Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

3.1. Принципы построения и примеры автоматизированных производственных систем

Автоматизированные производственные системы создаются на базе соответствующего оборудования в зависимости от отрасли и типа производства. Оборудование может быть универсальным, аг­регатным, специальным и специализированным. Это могут быть автоматы, полуавтоматы, обрабатывающие центры, станки с ЧПУ.

Для объединения в АПС используются гибкие или жесткие транс­портные устройства. В частности, для серийного и мелкосерийного производства характерно создание АПС из универсальных и агре­гатных станков, обрабатывающих центров, станков с ЧПУ с гибкой связью, предполагающей наличие межоперационных накопителей.

Для крупносерийного и массового производства характерно создание АЛ из специальных и специализированных станков, объе­диненных жесткой связью, которая устанавливается при большой дифференциации технологического процесса, высокой надежнос­ти оборудования. В этих же типах производства применяются и ро­торные линии, которые состоят из вращающихся агрегатов (рото­ров), выполняющих рабочие и транспортные операции соответ­ственно на рабочих и транспортных роторах. Роторные линии мо­гут быть как с жесткой, так и с гибкой (с накопителями) связью между роторами.

Разрабатываются конструкции переналаживаемых роторов и АЛ из них, что создает возможность использования их в переналажи­ваемом производстве.

В зависимости от межстаночного транспорта АЛ классифици­руются следующим образом:

• со сквозным транспортом без перестановки изделия;

• с транспортной системой с перестановкой изделия;

• с транспортной системой с накопителями.

По видам компоновки (агрегатирования) различают следую­щие АЛ:

• однопоточную;

• параллельного агрегатирования;

• многопоточную;

• скомпонованную из роботизированных ячеек. Последняя линия получила преимущественное развитие в силу

возможности создания переналаживаемых производств.

61

Число позиций в автоматизированных производствах зависит от степени дифференциации и концентрации. Число позиций под­считывают и выбирают оптимальным с точки зрения получения наибольшей производительности и надежности. Критериями вы­бора различных компоновок, структуры, состава с учетом харак­теристик и функциональной взаимосвязи являются в конечном счете производительность и гибкость АЛ.

Высокие темпы технического прогресса требуют соответствующе­го технического оснащения производства.

Оснащение должно иметь высокую мобильность, т.е. возмож­ность выпуска широкой номенклатуры деталей и изделий. Эта ха­рактерная черта серийного производства приобретает важную роль в машиностроении.

С этой целью создаются переналаживаемые ПС, обладающие свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры. Организационными уровнями таких систем являются производственный модуль (ПМ), автома­тизированные линия (АЛ), участок (АУ), цех (АЦ).

Производственным модулем называют состоящую из единицы тех­нологического оборудования систему, оснащенную автоматизиро­ванным устройством программного управления (ПУ) и средства­ми автоматизации технологического процесса, автономно функ­ционирующую и имеющую возможность быть встроенной в систе­му более высокого уровня. Производственный модуль может вклю­чать в себя станок с ЧПУ или обрабатывающий центр, контрольно-измерительную систему, погрузочно-разгрузочную и транспорт-но-накопительную системы с локальным управлением технологи­ческой единицы оборудования. Структурные компоненты ПМ ука­заны на рис. 3.1.

Частным случаем ПМ является производственная ячейка (ПЯ) — комбинация из элементарных модулей с едиными системами из­мерений, инструментообеспечения, транспортно-накопительной и погрузочно-разгрузочной системами, с групповым управлением. Как и ПМ, ПЯ должна обладать возможностью быть встроенной в систему более высокого уровня. Структурные компоненты гибкой ПЯ приведены на рис. 3.2.

Автоматизированная линия — переналаживаемая система, со­стоящая из нескольких ПМ и (или) ПЯ, объединенных единой транспортно-складской системой и системой АСУ ТП. Оборудова­ние АЛ (рис. 3.3) размещено в принятой последовательности тех­нологических операций.

