Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
Кафедра «ТМ, МС и И»
Учебное пособие
по курсу: «Станочные системы»
Специальность 1501 и 1505
Доцент Ведерников Ю.А.
ИНЭКА
2009
I. Автоматические линии с жесткими связями.
Автоматическая линия - группа технологического оборудования, установленная согласно технологическому процессу и связанная между собой автоматической транспортной системой.
Автоматические линии для изготовления деталей с выполнением разнообразных операций механической обработки, сборки, контроля, упаковки и других операций классифицируют по различным знакам. На рис. 1 приведена разработанная в ЭНИМСе классификация линий по основным признакам. По принципу работы линии подразделяют на два класса: синхронные и несинхронные. На синхронной автоматической линии заготовки во время обработки передаются непосредственно от одного станка к другому без транспортировки в магазины-накопители или бункера (рис. 1, а
Несинхронные линии (рис.1,б) состоят из станков, каждый из которых снабжен бункером (или магазином-накопителем) для хра нения деталей и автоматическим загрузочно-разгрузочным устрой ством. Синхронные и несинхронные линии проектируют как с при способлениями-спутниками, так и без них (рис.1, в, г)
Автоматические линии могут состоять из одно- и многопозиционных стан ков со сквозным или несквозным транспортером (рис.1, д, е) Сквозной транспортер — наиболее простой, поэтому линии с таким транспортером получили широкое распространение. Линии с несквозным (верхним и фронтальным) транспортером проектируют в том случае, если конструкции станков не позволяют осуществит] сквозную транспортировку изделий. Недостатки таких линий — и: сложность и необходимость иметь на каждой рабочей позиции свое загрузочно-разгрузочное устройство. Станки объединены жестким транспортером и образуют прямоточную (неветвящуюся) линию или отдельные секции линий с ветвящимися потокам] (рис.1, ж, з).
По характеру транспортировки изделий в процессе обработки или сборки линии можно подразделить на стационарные и роторные (рис.2). На стационарной линии детали в процессе обработки не изменяют своего положения относительно станка и лишь после окончания обработки на очередной позиции транспортируются на следующую позицию. На роторных линиях детали перемещаются непрерывно. Каждый роторный станок вращается непрерывно вокруг своей оси с определенной скоростью. Часть времени, затрачиваемая на обработку деталей, совмещается с транспортировкой, остальное время идет на. подвод и отвод инструмента и передачу деталей от одного станка-ротора к другому.
По технологическому назначению различают линии для выпол нения одного вида операций (например, обработка деталей резани ем, сборка "изделий, термообработка и т. д..) и комбинированные линии для выполнения нескольких видов операций (например, меха ническая обработка сочетается со сборочными операциями, конт ролем, упаковкой и т. д.). Несмотря на то что в последние годы появились линии, сочетающие различные виды операций, в маши ностроительной промышленности большинство линий предназначено для одного вида операций обработки деталей.
По типу применяемого оборудования автоматические линии подразделяют на линии из универсальных, агрегатных, специализиро ванных и специальных станков (рис.2).
Линии из агрегатных и специализированных станков применяют в крупносерийном и массовом производстве (например, многорезцовые одношпиндельные и многоинструментные многошпиндельные токарные полуавтоматы, фрезерные, зубообрабатывающие, шлифовальные и другие станки, встраиваемые в автоматические ли нии). Как правило, линии из станков токарно-шлифовальной группы применяют при обработке деталей типа тел вращения, линии из агрегатных станков — для корпусных деталей, типа рычагов, дисков, цилиндров, в большинстве случаев неподвижных в процессе обработки.
Линии из универсальных станков применяют в серийном и мелкосерийном производстве. В этом случае необходима частая переналадка оборудования на изготовление ряда однотипных деталей, Универсальные станки по сравнению со специальными многоинструментными создают возможность быстрой переналадки линии на изготовление других деталей, обрабатываемых по тому же технологическому маршруту, но отличающихся размерами, формой и требующих других режимов обработки. Если переналадка необходима через короткие промежутки времени, иногда несколько раз в смену, т. е. при обработке деталей мелкими партиями, создают линии из универсальных станков с программным управлением. В том случае программа не только автоматически управляет работой станков, но и осуществляет их переналадку при переходе на новые детали.
Линии из специальных станков и устройств применяют в массовом производстве в том случае, когда деталь по тем или иным причинам не может быть обработана на станках, выпускаемых серийно.
Линии из непрерывно вращающихся роторов (роторные линии) также применяют только в массовом производстве, так как они обеспечивают высокую производительность и не окупаются при не достаточной загрузке. В силу ряда технологических особенностей эти линии используют при обработке простых по конструкции деталей, требующих для полной обработки небольшого количества переходов.
Важная стадия проектирования — распределение операций по позициям (станкам) автоматической линии. На атом этапе определяют длину и число участков линии, число станков, силовых головок на каждой позиции и инструментов каждой силовой головки. Помимо последовательности выполнения операций, заданной технологическим процессом изготовления детали, на построение схемы автоматической линии большое влияние оказывает выпуск де-алей, который должна обеспечивать линия при соблюдении важного условия — обработки деталей на наименьшем количестве танков.
Наиболее простая схема компоновки автоматической линии по казана на рис. 3, а, где станки обрабатывают детали с одной или нескольких сторон. В начале линии рабочий или автооператор / Останавливает заготовку на загрузочную позицию, а транспортер подает ее на рабочую позицию 1. После обработки инструментами 1,вух силовых головок деталь перемещается к следующей позиции. В конце линии автооператор 2 снимает обработанные, детали и передает их на следующие операции или на сборку. По этой схеме проектировали большинство автоматических линий в первоначальный период их развития. Предназначались они для частичной обработки корпусных деталей автомобилей и. тракторов. На такой линии полностью можно обработать лишь очень простую деталь. (Сложные детали должны обрабатываться с четырех и шести сто рон. Для этого проектируют линии из двух-трех участков, между которыми помещают устройства для поворота деталей. На рис. 3, б показана линия из двух участков, на которой обрабатывают де таль с четырех сторон. В конце участка / деталь широкой сторо ной попадает на поворотный стол, поворачивается на 90° и посту пает на следующий участок узкой стороной.
Если деталь нужно обработать с шести сторон, автоматическая линия получается еще более сложной (рис. 3, в). Здесь после 1-го участка деталь поворачивается на 90° в горизонтальной плос кости, а после обработки на 2-м участке — на 90° в вертикальной . плоскости: Поскольку в таких сложных линиях работает большее количество станков, остановка каждого из них может привести к остановке всей линии. Чтобы уменьшить простои каждого участка, между ними в магазине или бункере размещают небольшой запас деталей (накопители). Это позволяет в течение некоторого време ни работать одному участку линии при остановке другого. На этой линии накопитель размещается на транспортере, соединяющем 2-й и 3-й участки.
Проектирование автоматических линий с накопителями деталей позволяет создать надежно работающие линии из многих станков и полностью обрабатывать сложные детали с высокой концентрацией операций. На рис. 4 показана сложная автоматическая ли ния с накопителями деталей, состоящая из станков 1— 39, пред назначенная для обработки блока цилиндров двигателя. На ней одновременно работают 768 инструментов. При использовании ли нии на 75% она обеспечивает обработку 200 тыс. блоков в год
Высокий уровень концентрации операций, большая протяжен ность и сложная структура линии значительно затрудняют наблю дение за ее работой. Чтобы уменьшить возможность появления про стоев и повысить использование линии, ее разбивают на пять (1 — V) отдельных секций (участков), каждая из которых может рабо тать самостоятельно. На линии размещают пять накопителей (а— д) двух различных конструкций i
Запас деталей, который они вме щают, позволяет продолжать работу при выходе из строя любой из секции. Транзитные накопители а и в спроектированы как нако пители-транспортеры: детали на них можно расположить в несколь ко рядов. Это увеличивает объем накопителя и дает возможность компенсировать большие по времени простои. Тупиковые накопите ли б, г, д включаются в работу лишь при остановке соответствую щих участков. Во время нормальной работы линии накопители сто ят. Например, если участок / (станки / — 5) и участок // (стан ки 6 —12) работают, в накопитель д детали не поступают. Если останавливается участок //, детали со станков участка / поступают в накопитель д, а участок III (станки 13 — 19) питается деталями из накопителя б. При остановке участка / участок // питается из накопителя д. Включение и отключение накопителей, переключение участков на питание из накопителей, а также работа участков на накопители при остановке последующих участков происходит ав томатически.
Из проектируемых в настоящее время линий автоматические ли нии такого типа составляют основную часть. Следует отметить, что не все детали приспособлены для перемещения по направляющим транспортера линии. Некоторые имеют очень сложную форму и крайне неудобны в транспортировке. Для обработки на линиях такие детали устанавливают в специальные приспособления-спутни ки, перемещаемые вместе с деталями от позиции к позиции.
Обработка деталей в спутниках расширила область применения автоматических линий. Однако вместе с этим появились трудности. Во-первых, спутники сразу увеличили стоимость автоматических линий, так как для каждой линии их должно быть больше, чем де талей, одновременно обрабатываемых на линии. Во-вторых, они требуют довольно точного изготовления, так как определяют поло жение детали в позиции обработки. В-третьих, после обработки де талей спутники надо вновь возвращать в исходное положение, что требует специальных транспортеров на линиях.
Существует несколько способов возврата спутников. Для этой цели можно использовать специальный транспортер под станками и два перегружателя. После обработки деталь вместе со спутником поднимается и передается на транспортер, по которому подается на позицию загрузки. Здесь готовая деталь снимается, а в спутнике за крепляется заготовка. Однако такую схему применяют лишь в тех случаях, когда на линии нет вертикальных и наклонных головок. Часто для возврата спутников используют транспортер, располо женный за линией. В этих случаях силовые головки могут устанав ливаться под любыми углами, но площадь, занятая линией, значи тельно увеличивается. Если высота деталей невелика, транспортер проходит через станины горизонтальных станков, а для подъема и перемещения спутников служат специальные перегружатели.
На автоматических линиях с приспособлениями-спутниками Обрабатывают вентили, кассеты хлопкоуборочных комбайнов, выхлоп ной и всасывающий коллекторы автомобиля, катки трактора, рамы пишущих машин и ряд других деталей. Кроме того, применение спутников позволяет загрузку и разгрузку деталей выполнять в од ном месте (одному рабочему). Как видно, способы транспортиров ки деталей на автоматических линиях в значительной степени опре деляют их схему и конструктивную сложность.
Существенное влияние на структурную схему линии оказывает также разветвление деталей на потоки в процессе обработки. Авто матические линии последних моделей характеризуются очень с.ложной структурой. Увеличиваются число станков, объединяемых в еди ную автоматическую систему машин, и количество выполняемых операций. Появились в линии новые операции, которые раньше вы полнялись отдельными станками. Все больше линий строят для комплексной, полной обработки деталей, причем обработку ведут не только резанием, но и давлением, химическими и термическими методами
Большие изменения в компоновках автоматических линий вызваны, прежде всего, необходимостью увеличить выпуск деталей. Специализация предприятий, которая широко проводится в настоя щее время, а также значительный рост продукции машинострои тельных заводов резко повышают массовость производства. Это в свою очередь выдвигает новые высокие требования к. производи тельности проектируемых автоматических линий. Сейчас вместо прямоточных автоматических линий проектируют линии, основанные на принципе ветвящегося потока, что позволяет существенно увеличить производительность линий.
В ряде случаев построение линий по принципу ветвящегося потока взамен прямоточных позволяет почти вдвое увеличить их про изводительность без существенного увеличения числа станков. Наиболее часто к этому прибегают, когда для изготовления детали не обходимо выполнить наряду со сверлильно-резьбонарезными боль шое количество фрезерных операций. Например, при обработке головок блоков цилиндров автомобильных и тракторных двигате лей фрезерные операции обычно занимают больше времени, чем обработка отверстий. Поэтому участок фрезерных операций на линия состоит из двух потоков, но число станков здесь такое же, какое было бы в одном потоке. Удалось этого достичь благодаря применению двусторонних агрегатных фрезерных станков. Сило вую головку с фрезами размещают в середине станка, детали проводят справа и слева двумя потоками. После обработки головка I возвращается в исходное положение и перемещает транспортер с деталями на один шаг, затем цикл обработки повторяется. Нали чие в линии разветвленных потоков позволяет также удачно соче тать черновые и чистовые операции обработки деталей. В ряде слу чаев чистовые операции требуют значительно больше времени, чем дерновые.
Весьма эффективным структурным решением, позволяющим су щественно повысить производительность и надежность линий при массовом выпуске продукции, является проектирование линий с параллельными потоками. Нередко автоматические линии из не скольких параллельных потоков строят для выполнения лишь чис товых операций. Объединение таких параллельных потоков единой транспортной системой позволяет не только сократить число об служивающих рабочих, но и наилучшим образом использовать станки и линии.
Таким образом, решение проблемы изготовления массовых де талей крупных и средних размеров было найдено в применении ав томатических линий с ветвящимися и параллельными потоками, состоящими из нескольких самостоятельных независимо работаю щих участков. Однако для массовой обработки мелких деталей в большинстве случаев автоматические линии такого типа нерацио нальны.
Как известно, для изготовления деталей небольших я мелких размеров требуется сравнительно небольшое, число операций, но обрабатываемые поверхности у них находятся в самых различных положениях. Поэтому- при изготовлении таких деталей на много позиционных агрегатных станках путем установки головок под раз личными углами может быть обеспечена значительно большая кон центрация операций, чем на автоматической линии, состоящей из такого же количества однопозиционных станков. Следовательно, замена поточной линии многопозиционных станков автоматической, составленной из однопозиционных, потребует увеличения количества станков и площадей и больших денежных затрат. Замена от дельных многопозиционных станков автоматической линией пря моточного типа, состоящей из однопозиционных автоматов, не бу дет в данном случае более эффективной ступенью автоматизации. При применении для таких деталей линий из многопозиционных станков обработка выполняется с очень высокой концентрацией операций, а транспортные и загрузочные устройства объединяют многопозиционные станки в единую автоматическую систему ма шин — автоматическую линию из многопозиционных станков. По скольку на таких линиях обрабатывают мелкие детали, то соеди няющие транспортеры одновременно служат и довольно вмести тельными накопителями. Это дает возможность между каждой па рой станков иметь необходимый запас деталей, т. е. обеспечить надежную безостановочную работу всей линии.
Проектирование автоматических линий из многопозиционных станков обеспечивает высокую производительность, особенно при использовании накопителей для компенсации простоев станков. Применение таких линий может явиться одним из основных направлений автоматизации обработки мелких деталей в массовом производстве.
II. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ С ПРИСПОСОБЛЕНИЯМИ - СПУТНИКАМИ.
При отсутствии на деталях поверх ностей, обработанных до поступления на АЛ и обеспечивающих надежность базирования и транспортирования, а также при невозможности обработки этих поверхностей на встроенном в АЛ многопозиционном станке с поворот ным делительным столом применяют приспособления-спутники.
Типовая структурная схема АЛ с приспособлениями-спутниками пока зана на рис. 5. Обрабатываемая деталь 1 устанавливается вручную или мани пулятором в спутник на загрузочной позиции 2, фиксируется и зажимается. По окончании обработки на АЛ деталь на разгрузочной позиции 3 разжима ется и снимается со спутника, а разгру женный спутник перемещается на угло вую позицию 4 и с помощью конвейеров 5—7 возвращается на позицию 2. Та ким образом приспособления-спутники перемещаются по замкнутой траектории.
Загрузочная и разгрузочная позиции могут быть совмещены. В этом случае обрабатываемую деталь устанавливают на спутник и снимают с него на одной позиции в начале (позиция 8) или в кон це (позиция 3) АЛ. При такой компо новке уменьшается число позиций и длина АЛ, но нарушается грузопоток в цехе, что не всегда бывает приемлемо.
Применяют компоновку АЛ, в кото рой позиции загрузки и разгрузки размещены на поперечных конвейерах 5 и 7. Такая компоновка позволяет уменьшить длину АЛ, но усложняет конструкцию конвейеров, поэтому ее применяют в редких случаях при ограниченной производственной пло щади.
В некоторых случаях для облегчения работы оператора и увеличения вре мени, в течение которого возможна загрузка обрабатываемых деталей на приспособление-спутник, позицию за грузки разделяют на позицию, в кото рой оператор устанавливает деталь, и позицию, в которой деталь зажимается автоматически. Аналогично поступают и с позицией разгрузки. При такой компоновке усложняется конструкция рабочего конвейера, увеличиваются длина АЛ, число приспособлений-спутников и стоимость АЛ. Применяют такое разделение главным образом при малом времени цикла работы АЛ (~15—30 с) или при необходимости загрузки оператором многоместных приспособлений-спутников и установке нескольких обрабатываемых деталей одновременно.
Для поворота спутников вокруг вертикальной оси на 90 или 180° на рабочем участке АЛ устанавливают поворотные станции: одну для поворота спутника на угол, требуемый для вы полнения обработки, а вторую для обратного разворота спутника в исход ное положение. Возможна установка второй поворотной станции на боковых или продольном возвратных конвей ерах. В этом случае сокращается длина АЛ, но усложняется конструкция кон вейера из-за необходимости точной остановки спутника над поворотной позицией.
На АЛ с приспособлениями-спутни ками для очистки спутников от стружки применяют моечные станции, которые устанавливают обычно на продольном возвратном конвейере. Как правило, все станки АЛ обрабатывают детали последовательно.
Возможны компоновки АЛ, в кото рых рабочий конвейер перемещает в пределах одного шага два спутника за один цикл работы АЛ. Это необхо димо, например, при одновременной параллельной обработке в каждой позиции АЛ двух деталей, которые не могут быть установлены на один спутник, так как требуется обработка детали с четырех сторон и спутник должен быть поворотным. Такая комповысить производительность, но резко усложняет конструкцию АЛ и схему ее работы. Так, возвратные конвейеры должны за один цикл срабатывать дважды или поперечные конвейеры 5 и 7 должны иметь каждый по две ветви для одновременного возврата двух спутников.
Возможны компоновки АЛ с не сколькими параллельно работающими станками. В этом случае рабочий конвейер АЛ должен перемещать спут ники на участке параллельно работаю щих станков на двойной шаг.
Если обработку деталей на АЛ нельзя полностью закончить без снятия со спутника, то предусматривают пере грузочную позицию, на которой деталь переставляют в другой спутник для дальнейшей обработки. В некоторых случаях в результате обработки на первой части АЛ у детали появляются базы, что позволяет транспортировать ее на второй части АЛ без приспособле ний-спутников. Перегрузка детали может осуществляться вручную или автооператором.
