы устройства отображения, дисплей и телефонный аппарат для прямой связи со сменным мастером комплекса и оператором ЭВМ. На позиции контроля установлен стеллаж для хранения мерительного инструмента. Все рабочие позиции операторов оснащены пультами управления приемно-передаюшими агрегатами и пультами связи с ЭВМ.

Автоматизированная транспортно-накопительная система инструментального обеспечения СИО-1 включает: эстакаду, центральный накопитель инструментальных наладок, три инструментальных робота-автооператора, два агрегата, обеспечивающих подъем и опускание инструментальных кассет.

4.

Заключение

литература На сегодняшний день ГПС являются наиболее современной формой автоматизации производственного процесса. Совмещая в себе сильные стороны мелкосерийного и серийного производств (широкая номенклатура продукции) и массового производства (автоматизирование процесса изготовления на ограниченной номенклатуре оборудования) ГПС будут и дальше охватывать выпуск новых видов продукции, находить себе применение в новых областях. Несмотря на то, что процесс информационного перевооружения производства уже сделал следующий шаг, к созданию компьютеризированного интегрированного производства (КИП), что подразумевает создание интегрированной информационной системы предприятия и позволяет более эффективно решать вопросы разработки и проектирования изделий, подготовки производства, планирования и управления производством, в основе КИП лежат те же гибкие производственные системы.

Последним, что хотелось бы отметить, что системы ГПС, а тем более системы КИП, являются весьма дорогим производством, требующим значительных капиталовложений. В период 1985;1995 гг. в разных странах было создано около 20 КИП с различным уровнем автоматизации, из которых восемь выпускали металлорежущее оборудование, четыре — изделия для аэрокосмической промышленности (в США), остальные КИП были ориентированы на выпуск различных агрегатов широкой номенклатуры, включая компоненты вычислительной техники и электрических машин.

1) Васильев В. Н. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1986. — 312с., ил.

2) Гибкие производственные системы электронной техники: [Учеб. пособие для ПТУ] / Александрова А. Т., Ермаков Е. С., М. Высш. шк. 2004. — с.

318.

3) Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робототехнические комплексы: В 14-ти кн./ В. В. Земляной; Под ред. Б. И. Черпакова. — М.: Высш. шк. 1989 г.

Кн. 10: Гибкие автоматизированные линии массового и крупносерийного производства /Б.И.Черпаков, В. В. Земляной, А. Н. Феофанов и др. / А. Н. Феофанов, Б. И. Черпаков. — 1989. — 111 с.: ил.

4) ГОСТ 26 228–90 «Системы производственные гибкие. Термины и определения, номенклатура показателей». М. 1990 г. — 9 с.

5) Научно-технические аспекты разработки и реализации программы создания АЗ / Под ред. Б. И. Черпакова — М.: ЭНИМС, 1991. — 212с, ил.

6) Нейман З. Н. Внутризаводское технико-экономическое планирование на машиностроительном предприятии. — Л.: Машиностроение, 1989 — 176с.

7) Потехин И. П. Логистика и компьютеризированные интегрированные производства // Автоматизация и современные технологии. — 2002. — № 2. — С.34−36.

8) Черпаков Б. И. Реализация программы создания автоматизированных заводов // Станки и инструмент. — 1992. — № 9. С.2−5.

9) Роботизированные технологические комплексы / Г. И. Костюк, О. О. Баранов, И.

Г. Левченко, В. А. Фадеев — Учеб. Пособие. — Харьков. Нац.

аэрокосмический университет «ХАИ», 2003. — 214с.

10) Харченко А. О. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие для студентов вузов. — К.: ИД «Профессионал», 2004. — 304 с.