В отличие от АЛ на переналаживаемом автоматизированном уча­ стке предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования. Как АЛ, так и АУ (рис. 3.4) могут содержать отдельно функционирующие единицы технологического оборудования.

62

 

 

1/	2 н	И
	1
	5 ___________ ,

Рис. 3.1. Структурные компо­ненты производственного мо­дуля:

/ — контрольно-измерительное устройство; 2 — станок с ЧПУ; .? — управляющее устройство; 4 — погрузочно-разгрузочное устрой­ство; 5 — транспортно-накопи-тельное устройство

Рис. 3.2. Структурные компоненты гиб­кой производственной ячейки:

/ — контрольно-измерительная система станка; 2 — станок с ЧПУ или обрабаты­вающий центр; 3 — приемный стол; 4 — мини-ЭВМ; 5— погрузочно-разгрузочное устройство; 6 — конвейер; 7 — накопи­тель; 8 — контрольно-измерительная сис­тема ячейки

 

 

 

7	2           3     4 r _U-~, Х -'-, V, \i-, д miMDHDi j|         |i If — || i □ ! i □ I
	6                      1
	4

Рис. 3.3. Структурные компоненты гибкой автоматизированной линии:

I, 2 — гибкие производственные ячейки; 3, 4 — гибкие производственные модули; 5— управляющая ЭВМ; 6— транспортная система; 7— склад

^     /  t =

Рис. 3.4. Структурные компоненты гиб­кого производственного автоматизиро­ванного участка:

1,2, 3— гибкие автоматические линии; 4 — склад; 5 — гибкий производственный мо­дуль; 6 — гибкая производственная ячей­ка; 7 — управляющая ЭВМ

^ Ш Ш —

63

Каждый структурный компонент гибких систем технически представляет собой законченное целое и имеет свою локальную систему управления, что позволяет ему эффективно функциони­ровать как индивидуально, так и в составе переналаживаемого производства и, прежде всего, в составе автоматизированного цеха, состоящего из ПМ, ПЯ, АЛ, АУ, объединенных единой АСУ и предназначенного для изготовления изделий заданной номенкла­туры. В состав АЦ могут входить отдельно функционирующие неав­томатизированные участки.

На базе крупных АУ и АЦ можно организовать комплексно ав­томатизированное переналаживаемое производство с использова­нием автоматизированных систем: проектирования (САПР), тех­нологической подготовки производства (АСТПП), управления про­изводством (АСУП), научных исследований (АСНИ), контроля и измерения объектов (АСКИО) и др.

3.2. Выбор технологического оборудования и промышленных роботов в условиях автоматизированного производства

Выбор технических средств для автоматизированного производ­ства — один из важнейших этапов, определяющих структурно-ком­поновочные решения, организационные и технологические воз­можности, эксплуатационные расходы и другие показатели про­изводства.

Исходной информацией для выбора оборудования и промыш­ленных роботов (ПР) являются сведения об изготовляемых дета­лях и организационно-технологических условиях их изготовления. Подбор и группирование деталей для изготовления на автомати­зированном участке выполняют с учетом следующих характеристик:

1) конструктивно-технологическое подобие деталей, т.е. сход­ство по габаритным размерам, массе, конфигурации, харахтеру конструктивных элементов, требованиям к точности обработки и качеству обрабатываемых поверхностей, числу обрабатываемых поверхностей;

2) максимальная степень завершенности маршрута обработки деталей на автоматизированном участке без прерывания маршрута обработки для выполнения каких-либо специфических операций (термической обработки, доводки и др.);

3) подобие используемой оснастки и инструментов;

4) наличие у деталей четко выраженных признаков ориента­ции, однородных по форме и расположению поверхностей для базирования в приспособлениях-спутниках или захвата захватны­ми устройствами ПР.

Подобранная группа деталей с учетом годовой программы вы­пуска, размера и частоты повторяемости каждого типоразмера,

64

числа переналадок должна обеспечить загрузку оборудования при двух-, трехсменной работе.