Особенности компоновки автоматических линий с приспособлениями – спутниками.
При отсутствии на деталях обработанных до поступления на автоматическую линию поверхностей, обеспечивающих удобство транспортирования, а также надежность базирования в приспособ лениях станков, необходимо применять приспособления-спутники.
Важнейшей особенностью автоматических линий с приспособле ниями-спутниками, существенным образом влияющей на их ком поновку, является необходимость возврата спутников к началу ли нии. Возврат спутников может производиться как вхолостую, так и по рабочим позициям. Возврат спутников вхолостую может про изводиться вместе с обрабатываемыми деталями или без них.
Возврат спутников с обрабатываемыми деталями дает возмож ность одному и тому же оператору устанавливать и снимать детали со спутников в одном месте в начале линии. Кроме того, совме щение загрузочной и разгрузочной позиций позволяет в некоторых случаях избежать применения специальных приводов отжима обра батываемых деталей. Когда в соответствии с общей схемой транс портных потоков в цехе выдача обработанных деталей должна про изводиться в конце линии, возврат спутников к началу линии производится без деталей. При этом в конце линии должна быть предусмотрена разгрузочная позиция. Снимать обработанные де тали со спутников можно вручную или автоматически; последнее наиболее просто осуществить, если детали на спутниках находятся в незакрепленном состоянии. При возврате спутников без деталей легче разместить автоматические устройства для очистки спутни ков от стружки.
В автоматических линиях с холостым возвратом спутников возможны различные варианты расположения транспорта воз врата: под рабочими позициями, над рабочими позициями, рядом с рабочими позициями, сбоку ниже уровня основного транспортера, сбоку выше уровня основного транспортера, сбоку на уровне основного транспортера.
Расположение транспортера возврата сбоку на уровне основно го транспортера (рис.6) является наиболее универсальным и наиболее распростра ненным.
Поэтому его при менение возможно при любой компоновке встро енных в линию станков; вынесенный из рабочей зоны транспортер возврата наиболее удобен для обслу живания и ремонта. Кон струкция цепного транс портера возврата спутни ков описана в гл. VII. Единственным ограниче нием применения располо жения транспортера воз врата спутников сбоку на уровне основного транс портера является увеличе ние занимаемой линией производственной площа ди, что может быть частич но скомпенсировано расположением электрошкафов на антресолях над транс портером возврата.
При возврате под рабо чими позициями спутники в конце линии опускаются на транспортер возврата, проходящий через арко образные корпуса приспо соблений над станинами станков или в тоннеле че рез станины станков (рис.7). В начале линии спутники вновь поднима ются до уровня основного транспортера. Такое рас положение транспортера возврата может быть при менено только для линий со спутниками ограничен ных размеров, в особенно сти по высоте. Практика эксплуатации автоматиче ских линий с транспорте рами возврата, расположенными под рабочими позициями, показала нецелесообразность та кой компоновки из-за ухудшения условий от вода стружки и затруд ненного доступа к транс портеру возврата для его обслуживания и ремон та, а также из-за вы нужденного усложнения конструкции приспо соблений.
При возврате над ра бочими позициями спут ники в конце линии под нимаются на транспор тер возврата, а в начале линии опускаются до уровня основного транс портера. Такое располо жение транспортера воз врата может быть при менено только для ли ний, в составе которых нет станков с вертикаль ными силовыми узлами. Транспортеры с подоб ным расположением трудно обслуживать, кроме того, стружка мо жет ссыпаться с возвра щаемых спутников на приспособления станков и другие механизмы.
При обработке дета лей на автоматической линии только с одной из боковых сторон и свер ху, и если спутники имеют относительно не большие размеры, воз можен возврат спутни ков рядом с рабочими позициями станков на уровне основного транс портера (рис.8)
Для прямого и обратного перемещения спутников может быть использован один привод транспортера с двумя лентами / и 2, на которых храповые собачки направлены в противоположные стороны. При ходе привода транспортера вперед храповые собачки ленты 1 захватывают спутники на основной ветви транс портера и перемещают их по рабочим позициям; храповые со бачки ленты 2 на возвратной ветви транспортера при этом про скальзывают под спутниками. При ходе привода транспортера назад храповые собачки ленты 2 захватывают спутники на воз вратной ветви транспортера, а собачки ленты / проскальзывают под спутниками на основной ветви транспортера. Перемещение спутников с основной ветви транспортера на возвратную и обратно производится толкателями 3 и 4. Такая компоновка увеличивает количество спутников на возвратной ветви транспортера, которое должно быть равно количеству спутников на основной ветви транс портера.
Если обработка деталей на линии производится только с одной из боковых сторон и сверху, но спутники имеют большой размер по ширине и небольшой размер по высоте, возможен возврат спут ников непосредственно рядом с рабочими позициями станков в по вернутом на 90° вокруг горизонтальной оси положении (рис.9). Перемещаются спутники с основной ветви транс портера на возвратную и обратно с одновременным поворотом на 90° с помощью двух одинаковых перекладчиков.
При расположении транспортера возврата спутников сбоку ниже уровня основного транспортера сокращается производствен ная площадь, занимаемая линией, однако возникает необходимость вырезать окна в станинах станков, что приводит к уменьшению их жесткости. Поэтому применение такой компоновки ограничи вается линиями со спутниками относительно небольших размеров, в особенности по высоте.
Перенос спутников с основной ветви транспортера на возврат ную и обратно производится специальными устройствами, смещаю щими спутники одновременно в горизонтальном и вертикальном направлениях, а также при необходимости поворачивающими спут никами вокруг вертикальной оси на 90 или 180°. Сложность этих специальных подъемно-поворотных устройств, а также необходи мость применения специальных боковых станин с вырезами взамен нормализованных станин привели к тому, что в настоящее время автоматические линии с такой компоновкой применяются редко.
Схема компоновки автоматической линии с расположением транспортера возврата спутников сбоку выше уровня основного транспортера показана на рис.10. Перенос спутников с основ ной ветви транспортера на возвратную и обратно производится при помощи горизонтальной платформы /, перемещаемой по на клонным направляющим 2 с помощью цепного транспортера, ра ботающего в реверсивном режиме. К недостаткам этой компоновки относятся повышенная металлоемкость конструкции и трудность обслуживания транспортера возврата спутников
Возврат спутников к началу линии может производиться по рабочим позициям, что дает возможность избежать холостого хода. При большом количестве станков линия может быть скомпонована по схеме, приведенной на рис.11. Такая компоновка линии с возвратом спутников по рабочим позициям является наиболее универсальной, так как на ее применение не накладывает огра ничений компоновка встроенных в линию станков.
При небольшом числе рабочих позиций возможна компоновка линии (рис.12), при которой все вертикальные силовые узлы 3 помещены на гранях центральной колонны 4, вокруг которой пере мещаются спутники 1. Помещенные на боковых станинах гори зонтальные силовые узлы 2 и 5 могут обрабатывать детали со всех четырех сторон. Однако габариты центральной колонны ограни чивают применение такой компоновки спутниками относительно небольших габаритов.
В тех случаях, когда по технологическому процессу необхо дима обработка детали с двух сторон горизонтальными головками, причем на каждой позиции может выполняться обработка только с одной стороны (например, при последовательном двухстороннем растачивании сквозных отверстий), линия с возвратом по рабочим позициям может быть скомпонована но схеме, показанной на рис.13
Спутники с обрабатываемыми деталями проходят сначала по левому ручью, где обрабатываются детали с одной стороны, после чего толкателем перемещаются в правый ручей для об работки деталей с другой стороны.
При односторонней обработке деталей возможна компоновка линии по схеме, приведенной на рис.14, которая отличается толкателями, передающими спутники из одного ручья в другой, поворотными устройствами, поворачивающими спутники с дета лями на 180° вокруг вертикальной оси.
Такая компоновка линии может быть использована при необ ходимости выполнения двусторонней обработки деталей, которая не может быть выполнена без поворота деталей в спутнике. Такой поворот возможен только для деталей, базовые поверхности ко торых симметричны. Отжим деталей, их поворот и зажим вновь производятся оператором в конце первого ручья; кроме того, такая компоновка используется для повышения производительности при односторонней обработке деталей, полностью завершающейся на одном ручье.
Линию обслуживают два оператора, каждый из которых сни мает обработанные детали и вновь загружает заготовки, проходя щие одинаковую обработку на каждом ручье.
Линия, скомпонованная по такой схеме, заменяет две линии из односторонних станков с двумя транспортерами для возврата спутников.
В линиях, скомпонованных по схемам, приведенным на рис.13 и 14, может осуществляться и вертикальная об работка; при этом в случае относительно небольшой ширины спут ников одна силовая головка обрабатывает детали в обоих ру чьях.
Схема компоновки двухручьевой линии, состоящей только из вертикальных станков, показана на рис.15. Если обработка детали на линии не может быть полностью закончена без снятия детали со спутника, то в линии предусматривается перегрузочная позиция, на которой деталь переставляется в другой спутник для дальнейшей обработки. В некоторых случаях в результате обра ботки на первой части линии деталь приобретает базовые поверх ности, что позволяет транспортировать ее на второй части линии без приспособлений-спутников.
В обоих случаях перегрузка детали может производиться вручную или автооператором, который должен быть простым и надежным.
При сравнительной оценке различных вариантов компоновки автоматических линий с приспособлениями-спутниками существен ным критерием является общее количество спутников на линии и сложность конструкции транспортеров возврата спутников
III. НАКОПИТЕЛИ ДЛЯ ПРИЕМА, ХРАНЕНИЯ И ВЫДАЧИ ДЕТАЛЕЙ НА АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ.
Действительную производительность автоматических линий мож но увеличить путем повышения коэффициента технического использования при разделении линии на участки и установки меж ду участками накопителей для хранения заделов деталей. При на личии накопителя между участками и остановкой второго участка первый участок линии будет работать, подавая детали в накопитель до полного его заполнения. При остановке первого участка второй участок будет продолжать работать, получая детали из накопителя; следовательно, для сокращения простоев линии между участками линии устанавливают специальные автоматические накопители. Эти накопители имеют необходимые размеры для накопления требуемо го задела деталей между участками линии. Применение накопите лей повышает производительность линии. Эффективность накопи телей зависит от их конструкции, емкости и надежности в работе.
По назначению автоматические накопители для приема, хране ния и выдачи деталей, устанавливаемые между участками автома тических линий, разделяют на автоматические, бункерные и автоматические магазинные накопители заделов.
В бункерных накопителях детали находятся в беспорядочном состоянии (навалом), но выдаются на автоматическую линию в ори ентированном положении. В магазинных накопителях детали хра нятся и выдаются на линию в ориентированном положении.
По виду работы бункерные и магазинные автоматические нако пители, установленные между участками автоматической линии, разделяют на транзитные и складские (тупиковые). В транзитных накопителях для выдачи из накопителя одной детали необходима перемещать весь запас деталей, находящийся в нем. В складских автоматических устройствах при бесперебойной работе двух смеж ных участков линии поток деталей поступает с предыдущего на последующий участок автоматической линии, минуя накопитель. Накопитель включается в работу только в случае остановки пре дыдущего участка линии.
Автоматические бункерные и магазинные накопители для хра нения запаса деталей состоят из емкости для хранения деталей, механизмов, приема и выдачи деталей в ориентированном поло жении, транспортных устройств, приводов и соединяющих деталей.
Автоматический двухлотковый (двухспиральный) магазинный накопитель для небольших корпусов, поршней, колец (рис. 16) со стоит из швеллеров 5, сваренных с дисками 3 и 6 и закрепленных на основании 7. Между дисками 3 и 6 жестко закреплены стержни 1,на которых кронштейнами 8 укреплены наклонные спиральные лот ки 2, образующие многозаходную спираль по числу лотков. Лоток накопителя изготовлен из полосовой стали, его боковые стенки 12 привинчены через шаг к скобам 9. В основании боковых стенок 12 через шаг на болтах 10 установ лены шарикоподшипники 11, по которым переме щаются изделия 4; Пере мещение изделий по ша рикоподшипникам умень шает потери на трение и происходит самотеком, так как лоток устанавли вается под углом 2—4°, который зависит от габа ритов транспортируемого изделия in определяется опытным путем. На конце лотка магазинного нако пителя имеется отсекатель 13 для пропуска из делий из магазина по од ной штуке. Для деталей типа дисков, колец в свя зи с разнообразием их конструкций типового на копительного устройства не имеется.
Транспортеры-накопи тели в основном применя ют в автоматических ли ниях с жесткой межстаночной связью и принуди тельной транспортиров кой деталей. Они рабо тают в тесном взаимодей ствии с шаговыми транс портерами, поворотными столами и т. д.
Автоматический магазин-накопитель для корпусных деталей (рис. 17) включает два продольных штанговых транспортера 1 и 11 с опускающимися собачками 9 и четыре поперечных транспортера 3—6. Продольные транспортеры 1 и 11 имеют поворотные столы 2 и 10, служащие для поворота обрабатываемых деталей на 90°. Де тали перемещаются по двум направляющим планкам 7 штангой 8 с собачками 9 на определенный шаг. Магазин работает в такой последовательности. При нормальной работе автоматической линии блоки с транспортера 1 передаются транспортером 3 на транспортер // и затем к автоматическим станкам следующего участка. При ос тановке последующего участка автоматически выключаются транс портеры 3 и 11 и включаются транспортеры 4—6, имеющие общий привод и работающие синхронно. При загрузке транспортера / бло ки транспортерами 4—6 перемещаются в магазин. За один ход транспортеров 4—6 транспортер 1 производит три хода. При за полнении блоками всех транспортеров магазина он выключается, и в это же время прекращает работать предыдущий участок авто матической линии, а ее последующий участок может работать нор мально, получая блоки из автоматического магазина. При этом вы ключаются транспортеры 1 и <3, а 4—6 подают блоки на транспор тер 11. За один ход транспортеров 4—6 транспортер 11 совершает три хода. Когда все блоки из магазина будут поданы для обработки на последующий участок, работа этого участка автоматически ос танавливается.
Конструкция транспортеров 4—6 позволяет перемещать блоки в обе стороны. Для этого подвижные штанги транспортера имеют два ряда шаговых упоров, причем расположение одного ряда диа метрально противоположно другому (второй ряд собачек на рисун ке отсутствует). При одном положении штанг с собачками блоки перемещаются транспортерами 4—6 к транспортеру 11, а при пово роте штанги на 180° в сторону транспортера 1 необходимость обратного движения блоков в магазине возникает при переключении работы линии на магазин, имеющий небольшой запас блоков, нахо дящихся в конце магазина. При этом нужно сначала переместить блоки назад к транспортеру 1, а затем включить в работу предыду щий и последующий участки автоматической линии. В автоматиче ских линиях для хранения и выдачи ступенчатых валов применяют цепные, гребенчатые и другие накопители магазинного типа, в ос новном небольшой емкости (10—14 шт.).
В основном накопители применяют на автоматических линиях, где обрабатываемые детали устанавливаются не в приспособления-спутники, а в стационарные приспособления на станках линии. Ав томатические линии, на которых обрабатываемые детали устанав ливаются в приспособлениях-спутниках, тоже могут иметь накопи тели для хранения заделов.
На рис. 18 показана автоматическая линия, состоящая из двух участков, на которых обработка деталей производится в приспособ лениях-спутниках. Спутники между станками линии перемещаются транспортером 3. Линия имеет два транзитных накопителя: 4 — для приема и хранения спутников с деталями, обработанными на пер вом участке /. Его размещают между концом первого и началом второго участков автоматической линии; 2 — для приема и хране ния спутников с деталями, обработанными на втором участке ли нии. Его устанавливают между концом второго и началом первого участков. Применение на данной линии транзитных накопителей 2 и 4, а не тупиковых объясняется тем, что транзитные накопители одновременно являются транспортерами, соединяющими два участ ка линии, и, следовательно, занимают меньшую площадь, чем ту пиковые. Вид накопителя выбирают в зависимости от габаритных размеров и формы обрабатываемых деталей и количества деталей, которые одновременно должны находиться в накопителе для обра зования межоперационного задела.
Межоперационные заделы, находящиеся в накопительных уст ройствах, по-разному влияют на снижение вынужденных простоев отдельных участков линии, причем степень этого влияния зависит от места установки накопителей на линии. Для каждой конкретной, линии имеется такой вариант разделения ее на отдельные участки, при котором можно наилучшим образом разместить между ними накопительные устройства для хранения межоперационных заделов деталей. Основными критериями оценки целесообразного деления линии на отдельные участки являются одинаковые количественные показатели их работы, число отказов в работе различных устройств линии и продолжительность настройки агрегатов отдельных участ ков линии. Практически линию разделяют на отдельные участки в зависимости от принятого для нее варианта технологического процесса обработки деталей.
Обычно линии делят на участки в тех местах, где требуется из менить положение обрабатываемой детали перед последующей об работкой или где заканчиваются технологические операции одного и начинаются операции другого вида.
IV. ТРАНСПОРТНЫЕ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ.
Транспортные устройства предназ начены для передачи обрабатываемых деталей от одного станка АЛ к другому, поворота деталей вокруг заданной оси, а также для загрузки заготовок на первую позицию и разгрузки обра ботанных деталей с последней пози ции АЛ. В АЛ с ветвящейся структу рой и в системах АЛ транспортные устройства дополнительно осуществ ляют передачу деталей от одной АЛ к другой, а также накопление запасов частично обработанных деталей.
К транспортным устройствам АЛ предъявляют следующие общие тре бования: полная автоматизация цикла работы, высокие надежность работы и скорость перемещения, регламенти рованная точность позиционирования транспортируемой детали в крайних положениях.
Транспортные устройства дискретного действия
Из числа транспортных устройств дискретного действия наибольшее рас пространение получили устройства для одновременного перемещения группы деталей на один шаг — шаговые кон вейеры.
Шаговые конвейеры позволяют осу ществлять загрузку и разгрузку всех станков участка или АЛ за один шаг конвейера, что обеспечивает наибо лее простую компоновку и цикл ра боты АЛ. При этом траектория пере мещения детали может представлять собой горизонтальную прямую линию (шаговые конвейеры прямого действия), либо сочетание двух вертикальных и одного горизонтального отрезков (ша говые конвейеры-перекладчики). В пер вом случае детали скользят по направляющим планкам. Для умень шения тяговых сил, необходимых для перемещения особо тяжелых деталей, применяют дополнительные подпру жиненные ролики, частично воспри нимающие массу детали. Во втором случае детали приподнимаются (или опускаются), перемещаются на один шаг вместе с рабочими органами конвейера и опускаются (или поднимаются) в рабочее положение.