На основе подобранной группы деталей с учетом видов обра­ботки и трудоемкости проводится выбор типажа требуемого обо­рудования, приспособлений, ПР, характера и маршрута транс­портирования деталей. На этом этапе определяется компоновка автоматизированного производственного участка, рассчитывают­ся вместимость автоматизированного склада, число спутников, выполняется оптимизация пространственного расположения обо­рудования.

Ввиду многовариантности структурно-компоновочных реше­ний проектируемого производственного участка расчет многих его параметров целесообразно выполнять с помощью ЭВМ. Ав­томатизированные производственные системы относят к боль­шим техническим системам, которые характеризуются наличи­ем взаимосвязанных объектов, сложной связью информацион­ных и материальных потоков, возникновением в процессе рабо­ты различных случайных воздействий. Расчет на ЭВМ методом имитационного моделирования дает возможность получить ос­новные характеристики различных компоновок производствен­ных систем с учетом возможных случайных производственных ситуаций.

Для определения состава оборудования, включаемого в автома­тизированные переналаживаемые системы, необходима показатель­ная проработка технологических процессов всех деталей, обраба­тываемых в системе. В первую очередь разрабатывают технологи­ческий процесс на деталь, имеющую наибольшее число обраба­тываемых поверхностей, при этом намечают первоначальную спе­циализацию оборудования и выявляют необходимые технологи­ческие характеристики для оборудования с ЧПУ. Технологические процессы для остальных деталей группы строят в соответствии с принятым типовым маршрутом и с учетом намеченной специали­зации оборудования.

Исходя из разработанных технологических процессов, выявля­ют технологические характеристики станков, на основании кото­рых подбирают станки из имеющегося парка (в соответствии с каталогом станков с ЧПУ) или разрабатывают и используют спе­циализированное оборудование. Так как наиболее распространен­ным методом изготовления изделий в машиностроении является обработка резанием, то наибольшее применение на производстве находят металлорежущие станки.

При подборе станков необходимо учитывать возможность их встройки в АПС. Для этого они должны иметь однотипные автома­тические устройства для загрузки и закрепления приспособлений-спутников, одинаковые устройства ЧПУ и достаточную вмести­мость магазинов инструментов. Таким образом, в состав АПС вклю-

Ззак. 519

65

чают станки с ЧПУ, параметры которых обеспечивают реализа­цию технологических процессов обработки определенной группы деталей. Туда же могут встраиваться и универсальные станки или специализированное оборудование, не оснащенное ЧПУ, а также станки без устройств для автоматической загрузки деталей.

Необходимое число единиц основного оборудования проекти­руемого участка подсчитывают отдельно по номенклатуре и каж­дому типоразмеру с учетом прололжительности Т_а„ отдельных (штучных) операций технологического процесса, выполняемого на данном оборудовании, программы и номенклатуры выпускае­мых деталей или изделий.

Выбор основного технологического оборудования

Анализ многообразия деталей, подлежащих автоматизирован­ной обработке, и известных ЛУ показывает, что можно выделить два основных типа производственных участков, различающихся оборудованием, средствами автоматического транспортирования, структурно-компоновочными решениями, — это автоматизирован­ные участки для изготовления деталей типа тел вращения (валов, дисков, фланцев, шестерен) и корпусных деталей.

Технологический маршрут изготовления легален типа тел вра­щения обычно состоит из предварительной или окончательной токарной обработки, сверлильно-фрезерных операций, термичес­кой обработки и шлифования. Для автоматизированного изготов­ления таких деталей неприемлем способ закрепления их в приспо­соблениях-спутниках. Это связано с тем, что детали типа тел вра­щения при обработке закрепляются в патронах и получают враще­ние вокруг оси.

Основной путь автоматизации процесса изготовления деталей типа тел вращения — использование станков с ЧПУ и промыш­ленных роботов. Заготовки располагаются на призмах или пазах в накопителях без жесткого закрепления.

Токарные станки с ЧПУ выбираются в зависимости от габарит­ных размеров и массы заготовок с корректировкой на точностные возможности оборудования (табл. 3.1, 3.2).