Шаговые конвейеры прямого действия предназначены для перемещения не слишком тяжелых деталей (массой до 100 кг), имеющих достаточно боль шие плоские опорные поверхности и возможность направления боковыми планками, при отсутствии повышен ных требований к шероховатости опор ной поверхности.
Конвейеры прямого действия раз деляются на две основные группы: с возвратно-поступательным перемеще нием рабочего органа (транспортных штанг) и с поступательным переме щением рабочего органа (цепи с жест кими упорами). Область применения последних ограничена возвратом приспособлений-спутников от конца АЛ к ее началу. Конвейеры с возвратно-поступательным перемещением транс портных штанг, в свою очередь, под разделяются на две подгруппы: без поворота и с поворотом штанг.
Конвейеры без поворота штанг вы полняют в основном без замыкания детали, т. е. без ограничения перед него положения детали в процессе транспортирования и при останове штанг. На рис.19, а показана схема конвейера без поворота штанг 3, пе ремещающего детали 2 с помощью подпружиненных храповых собачек 1. Конвейер с храповыми собачками яв ляется простым по конструкции и управлению. Другим преимуществом этого конвейера является возможность перемещения деталей, имеющих только один обработанный торец, вследствие чего их длина может колебаться в зна чительных пределах. Однако этот кон вейер имеет два недостатка: а) обра зующаяся при обработке деталей стружка может попадать в пружины возврата храповых собачек, вызывая их заклинивание, что нарушает нормальную работу конвейера; б) отсут ствие ограничения положения детали в конце хода, что лимитирует скорость перемещения детали из-за опасности чрезмерного ее отрыва от собачки
В связи с отмеченными недостатками конвейеры с храповыми собачками применяют при перемещении деталей: а) между станками (деталей с одним обработанным торцом) со скоростью не более 12 м/мин; б) между линиями, когда опасность засорения храповых собачек стружкой невелика и отно сительно малая скорость перемещения не играет существенной роли, так как время перемещения не входит в цикл работы АЛ.
Для повышения допустимой ско рости перемещения конвейер без пово рота штанг может быть выполнен с ограничителем перебега детали (рис. 19, б). Ограничитель 1 закреплен на неподвижной планке 2 конвейера и под действием собственной массы занимает положение 3. На штанге конвейера установлен штифт 5, который в конце хода поднимает ограничитель в положение 4, осуществляя замыкание детали. Такой ограничитель можно применять только при транспортировании деталей, продольный размер которых выдержан с допуском не более ±0,25 мм.
Конвейер с поворотными штангами 1 и замыканием деталей 2 с помощью жестких штырей 3 (рис 20,а) работает по следующему циклу: ход вперед с деталями, поворот штанг, возврат без деталей в исходное положение, обратный поворот штанг. На работу этого конвейера стружка влияет в меньшей степени. Ограничение положения детали с двух сторон жесткими штырями позволяет применять повышенные скорости транспортирования (до 30—40 м/мин) и более жесткие ре жимы торможения.
Конвейеры с поворотными штан гами и жесткими штырями наиболее широко применяют в АЛ для переме щения деталей между станками.
Конвейеры с поворотными штан гами применяют также в тупиковых накопителях, в которых детали пере мещаются в противоположные сто роны. Для упрощения конструкции такие конвейеры (можно выполнять с храповыми собачками, т. е. без за мыкания деталей (рис. 20, б).
Шаговые конвейеры прямого дей ствия применяют в основном для одно временного перемещения всех деталей на участке АЛ на одинаковый шаг. Однако при применении конвейера с храповыми собачками шаг транспор тирования в пределах одного участка может быть сделан неодинаковым меж ду различными позициями при одном и том же ходе конвейера путем соот ветствующего сдвига части собачек. При этом время транспортирования не сокращается, но может быть умень шено расстояние между некоторыми позициями.
Схема конвейера с храповыми собач ками для перемещения деталей на участке АЛ, состоящем из одно- и двухпозиционных станков, на всех позициях которых производится по следовательная обработка, показана на рис.21. Между станками детали перемещаются на шаг l2 а между позициями двухпозиционных станков— на шаг 11 Для возможности переме щения деталей 2 и 4 на уменьшенный шаг соответствующие собачки 1 к 3 в исходном положении конвейера рас положены на расстоянии I от деталей. В том случае, когда участок АЛ состоит из одно- и двухпозиционных станков, причем на последних произ водится параллельная обработка де талей, в зоне расположения двухпо зиционных станков детали должны перемещаться один раз за два цикла, в то время как остальные детали долж ны перемещаться каждый цикл.
На рис.22 показана схема участка АЛ, имеющего однопозиционные стан ки 2 и 7 и двухпозиционные 3 и. 4. Штанга 1 конвейера имеет три угловых положения. В первом положении (рис.22, в) транспортируются все де тали на шаг t, за исключением детали 6, которая перемещается на шаг t/2 благодаря тому, что штырь 5 смещен в исходном положении на величину t/2 В результате детали, находящиеся на конвейере, переходят из положения, показанного на рис. 22, а, в положе ние, показанное на рис.22, б. Штанга / поворачивается в положение, пока занное на рис.22, д, и отводится назад. Затем штанга поворачивается в поло жение, показанное на рис.22, г, и снова движется вперед. При этом на шаг t перемещаются только детали, расположенные на позициях 8, 11, 12 и 13, а деталь, расположенная на позиции 10, смещается на шаг t/2 бла годаря соответствующему сдвигу шты ря 9. В результате детали вновь за нимают на конвейере положение, по казанное на рис. 4, а.
Шаговые конвейеры-перекладчики предназначены для перемещения де талей: а) не имеющих достаточно боль ших плоских опорных поверхностей; б) тяжелых и приспособлений-спутни ков (с целью предотвращения изнаши вания направляющих планок и сокра щения тяговой силы); в) у которых не допускается даже незначительное пов реждение опорной поверхности; г) которые не могут быть установлены в при способление при одном горизонталь ном перемещении конвейера.
Конвейеры-перекладчики условно могут быть разделены на три основ ные группы: с малой (до 10 мм), сред ней (до 50 мм) и большой (св. 50 мм) высотой подъема детали. Конвейеры-перекладчики с малой высотой подъема применяют в случаях а, б, в; со сред ней высотой подъема — в случаях а, б, в в сочетании со случаем г; с боль шой высотой подъема — в случае г.
В тех случаях, когда для разгрузки привода конвейера и предотвращения повреждения нижней поверхности де тали достаточно обеспечить минималь ный отрыв транспортируемых деталей от опорных планок (на 1—2 мм), может быть применен конвейер-пере кладчик упрощенной конструкции (рис.23). Детали 1 перемещаются в про дольном направлении, опираясь на кулачки 2, закрепленные непосредственно на поворотной штанге 3 кон вейера. Подъем и опускание деталей осуществляются при повороте штанг. Необходимым условием для применения такого конвейера является нали чие на детали достаточно длинных бо ковых обработанных поверхностей. Для такого конвейера не обязательно иметь сплошные нижние планки, что улуч шает условия схода стружки.
Для транспортирования приспособ лений-спутников применяют конвейер (рис.24) с двумя круглыми поворот ными штангами 1, опирающимися на ролики 2. Штанги с лежащими непо средственно на них спутниками 3 перемещаются между позициями АЛ. На рабочей позиции спутники зажим ными цилиндрами прижимаются квер ху, отрываясь от штанг / на несколько миллиметров. Штанги поворачиваются в разные стороны на угол 40°, пере мещаются в исходное положение и вновь поворачиваются. Конвейер пред ставляет собой комбинацию конвейера-перекладчика и конвейера с поворот ными штангами. При таком способе транспортирования спутники надежно зафиксированы на штангах, что позво ляет перемещать их со скоростью до 30 м/мин и в то же время использовать приводы перемещения штанг с относительно небольшой силой, так как она требуется только на прео доление сил инерции и трения каче ния в опорных роликах.
На рис.25,а показан конвейер-перекладчик с высотой подъема до 50 мм. Такая высота подъема позволяет применить в приспособлениях станков неподвижные фиксаторы, что способ ствует повышению точности базирова ния деталей и упрощает конструкцию приспособлений благодаря отсутствию механизмов фиксации. Перемещаемые детали 6 устанавливаются на двух штангах 3 с ограничительными упо рами 4 и перемещаются вместе с ними на шаг с помощью цилиндра 5 продольного перемещения. Подъем штанг пе ред их перемещением производится гидроцилиндром 8, движущим вспомо гательную составную штангу 7, шарнирно связанную с поворотными рыча гами /. На верхних концах рычагов установлены ролики 2, по которым катятся штанги 3.
Конвейер-перекладчик с высотой подъема лент 300—400 мм применяют в тех случаях, когда необходимо на рабочих позициях расточных станков опустить перемещаемые детали в при способление шахтного типа. На рис. 25, б показан конвейер-переклад чик, смонтированный из балок 7, установленных на подставках 8 и на сред них частях станин станков. На балках в опорах установлены поворотные ры чаги 4 подъема транспортных лент 6, осуществляющих перенос деталей 1. Продольное перемещение лент 6 про изводится кареткой 2, приводимой от гидроцилиндра 3. Рычаги 4 связаны между собой штангами 5. Во время подъема лент рычаги поворачиваются против часовой стрелки под действием качающихся гидроцилиндров 12 и 9. Значительная сила требуется только на первом этапе подъема лент, поэтому цилиндры 9 установлены так, что дей ствуют только в начале подъема, тогда как цилиндр 12 действует на всем пути подъема. Шток цилиндра 9 жестко связан со скалкой 11, движущейся по направляющим серьги 10, закреплен ной на рычаге подъема лент. Шток цилиндра 9 упирается в серьгу только в начальной стадии подъема, соответ ствующей полному ходу этого цилиндра, и действует одновременно с ци линдром 12. При дальнейшем ходе штока цилиндра 12 серьга 10 отрыва ется от штока цилиндра 9 и скользит по скалке.
В тех случаях, когда перемещаемые детали не имеют опорных поверхно стей большой длины или достаточно длинных боковых направляющих по верхностей, а по конструкции приспо соблений требуется большое вертикаль ное перемещение для установки детали, можно применять конвейеры-переклад чики с верхним приводом. В конвейерах этого типа по рельсам, проходящим над линией, перемещается комплект те лежек с захватами, имеющими верти кальное перемещение. Такие конвейеры имеют сложную конструкцию, и при менять их следует только тогда, когда другие конвейеры не могут быть исполь зованы.
Общим недостатком конвейеров-пе рекладчиков всех рассмотренных типов является повышенная опасность по падания стружки в пространство между опорной поверхностью приподнятой детали и базовыми планками, что вызывает необходимость принятия мер для удаления стружки и контроля прилегания детали к базовым планкам после ее опускания.
Другая разновидность конвейера-перекладчика с верхним приводом показана на рис. 26. Штанги / конвейера с загруженными обрабатываемыми де талями 7 перемещаются из положения загрузки в зону обработки так, что обрабатываемые детали попадают на планки 6 подъемников 5. Подъемники опускаются, и обрабатываемые детали выходят из держателей 2 штанг кон вейера, попадая в зону фиксации. Опущенные детали зажимными элемен тами 4, приводимыми от гидроцилинд ров 3, прижимаются к базовым призмам 8, расположенным сбоку. Во время обработки деталей штанги / возвращаются в исходное положение.
Шаговые конвейеры-накопители. Опи санные выше шаговые конвейеры не обеспечивают заполнения пустот, по этому они не могут служить накопите лями. Для того чтобы шаговый кон вейер мог выполнять функции накопи теля, его собачки должны быть управ ляемыми. Такие конвейеры-накопи тели целесообразно применять, на пример, при необходимости перемеще ния деталей, имеющих опорную по верхность, прерывающуюся в направ лении движения, а также при переме щении поперек деталей малой ширины.
На рис. 27 показана схема конвейера-накопителя с управляемыми собачками. Детали 2 скользят по неподвижным направляющим планкам 1. На послед них закреплены поворотные рычаги 3 контроля наличия деталей. При отсут ствии детали на позиции короткий конец рычага 3 поднимается, а длинный конец этого рычага опускается и попа дает в зону перемещения кулачка 9, закрепленного на серьге 8. Серьга 8 и собачка 5 соединены с планками 6 и штангой 4 таким образом, что обра зуют систему параллелограммов, обес печивающих управление положением собачек 5. При ходе штанги 4 назад под действием гидроцилиндра 7 край няя левая планка 6 взаимодействует с упором 10, что вызывает поворот серег 8 и собачек 5 по часовой стрелке, и устанавливает последние в нерабочее положение. Затем штанга 4 начинает двигаться вперед, при этом кулачок 9 одного из параллелограммов упира ется в опущенный конец рычага 3 на свободной позиции, вследствие чего все последующие параллелограммы по ворачиваются против часовой стрелки, поднимая в рабочее (вертикальное) положение все остальные собачки 5. Во время дальнейшего хода вперед собачки 5 перемещают детали, распо ложенные до позиции //, на один шаг. Если позиция // будет оставаться занятой, то поступающие детали посте пенно заполнят конвейер-накопитель. При освобождении позиции // все находящиеся на конвейере-накопителе детали переместятся на один шаг.
Для транспортирования деталей с окончательно обработанной поверх ностью можно применять проходной накопитель с управляемыми подъем ными собачками.
Для загрузки заготовок в АЛ, а также в других случаях, когда износ опорной поверхности детали в процессе ее перемещения не имеет существенного значения, иногда применяют шаговые конвейеры-накопители, выполненные в виде перекладчиков без ограничи тельных упоров. При подъеме штанги конвейера-накопителя приподнимают все находящиеся на нем детали, пере мещают их на один шаг благодаря силе трения между поверхностями штанг и деталей и опускают детали на опорные планки. При этом деталь, находящаяся на позиции разгрузки и упирающаяся в отсекатель, а также все упирающиеся в нее последующие детали не переме щаются, и штанги лишь приподнимают детали и проскальзывают по их опор ным поверхностям.
Толкатели, подъемники и перегружатели. В зависимости от траектории перемещения детали различают устрой ства, когда траектория перемещения детали представляет собой горизон тальную прямую линию (толкатели), вертикальную прямую линию (подъем ники) и ломаную линию, состоящую из вертикальных и горизонтальных отрез ков (перегружатели)
Толкатели применяют: а) для за грузки деталей в приспособление стан ка, когда основной конвейер не может проходить непосредственно через при способление (рис. 28, а, б); б) для переноса деталей (или приспособлений-спутников с деталями) с одного кон вейера на другой, если оси конвейеров не совпадают (рис. 28, в, г); в) на стыко вых позициях двух АЛ или двух участ ков одной АЛ с целью обеспечения независимой работы смежных конвей еров (рис. 28, д, ё).
Для переноса деталей с одного кон вейера на другой, когда уровни транс портирования расположены в различ ных плоскостях, применяют подъем ники (например, для переноса транс портных спутников на возвратную ветвь конвейера после снятия деталей со спутников). Поскольку такие случаи редки, то подъемники в АЛ из агрегат ных станков также встречаются редко.
Когда перемещение детали на один шаг нельзя осуществить одним прямо линейным движением, применяют пере гружатели. Конфигурация детали, компоновка станка, конструкция при способления могут вызвать необходи мость применения перегружателя вместо толкателя для установки дета лей в приспособление. Кроме того, перегружатели применяют на АЛ, когда часть пути детали перемещаются на спутниках, а часть пути — без них.
Перегружатели, как правило, имеют узлы захвата, а также узлы горизон тальных и вертикальных перемещений детали. По конструкции они прибли жаются к промышленным роботам, но сличаются от них отсутствием про граммного управления.
На рис.29 показан перегружатель, предназначенный для загрузки деталей: трехместного приемного стола 8 на первую позицию АЛ. Траверса 9 перегружателя установлена на стойках 3. В горизонтальном направлении по траверсе перемещается каретка 6 с захватом 4, а в вертикальном направ лении по скалкам 5 — захват 4 с по мощью гидроцилиндра 7. Для точной установки на штыри спутников 1 заготовок 10, захватываемых за необра ботанные поверхности, захват имеет фиксирующие элементы.
Переме щаясь по траверсе, каретка останавли вается против ближайшей к ней заго товки, расположенной на приемном столе. Место остановки каретки опре деляется выдвижным упором, расположенным на каретке и срабатывающим по команде, подаваемой щупом 2. Щуп представляет собой конечный выключатель, закрепленный на планке, установленной на каретке, и срабатывающий при соприкосновении с деталью.
Транспортные устройства непрерывного действия
В качестве транспортёров-накопи телей, обеспечивающих возможность создания межоперационных заделов деталей между АЛ, наиболее широко применяют конвейеры непрерывного действия. Конвейеры непрерывного действия характеризуются тем, что источник движения их действует непре рывно как в процессе движения детали, так и при ее останове; при этом детали могут двигаться непрерывным или раз деленным потоком.
Характерной особенностью конвей еров непрерывного действия является их способность осуществлять прием и выдачу детали в любой момент времени при наличии свободной позиции, в отличие от конвейеров дискретного дей ствия, которые могут получать и выда вать детали лишь в определенные моменты времени, обусловленные поло жением смежных транспортных устройств.
В зависимости от движущей силы конвейеры непрерывного действия могут быть подразделены на гравитацион ные и приводные. Гравитационные конвейеры осуществляют перемещение деталей под действием их массы. При водные конвейеры, использующие для перемещения деталей электро- или гидродвигатели, подразделяют на кон вейеры с приводными роликами, с несущей и с ведущей цепями
.
На конвейерах с приводными роли ками детали перемещаются под дей ствием сил трения, возникающих между опорной поверхностью детали и поверхностью вращающихся роликов, оси которых не изменяют своего поло жения в пространстве. На конвейерах с несущей цепью детали перемещаются непосредственно на непрерывно дви жущейся цепи, звенья которой могут быть снабжены роликами или опор ными траками. На конвейерах с веду щей цепью детали перемещаются по планкам (аналогично шаговым кон вейерам прямого действия) при взаимо действии с непрерывно движущейся цепью, которое прекращается в момент остановки детали. При отсутствии на приводных конвейерах непрерывного действия специальных устройств для торможения детали массой до 40 кг можно перемещать со скоростью 8— 12 м/мин, массой 40—200 кг — со скоростью 4—8 м/мин, массой 200— 500 кг — со скоростью не более 3— 4 м/мин.
Гравитационные конвейеры являются наиболее простыми транспортными устройствами. Для перемещения дета лей гравитационные конвейеры должны иметь наклон, угол которого определяется соотношением между ускорением движения детали и силой торможения. При этом скорость пере мещения детали по конвейеру не должна быть слишком велика, чтобы не вызвать повреждения деталей при их соударении. Изменения условий трения вызывают колебания силы тор можения; поэтому в гравитационных конвейерах, как правило, используют трение качения.
Перепад высот между позициями загрузки и выгрузки гравитационного конвейера должен компенсироваться соответствующими механизмами соеди няемых станков или с помощью спе циальных подъемников. Детали пере мещаются непрерывным потоком. В тех случаях, когда при соударении деталей друг с другом имеется опасность их повреждения или заклинивания (на пример, коленчатые валы), применяют гравитационные конвейеры с разделен ным потоком деталей (рис.30). При отсутствии деталей 3 на наклонных планках 1 все собачки 2 повернуты против часовой стрелки и опираются на упоры 4 таким образом, что их короткие части выступают за верхние кромки планок. Это происходит вслед ствие того, что центр тяжести каждой собачки расположен между упором 4 и осью 5 поворота собачки. При движе нии вниз по наклонным планкам деталь 3 поочередно наезжает на выступающие части собачек и утапливает их, чем и обеспечивается снижение скорости. Форма и размеры собачек таковы, что при повороте собачки против часовой стрелки над планками появляется дру гой конец собачки, который является препятствием для следом идущей де тали. Последующая деталь при оста новке предыдущей попадает во впа дину, образованную выступающими частями двух соседних собачек. При разработке конструкций подобных транспортеров форма собачки должна быть спрофилирована в соответствии с деталью таким образом, чтобы во время перемещения детали ее поверх ность постоянно находилась в сопри косновении с поверхностью собачки, что обеспечивает безударную работу конвейера.
Конвейеры с приводными роликами применяют в АЛ из агрегатных станков значительно чаще, чем гравитационные, благодаря отсутствию ограничений массы транспортируемых деталей, при нудительному обеспечению заданной скорости транспортирования и отсутствию наклона и, как следствие, необходимости применения подъемных устройств.
Конвейер с приводными роликами, выполняющий функции межлинейного накопителя, показан на рис. 31. Обра батываемая деталь 1 заталкивается в накопитель конвейером предыдущей АЛ. Приводные ролики 2 приводятся во вращение от электродвигателя 4 через редуктор 7 и цепные передачи 5 и 3. В конце накопителя установлен отсекатель 9, в который упирается последняя деталь в случае, если первая позиция конвейера последующей АЛ занята. Все Следующие детали, находя щиеся' в накопителе, упираются друг в друга. При освобождении первой позиции конвейера последующей АЛ отсекатель 9 пропускает очередную деталь 8, а отсекатель 6 задерживает все последующие детали.
Тяговая сила, развиваемая каждым роликом в процессе движения деталей, зависит от массы транспортируемых деталей, числа роликов, на которые опирается деталь, и коэффициента трения качения между поверхностями детали и гильзы ролика. После оста новки детали на упоре тяговая сила возрастает вследствие появления тре ния скольжения вместо трения каче ния. Сила, передаваемая фрикционным элементом ролика, должна быть боль ше, чем тяговая сила при движении деталей, чтобы надежно передавать крутящий момент, и меньше, чем тяговая сила при остановке деталей, чтобы проскальзывание осуществля лось не между гильзой ролика и де талью, а в самом фрикционном эле менте, т. е. коэффициент трения сколь жения во фрикционном элементе дол жен быть больше коэффициента трения качения между гильзой и деталью и меньше коэффициента трения скольже ния между ними.
При перемещении особо тяжелых деталей возможно чрезмерное возра стание тяговой силы, прижимающей накопившиеся на конвейере детали к отсекателю, что может привести к по вреждению поверхности торца первой детали. Наблюдается повышенное изна шивание поверхностей фрикционного элемента. В этом случае желательно уменьшить силу, развиваемую фрикционным элементом, до значения, не значительно превышающего тяговую силу, необходимую для перемещения деталей.
При перемещении особо легких дета лей, когда тяговая сила ролика, зави сящая от массы детали, может ока заться недостаточной для ее надежного перемещения, применяют ролики с уве личенной тяговой силой.
Конвейеры с приводными роликами могут быть использованы и для пере мещения деталей не сплошным, а раз деленным потоком. Для конвейера такого типа разработан специальный ролик с двумя полумуфтами. Полу муфты, имеющие скошенные зубья, прижимаются друг к другу под дей ствием кулачков вспомогательного диска, взаимодействующих с аналогич ными кулачками поводка. На кон вейере устанавливают управляющие ролики, расстояние между которыми несколько превышает длину транспор тируемой детали. При взаимодействии с деталью управляющий ролик через систему тяг поворачивает поводки соответствующей группы приводных роликов, на которые опирается сле дующая деталь. Кулачки вспомога тельных дисков устанавливают против впадин в [поводках, что позволяет полумуфтам расцепляться благодаря наличию скошенных зубьев. При этом вся группа приводных роликов оста навливается, в результате чего транс портирование очередной детали прекра щается до начала соприкосновения ее с предыдущей деталью. Разделение потока деталей на конвейере с привод ными роликами может быть также выполнено с помощью рычажных отсекателей.
В качестве привода роликов описан ных выше конвейеров в большинстве случаев используют электродвигатель с редуктором, передающий вращение роликам через цепную передачу. До стоинством конвейеров с приводными роликами является легкость их сты ковки со смежными шаговыми конвейерами. Например, при некотором усложнении цепного контура штанги конвейера-перекладчика могут прохо дить непосредственно между роликами (рис. 32, а). При разделении несколь ких последних роликов на две части штанги конвейера-перекладчика могут проходить между ними (рис. 32, б).
Для транспортирования сравни тельно тяжелых деталей применяют конвейеры с несущей цепью, на которой лежат детали. В большинстве случаев в качестве опоры для деталей приме няют свободно прокручивающиеся ролики, установленные в звеньях цепи.
На рис. 33 представлен накопитель, основным элементом которого является конвейер с несущей цепью. Несущие цепи 3 смонтированы на раме 4 и входят в зацепление со звездочками 7 и 2, расположенными на противоположных концах рамы. Звездочка Т приводимая во вращение электродви гателем 5 через редуктор 6 и цепную передачу 10, перемещает цепь 3 с уста новленными на ней деталями. Звез дочка 2 натяжная. Деталь / подается на первую позицию накопителя кон вейером предыдущей АЛ. В конце хода конвейера деталь нажимает на конечный выключатель 16. Дальней шее поступление деталей в накопитель не должно происходить до освобожде ния этого конечного выключателя, т. е. до полного освобождения прием ной позиции. Далее деталь переме щается до отсекателя 11, приводимого гидроцилиндром 12, или до упора в ранее поданную деталь и останавли вается.
При наличии детали на последней позиции накопителя срабатывает ко нечный выключатель 8, подающий сигнал о готовности накопителя к вы даче детали в последующую АЛ. При освобождении приемной позиции по следующей АЛ отсекатель 11 пропу скает вперед деталь, находящуюся на последней позиции накопителя, задер живая все остальные детали. При перемещении этой детали срабатывает конечный выключатель 9, сигнализи рующий об освобождении храповой собачки 13 толкателя 15 и дающий команду на ход толкателя вперед. После выдачи детали на приемную позицию последующей АЛ толкатель 15 возвращается в исходное положение. В это время отсекатель 11 подготов ляет следующую деталь к выдаче из накопителя.
Пульт управления 14 позволяет наладчику задерживать выдачу деталей конвейером предыдущей АЛ на первую позицию накопителя, что обеспечивает возможность безопасной работы при съеме деталей с накопителя или при загрузке накопителя деталями, нахо дящимися на площадке для складиро вания вблизи накопителя.
Для перемещения деталей небольших размеров с непрямолинейным контуром опорной поверхности применяют кон вейеры, у которых обе несущие цепи соединены между собой осями с длин ными свободно прокручивающимися роликами
Для загрузки на первую позицию АЛ деталей, имеющих необработанные опорные поверхности, применяют кон вейер с несущей цепью, в которой вместо прокручивающихся роликов установлены траки, образующие сплош ную несущую поверхность. В этом случае при остановке на отсекателе между деталью и несущей цепью наблю дается трение скольжения, а не трение качения, что допустимо для деталей с необработанной опорной поверх ностью.
Гибкую связь между спутниками в АЛ с приспособлениями-спутниками осуществляют с помощью конвейеров непрерывного действия с ведущей цепью. Спутники перемещаются по планкам или роликам, а ведущая цепь нахо дится в зацеплении со звездочками, установленными на спутниках. При перемещении спутника звездочка не может вращаться. В передней части спутника установлен рычаг, взаимо действующий с кулачком, закреплен ным на хвостовой части предыдущего спутника, или с выдвижным отсекателем на каждой рабочей позиции АЛ. При повороте рычага звездочка растор маживается, благодаря чему спутник останавливается, хотя цепь продолжает движение. При этом обеспечивается отсутствие силового взаимодействия между спутниками, т. е. их разделен ный поток.
Поворотные устройства
Поворотные устройства предназна чены для межоперационного поворота деталей, что позволяет увеличить число сторон, с которых обрабатыва ется деталь в АЛ или в системе АЛ. В некоторых случаях поворотные устройства используют также при изме нении направления транспортирования деталей. По положению оси поворота в пространстве различают поворотные столы (с вертикальной осью вращения), поворотные барабаны (с горизонталь ной осью вращения, параллельной направлению транспортирования дета лей в АЛ) и кантователи (с наклонной осью вращения).
Поворотный стол с гидроприводом показан на рис.34. Центральный вал 14 вместе с закрепленной на нем планшайбой 11 приводится во враще ние гидромотором 1 через червяк 12 и червячное колесо 13. Изменение направления вращения планшайбы осуществляется путем реверса, гидромотора. В конце поворота стола про исходит торможение планшайбы с по мощью путевого дросселя 10, работаю щего в обе стороны. Крайние положе ния планшайбы определяются винтами 4 и 5, установленными в кронштейнах, прикрепленных к корпусу стола, и упорами 3, прикрепленными к нижней поверхности планшайбы. Расположе ние упоров зависит от требуемого угла поворота планшайбы. Для контроля крайних положений планшайбы пре дусмотрены бесконтактные конечные выключатели 8 и 9^ Упоры 7, воздей ствующие на путевой дроссель 10, и экраны 2, взаимодействующие с ко нечными выключателями 8 и 9, закреп лены в Т-образном пазу кольца 6, прикрепленного к планшайбе.
Стол можно устанавливать в АЛ так, что ось вращения совпадает с центром симметрии детали (рис. 35, а). В этом случае для поворота стола необходимо, чтобы конвейер, подающий детали на поворотный стол, отошел в исходное положение, а конвейер, удаляющий деталь со стола, был в переднем поло жении. Это требование может противо речить условиям оптимального по строения циклограммы АЛ . При несовпадении оси вращения стола с центром симметрии детали (рис. 35, б) не требуется отводить подающий конвейер до начала поворота стола, и, если конвейер, удаляющий деталь со стола, выполнен с храповыми собач ками, то снимаются ограничения по его положению во время поворота.
Ограничения по положению смежных конвейеров полностью снимаются при применении подъемно-поворотного стола, в котором перед поворотом деталь приподнимается с транспортных планок, а после поворота вновь устанавливается на них (рис. 36, а).
При этом оба смежных конвейера могут иметь общий привод. Конструктивно подъемно-поворотные столы подобны поворотным с добавлением привода подъема, чаще всего гидравлического цилиндра. В АЛ, оснащенных конвейерами-перекладчиками, иногда используют подъемно-поворотные столы, не имеющие отдельного привода (рис. 36, б). В этом случае гильза, несущая подшипники (на верхнем торце верхнего подшипника закреп лена планшайба), прикрепляется к подъемным транспортным штангам.
При подъеме последних подлежащая повороту деталь оказывается на план шайбе. На нижнем конце вала закреп лен рычаг, взаимодействующий с не подвижным штырем при продольном перемещении конвейера. При этом планшайба стола перемещается на шаг и поворачивается на 90°. Затем транспортные штанги опускаются, и повер нутая деталь устанавливается на неподвижные планки конвейера. При возврате штанг планшайба также воз вращается в исходное положение. Ско рость поворота детали ограничивается мощностью привода, необходимой для преодоления момента инерции вращаю щихся масс. При несовпадении оси вращения с центром тяжести вращаю щихся частей необходимо также учи тывать нагрузки от действия центро бежных сил. Как правило, поворот деталей по времени совмещен с обра боткой, что позволяет производить поворот сравнительно медленно, за 0,1—0,2 мин. При этом можно не опасаться возникновения больших на грузок даже при повороте тяжелых деталей.
Поворот деталей вокруг горизон тальной оси в АЛ осуществляют пово ротными барабанами, выполненными в двух вариантах: реверсивном и одностороннего вращения. В первом варианте деталь подается в барабан, поворачивается и удаляется из бара бана, после чего поворотная часть барабана возвращается в исходное положение. В некоторых случаях форма поперечного сечения детали позволяет избежать холостого возврата барабана, т. е. использовать барабан одностороннего вращения.
Кинематическая схема реверсивного барабана показана на рис.37, а. Привод вращения барабана осуществ ляется гидромотором 13 через червяч ный редуктор 12, шестерня 14 которого зацеплена с зубчатым венцом /, при крепленным к поворотной части бара бана. Крайние положения поворотной части барабана определяются упорами 4 и 8, взаимодействующими с неподвижным упором 9, закрепленным на основании барабана. Для контроля крайних положений предназначены конечные выключатели 7 и 10. Тормо жение поворотной части барабана при подходе к крайним положениям про изводится путевым дросселем 3, на который нажимают кулачки 2 и 11, установленные на поворотной части. На этой же части закреплены экраны 5 и 6 конечных выключателей 7 и 10. При торможении поворотных барабанов деталь может смещаться лишь в на правлении, перпендикулярном к пло скости поворота. Поэтому единствен ным критерием для выбора закона торможения является отсутствие удара при остановке.
В барабанах одностороннего дей ствия неподвижный упор 9 заменяют выдвижным упором 16 (рис. 37, б), перемещаемым гидроцилиндром 17. Барабан одностороннего действия работает по циклу: подача очередной детали и одновременное удаление по вернутой детали, вывод выдвижного упора и поворот барабана. В началь ный период поворота выдвижной упор вновь выдвигается. Положения выд вижного упора 16 контролируют конеч ные выключатели 15.
Так как все положения поворотной части барабана равнозначны (деталь можно подавать в любом фиксирован ном положении), то положение поворот ной части барабана контролируют одним конечным выключателем 7, сра батывающим при подходе к выдвиж ному упору. Этот же конечный выклю чатель дает команду на ввод выдвиж ного упора, после того как из него при очередном повороте барабана выйдет экран 5 или 6. При повороте барабана на 180° на поворотной части закрепляют два упора 4, при повороте на 90° —четыре упора. Поворот деталей любой формы на 180°, а также деталей, имею щих в плоскости поворота квадратное сечение, на 90° осуществляется без смещения оси АЛ и изменения положения базовых планок по высоте. При этом центр поворота должен совпадать с центром симметрии детали. При повороте остальных деталей на 90° необходимо смещать ось АЛ или изменять положение базовых планок по высоте, что в каждом конкретном случае определяется конструктивными соображениями.
В тех случаях, когда необходимо осуществить поворот детали как вокруг горизонтальной, так и вокруг верти кальной осей, в АЛ должны быть последовательно установлены поворот ный барабан и поворотный стол, а также толкатель для перемещения детали между ними. Все эти устройства могут быть заменены одним кантователем для поворота детали вокруг наклонной оси.
Если деталь toe может быть переме щена из одного положения в другое одним простым движением, применяют манипуляторы, обеспечивающие не сколько движений (обычно от трех до пяти). Наибольшее распространение получили манипуляторы с тремя дви жениями (рис. 38, а), работающие по циклу: захват детали, подъем, поворот, опускание, разжим детали, возврат в исходное положение. Чаще всего манипуляторы применяют для переме щения деталей с одного конвейера на другой, который расположен под углом 90 к первому.
В тех случаях, когда деталь необхо димо установить в приспособление, расположенное на поворотном дели тельном столе многопозиционного станка, манипулятор должен осуществ лять более трех движений. Схема такого манипулятора, обеспечиваю щего пять движений (захват детали, подъем, поворот вокруг вертикальной оси, перемещение вдоль горизонталь ной оси и поворот вокруг этой оси), показана на рис.38, б
Транспортные устройства автоматических линий
для деталей, вращающихся при обработке
Транспортное устройство может быть одновременно магазином для хранения и последовательной выдачи деталей. Перемещение обрабатываемых цилиндрических деталей на автоматической линии бывает параллельным или перпендикулярным относительно оси центров станков линии.
При всех способах транспортирования деталей цилиндрической формы на линии необходимо выполнить следующие виды переме щения каждой обрабатываемой детали: 1) захватить автооперато ром заготовку вала с основного транспортера линии; 2) переместить заготовку вала в рабочую зону для установки на центры станка;
Выполнение первых трех видов транспортных перемещений ци линдрических деталей производится специальными автооператора ми, установленными против каждого станка. Применяют автоопера торы с одной или двумя головками. При использовании автоопера тора с одной головкой последняя перемещает заготовки вала с основного транспортера на центры станка, а после обработки сни мает обработанную деталь с центров станка и переносит ее на ос новной транспортер. Время, затрачиваемое на перемещение детали с основного транспортера на линию центров станка и перемещение обработанной детали с линии центров на основной транспортер, не совмещается и должно рассчитываться отдельно.
На рис. 39 показан автооператор с двумя головками, располо женными одна над другой. Нижняя головка автооператора прини мает вал с линии транспортных лотков и подает его в зону центров станка на обработку, а верхняя головка снимает обработанный вал захвата валов. Каждая головка автооператора в момент начала цикла работы линии перемещается от гидроцилиндра к линии центров или от нее к транспортеру
В качестве примера рассмотрим схему транспортной системы (рис. 40) автоматической линии для обработки деталей (валов электродвигателей), вращающихся при обработке. Обрабатывае мые валы перемещаются между позициями станков По транспор теру-лотку 4, расположенному вне рабочей зоны станков парал лельно осям центров станков линии. Перемещение валов с центров станков на транспортер 4 и с транспортера на центры станков про изводится автооператорами 5 с одной головкой в определенной по следовательности. После выполнения операции на всех станках ав томатической линии автооператоры 5, расположенные против стан ков линии, снимают с центров станков обработанные валы и пере носят их на лоток 4, после этого собачки 7 штанги 3 передвигают валы по транспортеру 4 и устанавливают их в исходное положение Против рабочих позиций следующих станков линии. Затем все головки автооператоров, захватывая по одному валу, перемещаются в поперечном направлении и переносят валы в рабочую зону для установки на центры станков.