Фрезерные, сверлильные, протяжные, зубообрабатывающие, шлифовальные станки дополняют токарные и выбираются в зависи­мости от технологических маршрутов изготовления деталей группы.

Совместить токарную обработку с фрезерованием, сверлени­ем, растачиванием деталей типа тел вращения можно при исполь­зовании токарных многоцелевых станков (табл. 3.3).

Автоматизированные участки для обработки корпусных де­талей в основном состоят из многооперационных станков с ЧПУ типа обрабатывающего центра, объединенных системой автомати­ческого транспортирования деталей с автоматизированным скла-

66

Таблица 3.1

Рекомендуемые модели станков с ЧПУ для автоматизированной обработки деталей тела валов

 

 

Максимальные параметры заготовки			Высота сек центров станка, мм		Модель станка
Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, кг	над станиной	над суп­портом
20	250	2	250	125	1И611ПМФЗ, 1П717ФЗ
50	500	10	320	200	16Б16Т1, 1713ФЗ, 16Б16ФЗ
80	1000	40	400	250	16К20Т1, 1720ПФЗ, 16К20ФЗ
160	1400	160	630	400	16К30ФЗ, 1740РФЗ, 1Б732ФЗ

лом. В АУ используют также координатно-измерительные, моеч­ные машины и другое дополнительное оборудование.

Конструктивно-технологические характеристики корпусных деталей и рекомендуемые модели серийно изготавливаемых мно-гооперационных станков с ЧПУ приведены в табл. 3.4.

При большой программе выпуска деталей в автоматизированных участках используют станки с ЧПУ со сменными многошпиндель­ными головками.

Такие станки создаются из комплекта унифицированных уз­лов, включающего станину, силовой стол, привод главного дви­жения, магазин сменных многошпиндельных головок. Много-

Таблица 3.2

Рекомендуемые модели станков с ЧПУ для автоматизированной обработки деталей типа дисков

 

 

Максимальные параметры заготовки			Модель станка
Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, кг
160	100	10	1П717ФЗ, 1П420ПФ40, 11Б40ПФ4
250	200	40	16Б16Т1, 16К20ФЗ, 1720ПФЗО
320	250	80	16К20Т1, 16К20ФЗ, 1740РФЗ
400	320	160	1П752МФЗ, (П756ДФЗ, 1П717ФЗ

3*                                                                                                 67

Табл ица 3.3

Рекомендуемые модели токарных многоцелевых станков для автоматизированной обработки деталей типа тел вращения

 

 

Максимальные параметры заготовки			Модель станка
Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, кг
200	160	40	ИРТ180ПМФ4
220	500	150	СТМ220К
320	450	300	СТМ320К
400	1500	1500	1740РФ4
450	630	800	СТМ450
560	1000	1900	1757Ф4

Таблица 3.4

Рекомендуемые модели многоцелевых станков с ЧПУ для автоматизированной обработки корпусных деталей

 

 

 

 

 

 

Максимальные параметры заготовки				Станок
Длина, мм	Шири­на, мм	Высо­та, мм	Масса, кг	Модель	Тип
200	200	320	60	ИР200ПМФ4	М ногоцелевой горизонтальный
320	250	320	100	6902ПМФ2	Горизонтально-фрезерный с ЧПУ
320	320	400	150	ИР320ПМФ4	Многоцелевой горизонтальный
400	500	500	300	2204ВМФ4	Многоцелевой горизонтальный
400	630	500	300	2254ВМФ4	Многоцелевой вертикальный
400	900	450	400	400V
400	1600	250	400	ГФ2171С6
500	400	500	300	6904ВМФ4	Горизонтально-фрезерный с. ЧПУ
500	500	500	700	ИР500ПМФ4	Многоцелевой горизонтальный
500	500	800	800	ИС500ПМФ4
500	630	500	400	ГДВ500	Многоцелевой вертикальный
500	1000	750	700	2С150ПМФ4
600	1250	600	800	600V

68

Окончание табл. 3.4

 

 

 

Максимальные параметры заготовки				Станок
Длина, мм	Шири­на, мм	Высо­та, мм	Масса, кг	Модель	Тип
630	630	630	600	Суперцентр 630	Многоцелевой горизонтальный
630	800	800	800	2206ВМФ4
800	630	630	500	6906ВМФ2	Горизонтально-фрезерный с ЧПУ
800	800	800	1500	ИР800ПМФ4	Многоцелевой горизонтальный
800	800	800	2000	ИР800ПМФ4

шпиндельные головки содержат несколько инструментов, кото­рые за одну рабочую подачу одновременно производят обработку детали.