Конструкция рассмотренной транспортной системы сравнительно проста, но вследствие последовательного выполнения перемещения головки автооператора 5 при установке и снятии детали нельзя до стигнуть совмещения вспомогательного времени на установку и сня тие обрабатываемой детали на станке.
Транспортные устройства автоматических линий разделяющимся потоком обработки деталей
Разделение одного транспортного потока обработки деталей на несколько применяется на автоматических линиях в тех случаях, когда агрегаты (станки) линии имеют различную штучную производительность. Выравнивание штучного времени tшт, необходимого для выполнения различных технологических операций обработки деталей на станках автоматических линий, достигается различными способами.
На автоматических линиях с агрегатами, жестко связанными между собой транспортером для перемещения деталей, используют несколько способов разделения транспортного потока обрабатывае мых деталей: 1) применяют транспортер для перемещения обраба тываемых деталей с одного участка линии на другой при расположении участков под углом 900 друг к другу; 2) изменяют длину (шаг) перемещения обрабатываемых деталей по транспортеру; 3) периодически передают обрабатываемые детали с одного транс портера на два-три параллельных транспортера; 4) применяют спе циальные питатели-накопители для приема и хранения деталей, обработанных на предыдущих операциях для передачи на обработку на последующих операциях; 5) применяют специальные многопозициониые станки-автоматы или несколько однотипных станков (дублеров) на лимитирующих операциях с большим штучным временем tшт,
Автоматические линии с гибкой системой транспорта применяв ют для обработки средних размеров деталей. В транспортных системах с такой связью каждый станок или участок линии имеет свою транспортную систему, работающую самостоятельно, т. е. независимо от других систем, а в некоторых случаях транспортная система может работать во время обработки деталей на станках.
На рис.41, а показана транспортная система с гибкой связью применяющаяся на участке токарной обработки внутренних колец в автоматическом цехе 1ГПЗ. Заготовки колец загружаются в автоматический бункер /, из которого подъемник 2 поднимает ил в ориентированном положении к верхнему транспортеру. Далее па лоткам и отводящему транспортеру 8 заготовки колец 4 подаются в транспортер-распределитель 7. Из транспортера заготовки колеи перемещаются по транспортным лоткам на несколько параллельно работающих автоматов 6. На первой операции производится первая черновая обработка колец на трех автоматах 6
После черновой обработки на трех автоматах 6 кольца со стан ков по лоткам попадают в подъемники 2 и поднимаются ими, затем через отводящие лотки 3 попадают в отводящий транспортер 8. Из этого транспортера кольца по лоткам 3 подаются на транспортер-распределитель 7, расположенный над двумя автоматическими станками 6 для выполнения второй операции обработки колец. В конце участка обработанные кольца поступают в автоматический магазин 5.
При применении транспортеров с гибкой связью перемещение деталей с транспортера в рабочую зону станка для обработки и по следующее перемещение обработанной детали из рабочей зоны станка на транспортер производятся специальными загрузочными механизмами.
На рис. 41,6 показаны цепные транспортеры с гибкой связью для непрерывного или периодического перемещения деталей
Транспортные устройства для уборки стружки с агрегатов линии
Уборка стружки с агрегатов автоматической линии является трудной задачей. Стружка убирается следующим образом: отвод из рабочей зоны станков, транспортирование стружки в сборники це хового транспортера, очистка стружки от смазочно-охлаждающей жидкости и шлама и ее переработка.
Способы удаления стружки на автоматической линии. Применя ют следующие способы удаления стружки из рабочей зоны станков линии: механический с помощью транспортеров, скребков, щеток; гравитационный, при котором стружка падает на наклонные по верхности приспособлений и станков и затем сваливается на транс портер, под станками; смывание стружки струей эмульсии; отсасывание стружки сжатым воздухом; удаление стружки электромаг нитом. Иногда эти способы применяются в сочетании друг с другом.
Для бесперебойной работы станков линии стружку необходимо непрерывно удалять из зоны резания и с механизмов линии. При обработке чугунных деталей на станках автоматической линии по лучается мелкая стружка надлома, которую легко удалять из ра бочей зоны станков и с приспособлений линии на транспортер. При этом выделяется мелкая металлическая и графитовая пыль, кото рая, осаждаясь на трущихся поверхностях станков, увеличивает их износ. В основном чугунная стружка удаляется из зоны резания станков и с обрабатываемых деталей гравитационным способом и отсасыванием металлической и графитной пыли.
Для лучшего попадания стружки на транспортер, размещенный под станками линии, необходимо в станинах станков и в основаниях станочных приспособлений устраивать специальные проемы или люки с наклонными или вертикальными стенками, через которые основная масса стружки попадает на транспортер. Для уменьшения скапливания стружки на станочных приспособлениях следует изго товлять их не с горизонтальными, а с наклонными поверхностями.
Большая часть стружки, попадающей на транспортные и базо вые планки автоматической линии, удаляется обрабатываемыми де талями или приспособлениями-спутниками при их перемещении по транспортеру между станками линии.
На автоматических линиях с приспособлениями-спутниками не обходимо базовые поверхности спутников промывать в моечных машинах или продувать сжатым воздухом для удаления с них стружки и грязи.
Стружка удаляется с горизонтальных плоскостей, деталей со сквозными отверстиями, обрабатываемыми на линии металлическими щетками. Если на деталях, обрабатываемых на линии, имеются несквозные отверстия под резьбу, то стружку из них удаляют путем продувания сжатым воздухом, подводимым к отверстиям детали через специальные сопла.
Транспортные устройства для удаления стружки. На рис. 42 дано устройство для выдувания чугунной стружки из несквозных отверстий блока цилиндров ав томобиля, перемещаемого на ав томатической линии транспорте ром после просверливания от верстий под резьбу. Для очистки отверстий от стружки необходи мо, чтобы диаметры сопл / и 2 были бы меньше диаметров очи щаемых отверстий.
На некоторых автоматических линиях удаление стружки из глу хих отверстий деталей перед нарезанием в них резьбы произво дится на поворотных агрегатах. Например, чугунный блок за крепляют в поворотном барабане и поворачивают на 180°, верхняя плоскость с отверстиями оказы вается внизу, блок встряхивается два-три раза и стружка из отвер стий высыпается и блок возвра щается в исходное положение. При обработке деталей из чугуна и алюминиевых сплавов на авто матических линиях выделяется много мелкой стружки и пыли, оседающих на трущихся поверх ностях движущихся узлов линии, увеличивая их износ.
На рис. 43 показано устройство для централизованного отса сывания мелкой чугунной стружки и пыли от станков. В централь ной магистральной трубе с трубками 2 вентилятором 6 образуется разряжение. Стружка и пыль отсасываются от станков 1 и попада ют в магистральную трубу, из которой по трубе 7 поступают в цик лоны 3. Из них стружка перемещается в бункера 4, установленные на эстакаде 5. Из бункеров 4 стружка загружается в транспортные устройства и перемещается к месту назначения.
Форма стальной стружки зависит от метода обработки, геомет рических параметров режущих инструментов, режимов резания, марки обрабатываемой стали. При сверлении, нарезании резьбы образуется стальная стружка небольшой длины, которая удаляется с автоматической линии смыванием эмульсией, сдуванием сжатым воздухом и т. д.
Весьма трудно отводить стружку при токарной обработке сталь ных деталей на станках автоматической линии. Образующаяся сливная стружка, сходя с резца, спутывается в жесткий стальной клубок, который трудно удалить из зоны резания. Для дробления стружки на резцах применя ют стружколоматели, но резцы со стружколомателями не получили широкого применения из-за сложной конструкции резцов. Для устранения влияния струж ки на правильность установ ки, фиксацию и закрепление обрабатываемых деталей в стационарных станочных приспособлениях предусмат ривают специальные уст ройства, например, для очи стки установочных элемен тов приспособления от стружки жидкостью или сжатым воздухом.
Очистка обрабатываемых деталей и приспособле ний-спутников от стружки и грязи производится на автоматических моечных машинах, встраи ваемых в автоматическую линию. Моечную машину размещают на линии в зависимости от вида технологических операций. Их можно устанавливать на линии после обработки детали с применением смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) или перед устрой ствами для контроля диаметра отверстий в детали, а также встраи вать в транспортер для возврата приспособлений-спутников.
Способы мойки, длительность мойки и типы моющих растворов выбирают в зависимости от габаритов детали, ее загрязнения и тре бований очистки. Циклы мойки бывают различные. Полный техно логический цикл мойки состоит в промывании, мойке с обезжири ванием, ополаскивании, сушке и охлаждении.
Промывание обрабатываемых деталей с приспособлениями-спутниками или одних спутников обеспечивает более лучшую их очистку от стружки и грязи по сравнению с сухой очисткой. При обработке деталей с охлаждением их очищают эмульсией, при об работке деталей без охлаждения — нагретым содовым раствором. В основном очистка деталей заключается в промывании.
На рис. 44 показана моечная машина, состоящая из отдельных унифицированных секций: моечной 4, сушильной 6 и охлаждаю щей 7. Количество секций, входящих в машину, зависит от соотношения времени на мойку деталей и времени цикла обработки дета лей на автоматической линии.
Моечная секция 4 состоит из резервуара / для моечного раство ра, фильтров 3, насосов 2, пароотводящей системы 5 и регулирую щих элементов. Она имеет проемы для входа и выхода обработан ных деталей или приспособлений-спутников; проемы перекрыва ются дверцами с пневматическим приводом. Внутри моющей секции имеются трубопроводы и сопла, через которые к очищаемым деталям подается моющий раствор. Количество и размещение сопл в моечной секции зависит от формы и габаритов очищаемых дета лей. Диаметр отверстия сопла примерно 6 мм, давление жидкости при выходе из сопла 3 кг/см2 (0,3 МПа). Моечный раствор нагре вают до t = 70 - 80°С с помощью электронагревателя. Корпусные детали при очистке перемещают через моечную машину шаговым транспортером 8 с собачками. Секции сушильная и охлаждающая имеют примерно одинаковую конструкцию. По данным ЭНИМСа требуемое время для чугунных деталей составляет 3—5 мин на мойку и обезжиривание, для алюминиевых 1,5—2 мин на промывку, 1—2 мин на ополаскивание, 0,5—1 мин на сушку.
Для удаления стружки со станков автоматической линии в сбор ники общецехового транспортера отвода стружки и для транспор тирования стружки с автоматических линий применяют два вида транспортера — винтовой и скребковый. Скребковый транспортер встроен в нижнюю часть станин станков, а винтовой размещен в траншее, проходящей под станками линии. Конструкция транс портера для перемещения стружки зависит от конструкции станков, материала обрабатываемой детали, вида образующейся стружки, работы с охлаждением или без охлаждения, компоновки линии.
Для уборки стальной стружки применяется винтовой транспор тер, обладающий требуемой производительностью и жесткостью. При перемещении стружки он дробит ее и улучшает транспортиро вание. Винтовой транспортер состоит из нормализованных элементов (рис. 45) и размещается в бетонной траншее под станками ав томатической линии. При сборке чугунных секций корыта 2 их ус танавливают на сварной подставке 4 и закрепляют болтами 5. Для установки секций корыта на одной высоте между секциями коры та 2 и подставкой 4 размещают компенсационные планки 3
Корыта соединяют штифтами 6 и болтами 7. Собранные секции корыта длиной 7—8 м устанавливают в траншее и соединяют меж ду собой. По двум сторонам корыта 2 установлены щитки 1, слу жащие для увеличения объема транспортируемой стружки.
Винт 8, перемещающий стружку вдоль корыта 2, свободно раз мещается в корыте и вращается от мотора 12 через редуктор 11, двойную шарнирную муфту 10, соединенную с хвостовиком 9 вин та. Муфта 10 позволяет винту при износе опускаться и плотно при легать к корыту 2. Винт 8 и корыто 2 винтового транспортера, со стоящие из отдельных секций, после сборки образуют один транс портер заданной длины. Винтовой транспортер перемещает стружку в направлении от привода.
Параметры винтовых транспортеров выбирают в зависимости от количества убираемой стружки, длины линии и т. д.
На автоматических линиях при обработке чугунных деталей элементная стружка транспортируется скребковым транспортером. Они бывают штанговые и цепные.
На рис. 46, а представлен скребковый цепной транспортер, раз мещенный в бетонированной траншее под станками. Он состоит из стального желоба 1, внутри которого приварены верхний 3 и нижний 4 уголки. По уголкам катятся ролики 6, укрепленные на осях 5 звеньев цепи 9
Цепь 9 надета на две звездочки 10 и 13, установ ленные на концах желоба 1. Скребковый цепной транспортер пере мещается от электродвигателя и редуктора 12. На тяговых элемен тах закреплены скребки 7. При движении скребков в нижней части желоба 1 они перемещают стружку в специальный отсек. Под стан ками 11 установлены решетки 8, предохраняющие от попадания в желоб различных деталей. Параметры скребковых транспортеров выбирают по их техническим характеристикам.
На рис. 46, б показан скребковый штанговый транспортер /, размещенный в траншее под станками автоматической линии. При перемещении штанги 2 вправо скребки 3 под действием силы тяже сти поворачиваются около своих осей до упора в штангу и, врезаясь в стружку, перемещают ее; при движении штанги влево скребки под действием стружки поворачиваются вверх и перемещаются по поверхности стружки. Крышка 4 закрывает желоб.
Вибрационные транспортеры (рис.47) могут перемещать сталь ную и чугунную стружку на небольшое расстояние. В нижнюю часть станков 4 встроено четыре поперечных транспортера 1, по которым стружка от станков поступает на лоток 2, установленный на резо нансных подвесках 3. Лоток 2 получает движение от электродвига теля и кривошипно-шатунного механизма (рис.47 отсутствуют). Вибротранспортеры требуют небольшую мощность, но применя ют их редко, так как они создают шум и вибрации, которые пере даются оборудованию линии и ухудшают качество обрабатываемых изделий
V. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ.
Одним из условий, необходимых для обеспечения экономической эффектив ности АЛ, является достаточно высокая программа выпуска деталей, что огра ничивает применение линий преиму щественно машиностроительными заво дами массового производства. Однако в некоторых случаях можно создавать многономенклатурные АЛ, на которых обрабатываются детали нескольких наименований, что делает применение этих АЛ экономически эффективным и при относительно небольшой про грамме выпуска деталей каждого наименования.
Многономенклатурные АЛ без пере наладки. Наиболее просто компонуют многономенклатурные АЛ, предназна ченные для обработки деталей, разли чающихся только теми поверхностями, которые на данной АЛ не обрабатыва ются и по которым не производится ни базирование, ни зажим деталей. В этом случае различия конструкций деталей совершенно не влияют на компоновку АЛ.
При наличии в любой из деталей отверстий, которых нет в других дета лях, и при том условии, что инстру менты, установленные в шпинделях, предназначенных для обработки дета лей только одного типа, могут сво бодно проходить мимо деталей других типов, возможна компоновка линии с дополнительными шпинделями, в ко торых постоянно установлены инстру менты.
Без переналадки могут быть по строены АЛ, на которых выполняется фрезерование деталей, имеющих одина ковые базы и зажимные поверхности, но различную длину обрабатываемой плоской поверхности. В этом случае рабочий ход стола может быть выбран по детали с наиболее длинной фрезеруемой поверхностью; при обработке остальных деталей часть пути стол будет проходить на рабочей подаче вхоло стую, что допустимо, если фрезерная операция не является лимитирующей.
Наиболее широкие возможности для обработки деталей различных наимено ваний без переналадки имеются у мно гономенклатурных АЛ с многомест ными приспособлениями-спутниками. При этом на каждом спутнике в соот ветствующие гнезда можно устанав ливать детали, значительно различаю щиеся конфигурацией и требуемой обработкой.
Многономенклатурные АЛ с ручной переналадкой. Возможности подбора деталей, которые можно обрабатывать на одной АЛ без переналадки, ограни чены, поэтому в некоторых случаях при переходе от обработки одной детали к обработке другой АЛ прихо дится переналаживать вручную.
Наиболее просто и быстро перенала живают АЛ в том случае, если на ней предусмотрены дополнительные шпин дельные узлы или отдельные станки, которые включают вручную только при обработке определенных деталей. Во многих случаях на АЛ с ручной переналадкой предусматривают не до полнительные шпиндельные узлы, а лишь шпиндели на имеющихся шпин дельных узлах. Инструмент в эти шпиндели ставят, когда на АЛ произво дится обработка определенных деталей; при обработке остальных деталей ин струмент должен быть снят во избежа ние его поломки. При наличии дополнительных шпинделей АЛ получается, как правило, более дешевой, чем при наличии дополнительных шпиндель ных узлов, однако в этом случае воз растает время на переналадку АЛ при переходе от обработки одной детали к обработке другой.
В некоторых случаях на АЛ с ручной переналадкой возникает необходимость выполнения дополнительных регулиро вочных работ. К этим работам отно сятся: регулирование длин ходов сило вых узлов и других механизмов, смена или регулирование некоторых инстру ментов, смена кондукторных втулок, изменение рабочей подачи силовых столов, смена некоторых базовых и фиксирующих элементов в приспособ лениях станков или в приспособле ниях-спутниках и т. д.
Недостатком АЛ с ручной переналад кой, кроме потерь времени на переналадку, является необходимость в большинстве случаев обработки всех запущенных деталей одного типа, а после переналадки — заполнение АЛ деталями другого типа. При этом теря ется время, и тем больше, чем больше число позиций на АЛ и длительные цикл обработки. Недостаток этот ста новится особенно заметным для АЛ со сравнительно большим числом пози ций и при относительно частых запу сках для обработки деталей различных типов.
Многономенклатурные АЛ с автома тической переналадкой. АЛ с автома тической переналадкой оснащают меха низмами для определения типа детали на рабочих позициях станков, благо даря чему обеспечивается возможность обработки деталей в любой последова тельности без необходимости «выра ботки» деталей и заполнения АЛ. Конвейеры таких АЛ должны быть приспособлены для перемещения дета лей любого типа.
При компоновке АЛ с автоматиче ской переналадкой применяют допол нительные силовые узлы и станки, кото рые используют в зависимости от типа детали, поступающей на станок. В при способления станков устанавливают дополнительные конечные выключа тели, которые определяют тип детали. В некоторых случаях целесообразно предусмотреть незначительные измене ния конструкций обрабатываемых дета лей (дополнительные выступы, впадины и т. п.), позволяющие обрабатывать их на многономенклатурных АЛ с автоматической переналадкой.
Отличительный признак типа детали не требуется для АЛ с приспособле ниями-спутниками в том случае, когда жестко задано соотношение между программами выпуска различных дета лей (например, деталей, входящих в состав одного и того же изделия). При этом на АЛ предусматривают различные приспособления-спутники, количественное соотношение которых соответствует заданным программам выпуска. Спутники различаются эле ментами базирования и зажима обра батываемых деталей, а также наличием или отсутствием упоров, воздействую щих на дополнительные выключатели
В отдельных случаях при автомати ческой переналадке производится не только включение и отключение сило вых узлов, но и изменение длин их ходов путем установки дополнитель ных конечных выключателей. При обработке на АЛ деталей, различаю щихся по длине, на торцах которых выполняются одинаковые операции, можно применять переталкиватели, предназначенные для совмещения тор цов различных деталей в одной пло скости.
Возможны также и другие способы компоновки АЛ, позволяющие обраба тывать на каждой из них детали не скольких типов (например, применять сменные шпиндельные коробки, ко робки с раздвижными шпинделями или с поворотными шпиндельными бло ками, револьверные головки и т. п.). Рекомендации о возможности и целесо образности создания многономенкла турных АЛ не могут быть даны в общем виде вследствие разнообразия кон струкции обрабатываемых деталей и выполняемых операций. В каждом конкретном случае возможность созда ния таких АЛ определяют с учетом перечисленных выше факторов, а целе сообразность той или иной компоновки АЛ и выбор способа переналадки (руч ная или автоматическая) — на основе технико-экономического анализа
.
Составление циклограмм работы автоматических линий
Циклограмму работы АЛ составляют с целью наглядного изображения по следовательности и времени работы всех механизмов АЛ. В то же время циклограмма должна быть построена таким образом, чтобы обеспечить наибо лее рациональное сочетание последова тельности движений, так как от пра вильности составления циклограммы в некоторой степени зависит произво дительность АЛ. Циклограмму можно изображать в виде прямоугольников одинаковой высоты с длиной, вычерчен ной в масштабе времени, чередующихся в той последовательности, в которой происходят движения механизмов. Циклограмма должна отражать пере мещения всех механизмов за время несколько превышающее один полный цикл работы АЛ. При этом работу сило вых узлов, производящих обработку детали одновременно, можно изобра жать совмещение одной строкой, соот ветствующей лимитирующему силовому узлу, без детализации отдельных эле ментов цикла. Циклограмму начинают составлять с первого движения первого участка АЛ. При наличии параллель ных потоков достаточно построить циклограмму работы одного потока и циклограмму работы передающих конвейеров, отразив их работу по передаче деталей между потоками. Циклограмму работы накопителей составляют вне связи с АЛ для режима накопления и расхода.
Все движения, которые должны со вершать механизмы АЛ за один цикл, можно условно разделить на лимити рующие и совмещенные. Лимитирую щими называют те движения, сумма которых составляет один цикл работы АЛ, а совмещенными — движения, происходящие одновременно с лимитирующими. В простейшем случае лими тирующими являются движения транс портирования, фиксации, зажима, ра боты силового стола (быстрый подвод, рабочая подача, быстрый отвод), от жима и расфиксации детали. При со ставлении циклограммы следует стре миться уменьшить время и число лимитирующих движений. Время цикла может быть уменьшено путем сокраще ния длины хода и увеличения ско рости перемещения механизмов, а так же ускорением срабатывания аппара тов управления.
Холостые перемещения силового стола в цикле следует выбирать мини мальными при соблюдении двух усло вий: чтобы режущий инструмент в исходном положении выходил за контуры детали и не мешал ее переме щению конвейером и чтобы быстрый подвод был достаточным для освобож дения конечных выключателей, кон тролирующих исходное положение силового стола, от воздействия упора. Для смены режущих инструментов может быть предусмотрен дополнитель ный отвод, время которого в цикл не входит. При сокращении вспомога тельного времени путем увеличения скорости перемещения механизмов во избежание недопустимых ударных нагрузок на механизмы необходимо принимать меры для их торможения в конце хода.
Возврат конвейеров в исходное по ложение, поворот деталей, работа вытряхивателей и контрольных щупов должны производиться одновременно с лимитирующими движениями. При этом движение должно происходить сразу после того, как будут созданы условия, необходимые для его осущест вления. Совмещенные движения, не влияющие, казалось бы, на время цикла, в реальных условиях эксплуа тации могут вызвать задержку в ра боте АЛ, так как они не каждый цикл укладываются точно в заданное время. Поэтому, если циклограмма предусма тривает какой-либо запас времени между окончанием совмещенных и активных движений в цикле, то этот запас явится резервом, который компенсирует кратковременные задержки в работе того или иного механизма без увеличения времени цикла. При от сутствии такого запаса любая задержка в каком-либо движении приведет к снижению производительности АЛ. На рис. 12, а показана циклограмма работы одноучастковой АЛ с частич ным совмещением движений, в резуль тате чего создан резерв времени для компенсации кратковременных за держек в работе механизмов.
Одноучастковым АЛ с жесткой связью между станками следует от давать предпочтение перед двухучастковыми. Для создания одноучастковых АЛ часто необходимы проходные поворотные устройства, не требующие разрыва конвейера. При этом умень шается также число гидростанций, так как транспортирование, зажим и отжим деталей на всей АЛ происходят одновременно и выполняются от одной участковой гидростанции. Цикло грамма работы такой АЛ представлена на рис. 48, б.
Однако в некоторых случаях при ходится делить АЛ на участки. Для многоучастковых АЛ особо важное значение имеют межучастковые связи, которые определяются конструкцией транспортных устройств. На рис. 49, а приведена циклограмма работы АЛ, состоящей из двух участков, разделенных поворотным столом, при приме нении которого требуется, чтобы во время поворота смежные конвейеры находились вне стола, а при ходе смежных конвейеров стол находился соответственно в положении приема или выдачи деталей.
Если стол смо жет после приема детали совершить поворот, оставить деталь на приемных планках последующего конвейера и вернуться в положение приема детали, а последующий конвейер сможет совершить свое движение вне зависимо сти от положения стола, то межучастковых связей будет меньше, а резерв времени для компенсации кратко временных потерь будет значительно больше (рис.49, б). Это положение относится и к двум участкам, сокасающимся конвейерами. Конструк ция транспортных устройств должна допускать работу соответствующего конвейера непосредственно после по лучения детали или после освобожде ния места для выдачи детали, т. е. движение должно совершаться сразу после того, как будут созданы пред посылки для его* осуществления.
При построении циклограммы мно гопоточных АЛ, объединенных вы дающими конвейерами, следует обра щать внимание на то, чтобы время ра боты этих конвейеров было значи тельно меньше времени цикла работы одного потока. Если эти времена будут соизмеримы, то выдающие конвейеры могут вызвать задержку работы пото ков. В таких случаях передачу дета лей можно производить многониточ ными конвейерами с добавлением пере кладчиков для осуществления пере крестной работы
VI.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ В АВТОМАТИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Основы построения системы контроля качества продукции
Под системой контроля качества продукции на АЛ понимается сово купность контрольных операций, из мерительных средств и форм их экс плуатации, предназначенных для обес печения и поддержания заданного и проверки фактического уровня ка чества продукции на всех этапах ее изготовления.
Система контроля должна решить две основные задачи. Во-первых, необ ходимо по возможности предупредить появление брака в процессе изготов ления продукции; во-вторых, исклю чить возможность попадания брако ванной продукции к потребителю. Для того чтобы решить эти задачи, требуется прежде всего достаточная информация о технологическом про цессе, с которым система контроля неразрывно связана. Если технологи ческий процесс не гарантирует полу чения заданного допуска, применяют сплошной контроль. Вопрос о приме нении ручного или автоматического контроля определяется экономической целесообразностью. Приемочный кон троль может в основном решить лишь вторую задачу — гарантировать по требителя от негодных деталей. В ряде случаев, когда сплошной контроль оказывается экономически малоэффек тивным, применяют выборочный при емочный контроль, основанный на математико-статистических методах.
Правильно организованный при емочный контроль позволяет также систематически получать надежную ин формацию для изучения и корректи рования рабочих процессов и наряду с выполнением основных функций спо собствует поддержанию технологичес кой дисциплины и тем самым предуп реждению брака.
Для предупреждения появления бра ка главным образом применяют операционный контроль, который базиру ется на использовании методов теории управления, математической статисти ки и теории вероятностей. В практике эксплуатации АЛ нашли применение как приемочный, так и операционный контроль, которые дополняют друг друга и образуют единую систему контроля.
По мере совершенствования системы контроля сокращаются потери произ водства, но при этом, как правило, возрастают затраты на контроль. Та ким образом, при разработке системы контроля необходимо сопоставлять за траты на ее реализацию с потерями производства, вызываемыми ее не совершенством. Система контроля бу дет оптимальной при минимальной сумме затрат на реализацию и убыт ков от ее несовершенства.
Система контроля характеризуется рядом основных показателей, к ко торым относятся: а) объем и периодич ность контроля; б) контролируемые параметры; в) точность измерения; г) производительность контроля; д) на дежность средств измерения.
Для определения количественных значений многих из указанных пока зателей системы контроля необходимо прежде всего располагать данными о характере технологического про цесса. Если систему контроля разра батывают для вновь проектируемого производства, то характеристики тех нологического процесса в пределах установленных допусков и с учетом допускаемого брака выбирают апри орно на основании общепринятых тео ретических положений. При разра ботке системы контроля для действующего или аналогичного производства характеристики технологического про цесса необходимо установить экспе риментально.
При автоматической обработке на станках различают управляемые и неуправляемые параметры деталей. К управляемым относятся параметры соблюдение которых обеспечивается настройкой станка, регулируемой без нарушения цикла, обработки, т. е. без остановки станка. К управляемым па раметрам в основном относятся раз меры обрабатываемых поверхностей.
Управляемые параметры могут кон тролироваться либо непосредственно в процессе обработки, либо по оконча нии ее. Результаты измерений исполь зуются в первом случае для подачи командных импульсов на изменение режимов и окончание обработки, а во втором — для текущей подналадки уровня настройки станка.
К неуправляемым относятся пара метры деталей, заданная точность ко торых обеспечивается настройкой стан ка, не подвергающейся текущему кор ректированию; к ним относятся в ос новном отклонения формы и взаимного расположения поверхностей. При сни жении точности станок останавливают для наладки или ремонта. Эта операция нарушает ритм автоматической работы и снижает производительность АЛ. Поэтому одно из главных требований к автоматическим процессам обработки заключается в том, чтобы настройка станка, обеспечивающая заданную точ ность, особенно неуправляемых пара метров, сохранялась на протяжении достаточно длительного времени.
Объем и периодичность контроля. Объем и периодичность выборок, ко торые определяют возможность приме нения выборочного контроля, уста навливают на основании анализа тех нологического процесса. При этом для наладчиков технологического обору дования и контролеров ОТК объем и периодичность выборки устанавливают по-разному, исходя из поставленной цели контроля.
Разработаны стандарты, которые устанавливают порядок ведения вы борочного контроля. Для опреде ления объема и периодичности кон троля рекомендуется использовать ГОСТ 15893—77 (метод средних зна чений и размахов) и ГОСТ 16490—70, ГОСТ 16491—80Е, ГОСТ 16492—70, ГОСТ 16493—70 (статистический при емочный контроль по альтернативному признаку).
Контролируемые параметры. Коли чество измеряемых параметров деталей и узлов зависит прежде всего от зна чимости контролируемого параметра и надежности его формирования в технологическом процессе. Существенное значение имеет связь различных пара метров для данного технологического процесса. Наличие этих связей уста навливают на основании определения коэффициента корреляции.
Наряду с выборочным контролем по параметрам, определяемым техниче скими требованиями и чертежами, в объеме и с периодичностью, о кото рых было сказано выше, в некоторых случаях на АЛ создают специальные пункты сплошного приемочного кон троля, расположенные по ходу технологического процесса. На этих пунк тах контролируемые параметры выби рают с учетом следующих соображений: а) после операций, повторное прове дение которых для устранения дефек тов обработанных поверхностей ста новится невозможным в случае обра ботки детали на последующей опера ции (в связи с отсутствием имевшихся ранее технологических баз); б) перед операциями, требующими аварийной блокировки от попадания на них из делий, не соответствующих операци онному чертежу; в) после операций окончательной обработки некоторых поверхностей детали (это ликвидирует непроизводительные затраты, связан ные с дальнейшей обработкой заве домо бракованных деталей, и умень шает объем приемочного контроля изделий в конце АЛ); г) после окон чательной обработки деталей в конце АЛ по параметрам, служебное назна чение которых требует высокой га рантии их качества.
Целесообразность применения авто матических средств приемочного кон троля обусловливается трудоемкостью контроля изделия, ритмом работы АЛ, легкостью автоматизации и другими условиями, определяющими в целом технико-экономическую эффективность системы контроля.
Точность измерения. Регламентиро ванный СТ СЭВ 303—76 предел допу скаемой погрешности измерения яв ляется наибольшей допускаемой по грешностью измерения, включающей влияние погрешности средств измере ния, установочных мер, температурных деформаций, базирования и т. д. Значения размеров, полученные при измерении с погрешностью, не пре вышающей пределы допускаемой по грешности измерения, принимают за действительные. Допускаемые погреш ности устанавливают в зависимости от допуска на изготовление и номиналь ных измеряемых размеров.
Допускаемая погрешность измерения состоит из случайных и неучтенных си стематических погрешностей измере ния; при этом случайная погрешность не должна превышать 0,6 допускае мой погрешности измерения и прини мается равной 2а, где а — среднее квадратическое отклонение погреш ности.
Поскольку стандарт регламентирует погрешность измерения, которая вклю чает суммарное влияние многих состав ляющих, то при назначении средств измерения необходимо выполнить рас чет составляющих погрешности изме рения и установить долю каждой из них. Установленное значение каждой составляющей погрешности изме рения в значительной степени опреде лит выбор необходимых средств изме рения и условия их эксплуатации.
Для автоматических средств кон троля важно, чтобы точность их работы (при использовании для этих целей ручных измерительных средств) оце нивалась с применением тех же прин ципов. Во избежание различной оценки контролируемых величин схемы изме рения размерных параметров для соответствующих деталей должны быть специально оговорены при разработке средств измерения.
Производительность контроля. Про изводительность контроля определяют исходя из такта работы АЛ, обуслов ленного производственной программой, с учетом выбранного объема контроля. При определении производительности контроля приходится также учиты вать необходимость повторной проверки деталей, забракованных кон трольными автоматами.
Расчет производительности автома тических контрольно-измерительных средств следует вести с учетом их тех нического обслуживания. Производи тельность контроля лимитируется точ ностью измерения, которая в значительной степени зависит от скорости вращения измеряемой детали. Для нахождения оптимальной производи тельности контроля необходимо также располагать данными о связи точ ности и производительности различ ных методов измерения.
Надежность средств измерения. На дежность АЛ является важнейшей ха рактеристикой, определяющей эффек тивность автоматизации производствен ных процессов. Существенное значе ние при этом имеет надежность средств измерения.
При работе АЛ возникают как функ циональные, так и параметрические (точностные) отказы. Следствием функ циональных отказов являются оста новки АЛ, вызванные поломками ее отдельных узлов и механизмов и другими причинами, а точностных отка зов — выход значений размерных параметров обрабатываемых деталей за допустимую границу.
Основными средствами контроля раз меров изделий для использования в АЛ являются: приборы ручного контроля, устройства операционного контроля и контрольно-измерительные автоматы.
Приборы ручного контроля приме няют для выборочного и сплошного контроля различных размерных па раметров изделия. При правильно организованной эксплуатации они обес печивают высокое качество контроля и практически не влияют на надеж ность АЛ.
Устройства операционного контроля влияют на функциональную и техно логическую надежности АЛ. Полом ки устройств операционного контроля вызывают остановку АЛ. Различные неисправности устройств операцион ного контроля и системы станок—при бор могут вызвать точностные отказы, при которых размеры х обрабатывае мых деталей выходят за границу поля допуска на величину Условие точностного отказа выражается нера венствомгде— предел допустимой погрешности сред ства измерения; — допуск.
К числу таких неисправностей отно сятся поломки отдельных элементов измерительного тракта и сбои настрой ки устройств управляющего контроля. Последние могут иметь устойчивый или самоустраняющийся характер. Полом ки и устойчивые сбои должны свое временно обнаруживать и устранять наладчики АЛ. Самоустраняющиеся отказы (к их числу следует отнести и сбои релейных элементов устройств управляющего контроля) имеют неяв ный характер и создают в основном технологические отказы АЛ по дан ному параметру.
Различают следующие количествен ные показатели надежности устройств операционного контроля: 1) наработка на функциональный отказ (среднее время между отказами); 2) интенсив ность самоустраняющихся точностных отказов (доля или процент отказов); 3) у %-ный ресурс до ремонта или замены устройства (время, в тече ние которого 7 % устройств работает до ремонта или замены).
Контрольные автоматы влияют на функциональную и точностную надеж ность АЛ. Поломки (функциональные отказы контрольных автоматов) при водят к потерям времени на ремонт и снижают коэффициент технического использования АЛ и ее производи тельность.
При точностных отказах контроль ных автоматов (контроль деталей с не допустимыми погрешностями) ухуд шается качество разбраковки или сор тировки изделий. Основной характер точностных отказов контрольных ав томатов — грубые самоустраняющиеся погрешности контроля. При этом под погрешностью контроля ΔК понима ется находимая экспериментально (при повторной проверке проконтролиро ванных деталей на ручных приборах или другими способами) разность меж ду действительным размером х детали и размером х0 ближайшей сортировоч ной группы, к которой она была от несена в результате неправильного контроля:
В качестве количественных показа телей надежности контрольных авто матов рекомендуются:
1) наработка на функциональный отказ;
2) интенсивность сбоев или процент неправильно проконтролированных деталей (с погрешностью контроля ΔК )
По интенсивности сбоев (надежности) автоматы делят на пять классов:
Табл. 1
Контроль размеров обрабатываемых деталей
Рекомендации по применению контрольных автоматов. На АЛ из агрегат ных станков, как правило, размерная стойкость режущего инструмента доста точно высока и технологический про цесс устойчив. Однако и при этих условиях на АЛ необходим система тический контроль достижения задан ной точности, в особенности для наи более ответственных параметров.