Корпусные детали в основном закрепляются в одноместных или многоместных приспособлениях-спутниках и транспортиру­ются при помощи рольгангов или конвейеров между станками и автоматическим складом. ПР для транспортирования корпусных деталей используются редко, только в тех случаях, когда корпус­ные детали имеют небольшие габаритные размеры и развитые базы.

Приспособления-спутники имеют форму прямоугольной пли­ты, на верхней части которой закрепляются обрабатываемые дета­ли, а нижняя часть имеет специальные пазы и отверстия для бази­рования на накопителях, транспортных средствах или рабочих столах станков. Таким образом, спутники имеют функцию не только ста­ночных приспособлений, но и приспособлений для транспорти­рования и хранения деталей на складе.

Выбор промышленных роботов для обслуживания технологического оборудования

Одним из основных преимуществ ПР является возможность быстрого переналаживания для выполнения операций, различаю­щихся последовательностью и характером действий. Поэтому при­менение ПР наиболее эффективно при частой смене изделий в условиях многономенклатурного серийного производства. Однако и в массовом производстве оснащение АЛ промышленными робо­тами для автоматизации операций установки и снятия деталей и их межстаночного транспортирования исключает необходимость создания при проектировании АЛ новых транспортных средств, что существенно снижает стоимость таких АЛ, повышает их гиб­кость и возможность комплектации изделий.

69

Применение ПР способствует выравниванию и стабилизации работы оборудования, увеличивает загрузку оборудования, обес­печивает гибкость (быструю переналадку) при смене изделия, улуч­шает условия труда в автоматизированном производстве. При этом ПР должны иметь:

1) достаточный технический уровень для обслуживания слож­ного технологического оборудования;

2) соответствующие технические характеристики (грузоподъ­емность, скорость срабатывания, точность позиционирования, тип программного устройства);

3) стыкуемость с обслуживаемым оборудованием по всем пара­метрам;

4) высокую надежность, достаточную универсальность, малое время переналадки;

5) возможность повышения технико-экономических показате­лей обработки (низкий уровень брака, высокая производитель­ность).

При выборе ПР необходимо учитывать следующее:

1) соответствие массы манипулируемого объекта грузоподъем­ности ПР;

2) соответствие зоны, в которой должно проводиться манипу­лирование, рабочей зоне робота;

3) соответствие траектории, скорости и точности движений кинематическим и точностным возможностям ПР;

4) возможность захватывания детали захватным устройством;

5) возможность построения траектории перемещения схвата робота между заданными точками в рабочей зоне.

Для АУ целесообразно использовать группу однотипных ПР — при этом упрощается их обслуживание и наладка. При выборе ПР можно руководствоваться рекомендациями табл. 3.5.

Выбранное оборудование и ПР могут быть скомпонованы в раз­личных вариантах. При небольшом цикле обработки детали можно использовать робот для обслуживания одного станка. В случае боль­шой длительности цикла обработки детали можно расположить группу станков вокруг одного робота или перемещать робот на транспортной тележке вдоль станков. Для сокращения времени обслуживания станка роботы оснащают двумя схватами или од­ним двухзахватным схватом. Приблизительное число станков, об­служиваемых одним роботом, можно определить по формуле

/ к

"ст     .   ^т '>

*зан

где t_MC — машинное время работы станка; z^,, —время работы ПР (смена инструмента, загрузка-выгрузка изделий); £₃ — поправоч­ный коэффициент запаса, учитывающий паузы, сбои в работе. При циклической работе принимают к_л = 0,7.

70