При разработке системы контроля размеров деталей на АЛ из агрегатных станков необходимо решить следую щие задачи: а) определить целесооб разность применения контрольных ав томатов; б) обеспечить условия ус пешного функционирования контроль ных автоматов; в) определить функции контрольных автоматов и выдаваемые ими сигналы; г) обеспечить возмож ность контроля размеров деталей на всех стадиях обработки.
Контрольные автоматы рекоменду ется применять для проверки диаметра отверстий 6-го и 7-го квалитетов точ ности в корпусных деталях в случаях, оговоренных в табл.2:
Табл. 2
Контрольные автоматы для проверки диаметров точных отверстий и глу бины расточек конструируют по агре гатному принципу. Средства, служа щие для измерения диаметров отвер стий, выполняют в виде жестких пневматических пробок или плаваю щих измерителей с использованием пневматики. Пневматический метод из мерения позволяет создать измери тельную систему относительно простой конструкции и достаточно удобной для контроля внутренних диаметров.
В качестве первичных преобразова телей применяют пневматические соп ла с коническими, шариковыми и плоскими заслонками. Пневмоэлектроконтактные преобразователи мод. 235 и 236 завода «Калибр» используют как вторичные преобразователи. По их шкалам оценивают действительное зна чение измеряемого параметра, а их электрические контакты обеспечивают получение управляющих и сигнали зирующих команд. Поскольку цикл работы рассматриваемых автомати ческих линий достигает десятков се кунд, инерционность пневматического метода измерения существенно не влия ет на точность контроля.
На рис. 50 показаны основные узлы автомата для контроля корпусных деталей. Контролируемая деталь 2 подается на позицию измерения кон вейером 3 и закрепляется прижимом /. Пневматическая измерительная проб ка 4 установлена в корпусе 6. Кор пус 6 закреплен на столе 7. Стол 7 имеет возможность возвратно-поступа тельного перемещения для подачи из мерительных органов в положение измерения и возврата их в исходную позицию. Приводом стола служит гид равлический цилиндр 5. Направляю щие стола и цилиндр 5 укреплены на станине 8. На трубе светофора уста новлено световое табло 9, располо женное над электрошкафом 10. Гид ростанцию 11 располагают в удобном для обслуживания месте.
Контрольные автоматы настраивают по установочным мерам, как правило, в форме колец. Для каждого контроли руемого размера предусматривают два предельных кольца, позволяющих на строить поле допуска. При необходи мости получения дополнительных команд, характеризующих размер де тали внутри поля допуска, контакты преобразователей настраивают по их шкалам.
Условия успешного функционирова ния контрольных автоматов. Для ус пешного функционирования контроль ных автоматов с обеспечением точно сти, необходимой при контроле отверстий в корпусных деталях, следует обеспечить надежную очистку изме ряемых поверхностей от стружки и стабилизацию температуры измери тельных средств и контролируемых деталей. Помимо мер, принимаемых на АЛ для очистки измеряемых по верхностей, на контрольных устрой ствах также предусматривают спе циальные сопла для обдува этих по верхностей сжатым воздухом.
Функции контрольных автоматов и выдаваемые ими сигналы. Контроль ные автоматы оснащают световыми табло и шкальными устройствами, фик сирующими в течение цикла обработки результаты контроля. Пользуясь полученной информацией, наладчик об рабатывающего оборудования может своевременно осуществлять подналадку станка.
Если на обрабатывающем оборудо вании применяется автоматическая под-наладка режущего инструмента, изме рительное устройство контрольного ав томата выдает команду станку по результатам измерения детали.
На контрольный автомат могут быть также возложены функции сортиро вочного автомата. В этом случае по результатам измерения деталь отно сится к определенной группе и марки руется для последующего использо вания при сборке с групповой взаимо заменяемостью.
При контроле диаметра отверстий регистрируют: наибольший диаметр отверстия (брак по верхнему пределу); наименьший диаметр отверстия (брак по нижнему пределу) и диа метр отверстия, превышающий предельный диаметр (условный брак по нижнему пределу) на 10—15 % допуска. При замыкании контактов, сигнализирующих о браке по верх нему или нижнему пределам, АЛ оста навливают [в исходном положении. При сигнализации об условном браке по нижнему пределу остановка проис ходит лишь при подаче подряд двух одинаковых сигналов, что предотвра щает остановку АЛ при случайных колебаниях проверяемых размеров. При опасности налипания на резец стружки, например во время обра ботки деталей из алюминиевых спла вов, аналогичным образом регистри руют условный брак по верхнему пре делу. Одновременно с подачей ука занных сигналов зажигаются соот ветствующие сигнальные лампы. Фак тическое значение проверяемого раз мера оператор может прочитать по положению стрелки на шкале преоб разователя.
Для периодической проверки формы отверстий в наладочном цикле пре дусмотрена возможность ручного по ворота оправок с пробками на ±90°. Имеется также конструкция с авто матическим поворотом оправок. Од нако автоматический контроль формы отверстия с применением пневмоэлектроконтактных датчиков возможен только при условии, что отклонения от правильной геометрической формы допускаются в пределах поля допуска на диаметр.
При непопадании одной из пробок в проверяемое отверстие остальные пробки производят измерение, но на сигнальной панели зажигается соот ветствующая лампа и дается команда на останов АЛ в исходном положении, как и при поступлении сигнала о браке. Останов АЛ в исходном положении должен производиться до перемещения контролируемой детали с контрольной позиции. Это необходимо для того, чтобы иметь возможность вторично проверить деталь в наладочном цикле.
Обеспечение возможности контроля размеров деталей на АЛ. В ряде слу чаев целесообразно осуществлять кон троль корпусных деталей- вне авто матической линии. В этом случае из меряемую деталь выдают на контроль ный стенд, оснащенный полуавтома тическими или автоматическими из мерительными устройствами. Объем выборки при таком контроле опреде ляют в зависимости от состояния тех нологического процесса. При таком методе контроля 'можно создать луч шие условия для достижения необхо димой точности измерения.
На АЛ из агрегатных станков долж на быть предусмотрена возможность контроля точности обработки непо средственно после каждого станка (или, в крайнем случае, после двух станков, расположенных рядом) и возможность удаления бракованной де тали. Если контроль детали непосред ственно на АЛ не допускается по усло виям техники безопасности, а также в том случае, когда время контроля превышает время цикла работы АЛ, необходимо на каждой АЛ предусмо треть' отдельную контрольную пло щадку. Для облегчения подачи детали на контрольную площадку следует иметь стандартную секцию с ролико вым конвейером. Контрольная пло щадка должна быть оснащена руч ными или автоматизированными сред ствами контроля.
Контроль размеров заготовок, целостности режущего инструмента и положения деталей на рабочих позициях
Контроль размеров заготовок. Основ ные параметры заготовок проверяют, как правило, в заготовительных це хах. Однако в тех случаях, когда чрезмерные колебания размеров заго товок, поступающих на АЛ, могут привести к повреждению механизмов и узлов АЛ, в начале АЛ следует устанавливать проходной габаритный шаблон, копирующий контур попе речного сечения заготовки с учетом максимально допустимых размеров и отклонений расположения поверхно стей. Оператор устанавливает заго товки на загрузочный транспортер-накопитель, который перемещает их через шаблон. Прошедшие через шаб лон заготовки захватываются конвейе ром и подаются на первую рабочую позицию АЛ. Не прошедшие сквозь шаблон заготовки должны автомати чески удаляться с помощью выталки вателя или другого подобного устрой ства.
В тех случаях, когда базирование детали на первых позициях АЛ про изводят по литым внутренним поверх ностям, а также при наличии полостей, в которые на АЛ в дальнейшем должны, например, вводиться кронштейны с про межуточными опорами для борштанг, следует устанавливать устройства для контроля размеров и расположения указанных литых полостей. Контроль ное устройство может быть выполнено таким образом, что деталь вначале базируется по литым отверстиям или выемкам конусными или разжимными оправками, а потом с помощью выд вижных штырей проверяются размеры и точность расположения этих отвер стий относительно наружного контура детали.
Контроль целостности режущих инструментов. На АЛ должен прово диться контроль целостности стержне вых инструментов за исключением слу чаев, когда (для всех инструментов, кроме метчиков): а) число инструмен тов, установленных в шпиндельной коробке, не более десяти; б) диаметр инструмента равен или свыше 14 мм; в) стойкость инструмента свыше 150 мин; г) длина инструмента равна или меньше трех диаметров; д) нет последующей обработки этого отвер стия; е) нет особых условий обработки (сверление пересекающихся отверстий, вход инструмента со стороны необ работанной поверхности, выход ин струмента со стороны косой поверх ности и т. п.).
Для метчиков эти условия следую щие: а) число метчиков, установлен ных в шпиндельной коробке, не более десяти; б) [размер метчиков М14 и более; в) стойкость метчиков свыше 150 мин. Если хотя бы одно из ука занных условий отсутствует, целост ность инструмента необходимо кон тролировать. Контроль может быть косвенным (путем проверки наличия и глубины обработанных отверстий с помощью щупов) или непосредствен ным (с помощью пневматических дат чиков или механического ощупыва ния вершины инструмента в исходном положении).
Метод контроля стержневого инстру мента можно выбирать по табл. 3:
Табл.3
Контрольную позицию со щупами следует размещать непосредственно за позицией, на которой работают проверяемые инструменты. После кон трольной позиции должна быть холо стая позиция, чтобы можно было уда лить бракованную деталь. Если на двух последовательно расположенных станках обрабатываются отверстия с одной стороны, причем на втором станке обрабатываются другие отверстия, то щупы могут быть расположены только после второго станка, что дает воз можность уменьшить число контроль ных позиций. Если непосредственно после станка расположен вытряхиватель стружки, щупы целесообразно расположить после вытряхивателя.
Схема контрольного устройства со щупами показана на рис. 51. Устрой ство смонтировано на плите, закреп ленной на платформе подвижного сто ла, приводимого гидроцилиндром. В корпусе устройства размещены плун жеры со щупами, число, размеры и расположение которых соответствуют контролируемым отверстиям. Щуп при упоре в деталь действует через плун жер на общую плавающую пластину. При этом пластина, поджимаемая пру жинами растяжения, смещается, рас тягивая пружины, а рычаг освобож дает микропереключатель, дающий команду на останов АЛ. Наличие ин дивидуальных плунжеров способ ствует снижению усилий на щупе, необходимых для срабатывания кон трольного устройства, благодаря чему уменьшается опасность повреждения щупов даже сравнительно малого диа метра. Для проверки отверстий диа метром 5—7,5 мм следует применять щупы диаметром 4 мм, для отверстий диаметром 8—10 мм — щупы диаме тром 6 мм, для отверстий диаметром 11—17 мм — щупы диаметром 8 мм.
В тех случаях, когда проверяемые отверстия расположены компактно и шаг транспортирования невелик, кон трольное устройство со щупами может быть выполнено без индивидуального привода (рис. 52). В этом случае кор пус 1 контрольного устройства закреп лен на опорной плите 2, установлен ной вместо боковой крышки шпин дельной коробки 3. При перемещении силового стола 4 со шпиндельной ко робкой вниз щупы 5 входят в прове ряемые отверстия детали 6 на сосед ней позиции. При такой компоновке упрощается управление благодаря от сутствию отдельного привода, но мо жет быть затруднен доступ к шпин дельным узлам и режущим инстру ментам. Однако в данном случае такая компоновка станка целесообразна, так как станок односторонний и рабочая зона станка открыта.
В тех случаях, когда время цикла работы какого-либо силового стола значительно меньше времени цикла работы АЛ (например, при нарезании резьбы в коротких отверстиях), щупы можно устанавливать непосредственно на шпиндельной коробке 5 (рис.53). После окончания обработки силовой стол возвращается в исходное поло жение, а качающийся цилиндр / устанавливает откидное контрольное устройство 2 со щупами в рабочее положение. Затем силовой стол пере мещается вперед до тех пор, пока щупы не войдут в обработанные от верстия в детали 3 на заданную глу бину. Такая компоновка контрольного устройства позволяет сэконо мить рабочую позицию и предотвра тить дальнейший брак из-за поломки инструмента. Возможна также работа контрольного устройства дважды в те чение цикла, например до нарезания резьбы для проверки целостности сверл, установленных, на предыдущей позиции, и после нарезания резьбы для проверки целостности метчиков 4. Независимо от применяемой конструкции щупов с целью обеспечения правильного положения детали на контрольной позиции необходима фик сация детали аналогично тому, как это делается в приспособлениях стан ков. При этом зажим детали в боль шинстве случаев не требуется, доста точно установки ограничителей, предотвращающих смещение детали при вводе фиксаторов.
Поскольку причиной поломки по следующих режущих инструментов мо жет явиться не только поломка преды дущих, но и скопление стружки в глу хих отверстиях, стружку необходимо удалять перед контролем отверстий. При горизонтальном расположении глухих отверстий стружку удаляют путем: а) выдерживания силового узла на жестком упоре с вращающимися сверлами, по винтовым канавкам ко торых отводится стружка; б) выду вания стружки из отверстий при вво де в них щупов; в) вымывания стружки СОЖ (на АЛ, работающих с охлаж дением инструмента). При проверке отверстий в стальных деталях, а также глубоких отверстий в деталях из лю бых материалов следует производить двукратный подвод каретки контроль ного устройства со щупами с целью лучшего выдувания стружки.
При вертикальном расположении глухих отверстий стружку удаляют с помощью вытряхивателя или путем отсоса (или сочетания обдувания с от сосом в отдельной закрытой камере).
Непосредственный контроль целост ности инструмента может проводиться с помощью пневматических датчиков (рис.54). Устройство для контроля целостности инструмента имеет эжек тор, пороговое устройство и пнев матический датчик-скобу. Устройство получает питание от блока фильтра со стабилизатором мод. 337. Из вы ходного сопла эжектора 2 воздух по падает в сопло-излучатель 4, а из блока фильтра со стабилизатором че рез дроссель 3 в излучатель 7. При на личии между излучателями инстру мента 6 в камере эжектора 2 создается отрицательное давление, и пороговое устройство 8 не срабатывает. При отсутствии (поломке) инструмента встречные струи из излучателей вы зывают повышение давления в камере эжектора, и пороговое устройство сра батывает. При этом включается микро переключатель Л дающий команду на останов АЛ. Скоба 5 может быть применена для контроля инструмента диаметром 3—18 мм.
Контроль с помощью пневматиче ских датчиков дает возможность сок ратить до минимума число деталей, забракованных из-за поломки режу щего инструмента, вследствие того, что контроль осуществляется непо средственно на рабочей позиции. В не которых случаях это позволяет также сократить общую длину АЛ. Пнев матические датчики облегчают нахож дение поломанного инструмента, что сокращает простои АЛ. Однако они довольно дороги и не сигнализируют о скоплении стружки в обрабатывае мых отверстиях, что заставляет при нимать меры, гарантирующие ее уда ление.
В частных случаях, когда режущие инструменты расположены в одну линию по горизонтали, на АЛ применяют непосредственный контроль целост ности инструментов путем механиче ского ощупывания вершины инстру мента в исходном положении с помощью подпружиненных флажков, установ ленных на поворотном валике.
Контроль положения деталей на ра бочих позициях. При чистовой обра ботке отверстий 6-го и 7-го квалитетов и поверхностей, связанных жесткими допусками с базами, в случае, если детали перемещаются транспортером-перекладчиком или поджимаются в приспособлении кверху (независимо от способа перемещения), контроли руют правильность положения дета лей на рабочих позициях. Перед конт ролем необходимо обдувать базовые планки сжатым воздухом, обмывать планки и обрабатываемые детали струя ми СОЖ. очищать плоскую поверх ность обрабатываемой детали капро новыми щетками, закрепленными на входе в приспособление, или прини мать другие меры для очистки баз от стружки и грязи. Во избежание вы дачи ложных сигналов эти станки необходимо также оснащать устрой ствами контроля наличия детали на позиции (рис.55).
После фиксации и зажима обраба тываемой детали 5 в приспособлении база детали прилегает к базовой план ке. В базовой планке расположено сопло 3, которое соединено с команд ным блоком, состоящим из эжектора 1, распределителя 2 тонкой настройки с ручным управлением и порогового элемента 4, схема которого была по-• казана на рис. 5. С помощью распре делителя тонкой настройки зазор меж ду деталью и базовой планкой, при котором срабатывает пороговое устрой ство, может быть принят равным 20 мкм. Если зазор превышает эту величину, то подается соответствую щая команда и зажигается сигнальная лампа.
Контрольные устройства на автоматических линиях
Внедрение активного контроля деталей, обрабатываемых на по точных и автоматических линиях в механических цехах машино строительных заводов, повышает качество изготовляемых деталей, снижает трудоемкость и стоимость изготовления деталей, процент брака, освобождает рабочего от необходимости контролировать размеры обрабатываемых деталей и позволяет применять много станочное обслуживание. Следовательно, повышение производи тельности труда рабочих станочников зависит от внедрения актив ного контроля деталей, обрабатываемых на станках. Внедрение активного контроля деталей также повышает точность заданных размеров путем компенсации погрешностей, вызываемых упругими деформациями технологической системы СПИД и износом режу щего инструмента.
В машиностроении применяют два метода контроля деталей: в процессе обработки — активный и послеоперационный — пассив ный контроль. Контроль деталей, выполняемый в процессе их об работки на станке специальными измерительными устройствами, является активным, т. е. контролем, управляющим технологическим процессом обработки деталей. Контроль деталей после их обработ ки на станке с помощью предельных калибров или контрольных по луавтоматов и автоматов является пассивным контролем. По назна чению средства активного контроля делят на четыре группы: 1) устройства, контролирующие размеры детали непосредственно в про цессе их обработки на станке; 2) подналадчики; 3) блокирующие устройства; 4) измерительные устройства, контролирующие детали перед обработкой.
Устройства, контролирующие размеры деталей и положение ре жущей кромки инструмента непосредственно в процессе обработки детали и через цепь обратной связи, подают команду на прекраще ние обработки при достижении заданных размеров деталей.
Подналадчики — это измерительные приборы, которые через цепь обратной связи производят подналадку станка или измери тельного устройства, управляющего работой станка, когда контро лируемый размер детали выходит за пределы допуска.
Блокирующие устройства контролируют детали непосредствен но после их обработки на станке. Если размеры деталей выходят за пределы допуска, то блокировочное устройство подает команду на прекращение обработки деталей на станке или линии
Измерительные устройства, контролирующие детали перед об работкой на станках-автоматических линий, применяют для пре дупреждения поломки станка или инструмента при поступлении бра кованной детали с предыдущей операции или детали, имеющей га баритные размеры больше допустимых, и т. д.
Принципиальные структурные схе мы автоматических измерительных систем. Измерительной системой назы вают совокупность средств измерения, (мер, измерительных приборов) и вспо могательных устройств, предназначен ных для выработки сигналов о резуль татах измерений в форме: удобной для автоматической обработки, пере дачи и использования в автоматичес ких системах управления. Автомати ческие системы в зависимости от вы полняемой функции разделяют на сис темы автоматического контроля, авто матического управления и автоматиче ского регулирования технологического процесса. Эти системы являются слож ными устройствами, состоящими из ме ханических, гидравлических, электри ческих и других звеньев системы.
Все звенья, входящие в автомати ческую систему, по выполняемым ими функциям можно разделить на типо вые функциональные элементы. Тогда системы можно представить в виде функциональных структурных схем (рис.56). Элемент В цепи принимает измерительный сигнал от объекта кон троля ОК и реагирует на изменение измеряемой величины (рис.56).
Воспринимающими элементами из мерительных систем, контролирующих
размеры деталей, являются измерительные стержни, измеритель ные губки, рычаги и т. д. Задающий элемент 3 служит для уста новки значения величины, характеризующий управляемый процесс и ее воздействия на управляемый процесс. Задающими элементами автоматических измерительных систем являются регулировочные винты неподвижных контактов преобразователей, определяющие продольные размеры контролируемых деталей.
Элемент сравнения С сравнивает величины воздействия, полу ченные от воспринимающего и задающего элементов, и передает сигнал на преобразующий элемент. Преобразующий элемент П осуществляет преобразование воздействия (сигнала), полученного от элемента сравнения, из одного вида энергии в другой и передает его на измерительный Из и исполнительный И элементы. Преобра зующим элементом системы является электрическая цепь датчика, подающая сигнал о достижении обрабатываемой деталью заданного размера. Измерительный элемент воспринимает преобразованные воздействия контролируемого объекта и фиксирует числовые зна чения изменений контролируемой величины на регистрирующем или цифровом отсчетном устройстве. Исполнительный элемент воздей ствует на рабочие органы управляемого объекта, осуществляя ко нечное преобразование энергии, получаемой от преобразующего элемента. Например, электромагнит преобразует электрическую энергию в механическую и переключает золотники гидравлической системы, управляющей рабочим органом станка РОС (рис. 56,6).
Автоматические средства пассивного контроля подразделяют на контрольные автоматы, производящие автоматический контроль и сортировку деталей на годные и брак, и контрольно-сортировоч ные автоматы, которые сортируют обрабатываемые детали на год ные и брак, а также производят сортировку годных деталей по раз мерам на несколько групп.
На рис. 56, а показана функциональная структурная схема конт рольного и контрольно-сортировочного автомата без обратной связи. Обратной связью называется дополнительная связь, направленная от выхода к входу процесса.
Системы активного автоматического контроля в процессе обра ботки детали управляют технологическим процессом. Они контро лируют размер обрабатываемой детали и в зависимости от его ве личины путем передачи воздействий от исполнительного элемента на рабочий орган станка переключают режимы резания или пре кращают обработку детали. Функциональная структурная схема системы активного контроля в процессе обработки детали имеет разомкнутую цепь воздействия (рис. 56,6), так как регулирование системы на заданный размер детали производится наладчиком. Рабочий орган станка РОС работает от внешних воздействий программного устройства Пр.
Система активного контроля деталей с автоматической подналадкой станка (рис.56, в) сама производит регулирование процес са обработки деталей.
Контролируя заданный размер обрабатываемых деталей в за висимости от его величины при необходимости путем передачи воз действий от исполнительного элемента на корректирующий блок КБ производится подналадка станка для получения заданного раз мера обрабатываемых деталей. Функциональная структурная схема такой системы имеет замкнутую цепь воздействий с обратной связью и является схемой простой системы автоматического регули рования процесса по отклонению размера обрабатываемых деталей (рис. 56, в). Выходная (регулируемая) величина воздействует
на воспринимающий элемент В, передающий ее на элемент сравне ния С, где она сравнивается С заданной величиной х0 и определя ется величина отклонения. Последняя через преобразователь П и исполнительный элемент И передается на вход процесса, где в корректирующем блоке КБ производится сложение или вычитание величины , заданной программой на входе, с величиной отклонения. Регулирующая величина (подналадочный импульс) подается на рабочий орган станка.
Контрольно-блокировочные устройства для проверки наличия и глубины просверленных отверстий в корпусных деталях
При обработке корпусных деталей на многошпиндельных агре гатных станках автоматических линий производится одновременное сверление большого количества глухих отверстий с последующей их обработкой зенкерами, развертками или метчиками.
При сверлении нескольких глухих отверстий на определенную длину возможно несколько видов брака: а) в одном из отверстий осталось сломанное сверло; б) одно-два отверстия просверлены не на полную длину; в) отверстие не просверлено. Если такие брако ванные детали поступят на следующий станок для обработки, то может произойти „поломка режущего инструмента. Поэтому необхо димо контролировать наличие всех просверленных отверстий и их длины перед их последующей обработкой.
С этой целью каждую обрабатываемую корпусную деталь после просверливания в ней отверстий автоматически подают на конт рольную позицию. Контрольная позиция со щупами должна разме щаться рядом со сверлильной позицией. Перед контролем глухих отверстий необходимо удалять из них стружку. Это можно делать вытряхиванием стружки путем поворота детали с вибратором; вы дувать ее из контролируемых отверстий при вводе в них щупов.
Контрольное устройство со щупами (рис.57) имеет каретку 1Г перемещаемую по направляющей плите 2 гидроцилиндром 3. На каретке 1 смонтирован корпус 4 с пинолью 7, внутри которой раз мещена пружина. На переднем конце пиноли закреплена планка // с плитой 12 и щупами 13. Штырь 10 предотвращает поворот плиты 12 около оси. Крайние положения каретки / контролируются ко нечными выключателями.
Для проверки наличия и глубины отверстий в детали корпус 4 с пинолью 7 и щупами 13 перемещают вправо. При отсутствии или недостаточной глубине одного из проверяемых отверстий контроли руемый щуп упрется в деталь и пиноль 7, сжимая пружину 9, переместится влево. Рычаг 6 под действием пружины 8 освободит микро переключатель 5, который подает команду на остановку данного участка автоматической линии. Переднее положение каретки / ре гулируется винтом 14, в который упирается шток гидроцилиндра 3. Установка щупов 13 по длине регулируется их левым резьбовым концом.
Диаметр щупов должен быть несколько меньше диаметра конт ролируемых отверстий, чтобы щупы могли свободно перемещаться в контролируемых отверстиях. Если происходит выдувание струж ки из проверяемых отверстий, то щупы 13 имеют сквозные отвер стия, через которые и подается сжатый воздух в отверстия детали.
VII. КОНСТРУКЦИИ РОТОРНЫХ
И РОТОРН0-КОНВЕЙЕРНЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Автоматические роторные линии. По структурному построению эти линии существенно отличаются от линий состоящих из агрегатных и других станков. Роторные линии комплектуются из технологических (рабочих), контрольных и транспортных роторов, в которых все технологические операции выполняются в процессе непрерывного перемещения обрабатываемой заготовки совместно с инструментом, чем достигается высокая производительность, зависящая от числа рабочих позиций технологических ротором и частоты их вращения. Роторные линии наиболее эффективно применяют в массовом производстве, особенно для выполнения операций посредством прямолинейного рабочего движения (штамповка, вытяжка, прессование, сборка, контроль). Имеются роторные линии для одновременной обработки нескольких различных заготовок. Такие многопредметные линии используют в серий ном производстве.
На рис 58, а показан технологический ротор с механическим приводом исполнительных органов (ползунов 10, 23). Применяются такие роторы с гидравлическим приводом. Ротор состоит из верхнего 6 и нижнего 19 барабанов, жестко закрепленных на валу 7, смонтированном на подшипниках в неподвижных стаканах 9, 21, закрепленных в верхней плите 11 и в основании 20 станины станка.
Ротор получает вращение от привода через зубчатое колесо 22, посаженное на вал 7. Встречаются роторные линии, у которых привод и зубчатые колеса находятся в верхней плите 11 станины. В барабанах 6, 19 предусмотрены отверстия, расположенные равномерно по окружности, в которых размещены цилиндрические ползуны 10, 23, В верхних ползунах 10 на осях консоли закреплены ролики 13, находящиеся в пазу цилиндрических кулачков 12, 14, при винченных в вертикальной стенке неподвижного стакана 9, При вращении барабана 6 ползуну 10 сообщается вертикальное движение (вверх-вниз). Вертикальное перемещение нижних ползунов 23 осуществляется аналогично движению верхних ползунов 6. В средней части вала 7 жестко закреплены два дисковых блокодержателя 15, 18, служащих для установки сменных инструментальных блоков 16, несущих комплект инструмента в виде подвижных пуансона 4, выталкивателя 1 и неподвижной матрицы 3. Пуансон 4 и выталкиватель / связаны с верхним 10 и нижним 23 ползунами посредством резьбовых соединений 5. Выталкиватель 1 предусмотрен для удаления готовой детали (колпачка) 17 из матрицы 3.
На рис, 58,6 показана развертка по барабанам ротора для пояснения последовательности работы исполнительных органов в процессе вытяжки колпачка 17 из плоской заготовки 2. Загрузка заготовок в ротор и выгрузка деталей выполняются автоматически с помощью специальных устройств в виде транспортных роторов, автооператоров и т. п.
Цикловая производительность Q роторного автомата, состоящего из технологического и двух транспортных роторов, равна где —-транспортная скорость, измеряемая по окружности центров инструментального блока, м/с; l —шаг между рабочими позициями ротора, м.
Требуемая длительность Тт технологического цикла об работки заготовки или сборки изделия достигается путем выбора числа рабочих позиций и транспортной скорости: , где—число рабочих позиций, располо женных на длине окружности ротора, на которых производится технологическая обработка, , откуда Таким образом, производительность роторного автомата может быть назначена независимо от длитель ности технологического цикла обработки за счет выбора числа рабочих позиций в роторе.
На рис.59 показана автоматическая роторная линия, пред назначенная для операций, выполняемых посредством прямоли нейного движения инструмента (вытяжка, прессование и т. п.). Линия состоит из двух технологических роторов 2, 9, соединенных между собой транс портными роторами 4, 7, 8, производящими с помощью захватных устройств 3 загрузку за готовок на первый ро тор, передачу их между роторами 2,9 и выгрузку деталей после об работки. Работа техно логического ротора описана выше (см. рис.58). Все роторы смонтированы в общей станине, состоящей из основания 1 и верх ней плиты 6, установленной на стойках 5.
Рис. 59 Автоматическая роторная линия для вытяжки деталей
Автоматические роторно-конвейерные линия являются даль нейшим развитием автоматических роторных линий в целях повышения их производительности. В роторном автомате (или линии) инструментальные блоки (несущие инструмент) смон тированы непосредственно на технологическом роторе и каж дый комплект инструмента (пуансон, матрица и выталкиватель) Постоянно кинематически связан с соответствующим ему исполнительным органом (ползуном). В роторно-конвейерной линии такие постоянные связи между инструментом и ползунами отсутствуют, так как инструментальные блоки смон тированы в гнездах гибкого цепного конвейера, который огибает на определенных участках обслуживающие роторы. Только на участках сопряжения конвейера и ротора испол нительные органы вступают во взаимодействие с соответст вующими инструментами, размещенными в конвейере.
На рис. 60 показана наиболее простая автоматическая роторно-конвейерная линия для штамповки конических штиф тов 13 (с одним конвейером). Линия состоит из станины 11 и плиты 2, на которых укреплены роторы: штамповки 10,выталкивателя 1, выгрузки 6 детали 13, приема 8 заготовки 12,обслуживания 5 инструментального блока, а также натяжное устройство 9. Звездочки роторов и устройства огибает цепной конвейер 4. На конвейере в гнездах 23 через шаг /в размещены инструментальные блоки 3, несущие матрицу 22, а также пуансон 21 и выталкиватель 15, имеющие пазы П для захвата ползунами 18, 19, 24.
В роторах 1, 8, 10 предусмотрены исполнительные органы в виде верхних или нижних ползунов 18 и 19, 24. В роторе штамповки 10 для перемещения ползунов 24 использован гидравлический привод. В роторах выталкивания 1 и приема 8 заготовки 12 движение ползунов 18, 19 осуществляется механически от неподвижных цилиндрических кулачков 20, в пазу которых находится ролик 16 ползунов.
Загруженная с помощью автоматического устройств 7 в звездочку ротора 8 заготовка 12 при перемещении вверх ползуна 19 подается в матрицу 22. Далее конвейером 4 заготовки передаются в ротор штамповки 10 где производится захват ползуном 24 (за паз П) пуансона 21 и при перемещении его вверх осуществляется штамповка конического штифта, после чего он следует (через натяжное устройство 9) к ротору выталкивателя 1. Здесь посредством ползуна 18, связанного с выталкивателем 15, производится выталкивание штифта из матрицы 22 на торец пуансона 21, после чего штифты передаются конвейером к ротору выгрузки 6 (см. рис.60, сеч. В-В) для удаления из блока 3. готового штифта с помощью устройства 14, Привод роторов осуществляется от зубчатых колес 17.
Роторно-конвейерная линия имеет значительные .преиму щества перед роторной линией и обеспечивает повышение производительности (в 6—8 раз); возможность использования на конвейере линии значительного количества инструмента, а также организацию на роторе обслуживания автоматической смены инструмента, что позволяет резко увеличить его стойкость и уменьшить простои линии из-за его замены; возможность освобождения технологических роторов от выполнения операций автоматической загрузки заготовок и выгрузки деталей, что значительно упрощает их конструкцию и делает ее более надежной, а это позволяет увеличить угловую скорость роторов.
VIII. СТАНОЧНЫЕ СИСТЕМЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГПС.
Гибкость производственной системы — это возможность переходить с изготовления одной номенклатуры производства на другую в зависимости от предъявляемых требований.
Гибкость в ГПС определяется степенью переналадки обору дования и организацией производства.
В условиях ГПС при переходе на обработку с одной партии деталей на другую, как правило, проводится автоматизированная (автоматическая) переналадка. В дальнейшем в ходе совер шенствования конструкции оборудования, повышения его надежности, расширения функций систем управления специаль ные действия персонала при переналадке не потребуются.
Гибкость является относительным понятием, и ее реализация зависит от конкретных задач производства и будущего его развития.
В настоящее время количественно оценить гибкость произ водственной системы не представляется возможным. Однако можно использовать косвенную количественную оценку — это -часть подготовительно-заключительного времени Тпзi, отнесенного к суммарному штучно-калькуляционному времени Чем меньше в равных условиях производства доля Тпзi, тем гибкость ГПС выше.
Качественная оценка гибкости складывается из следующих показателей: универсальности — способности ГПС обрабатывать различные детали заданной номенклатуры без модернизации системы; повторяемости — способности ГПС повторять ранее выполненные работы после завершения новой работы; приспо собляемости — способности ГПС в процессе ее эксплуатации обрабатывать различные детали сверх заданной номенклатуры посредством введения соответствующих регулировок или путем самонастраивания (например, оборудования ГАЛ); адаптив ности — способности ГПС к восприятию изменений условий про изводства при гарантии качества продукции.
Таким образом, в отличие от традиционного производства с ручным управлением в условиях гибкого автоматизирован ного производства при большой универсальности выполняемых операций достигается высокая производительность, уменьша ется занятость обслуживающего персонала, обеспечивается мало людность и хорошие условия работы (отсутствует монотон ность, тяжелый физический труд), повышается качество продукции. Однако, несмотря на перечисленные преимущества ГПС себестоимость продукции за счет существенного роста стоимости самих систем повышается.
Классификация и области применения ГПС
Гибкими производственными системами называют совокупность металлообрабатывающего и вспомогательного обо рудования (транспортного, накопительного, погрузочно-разгрузочного и т.д.), работающего в автоматическом режиме и седи ной системой управления в условиях многономенклатурного производства
Как правило, оборудование имеет системы числового программного управления (ЧПУ) с ЭВМ различного уровня. Особенность ГПС заключается в том, что ее оборудование в течение заданного периода времени может работать в автоматическом режиме, т.е. с ограниченным участием обслуживающего персонала (так называемый 'безлюдный" режим), а переналадка оборудования на изготовление новой продукции осуществляется в автоматизированном (с ограниченным участием человека) режиме.
С помощью систем ЧПУ, инструментальных магазинов и других технических средств возможна переналадка с малыми потерями времени.
В гибких производственных системах изменяют:
- номенклатуру изготавливаемых изделий; объем производства (варьируют объем выпуска различных типов деталей); последовательность операций в технологическом процессе; состав оборудования при отказе, так как предусмотрена его взаимозаменяемость; материал, из которого изготовляют изделие; номенклатуру изделий в соответствии с техническими возможностями оборудования.
Гибкие производственные системы можно классифициро вать по следующим признакам: организационному, комплекс ности изготовления изделий, виду обработки, разновидности об рабатываемых изделий, уровню автоматизации.
По организационному признаку ГПС подразделяют (табл.4) на гибкую автоматизированную линию* (ГАЛ), гибкий автома тизированный участок (ГАУ) и гибкий автоматизированный цех (ГАЦ). Таким образом верхним уровнем ГПС является ГАЦ.
В состав ГАЦ в общем случае могут входить ГАЛ, ГАУ, роботизированные технологические линии и участки, а также отдельное технологическое оборудование: гибкие производст венные модули (ГПМ), отдельные станки с ЧПУ и др.
ГАЛ состоит из гибких производственных модулей с ЧПУ или из оборудования, управляемого программируемыми конт роллерами, объединенных единой автоматизированной системой управления. Особенностью компоновки ГАЛ является располо жение технологического оборудования в принятой последова тельности технологических операций. Отличие от традиционных АЛ заключается в том, что на ГАЛ можно обрабатывать широ кую номенклатуру деталей, близких по массогабаритным характеристикам. В ГАЛ транспортная система перемещает обрабатываемые изделия только по заранее определенным маршрутам. При этом гибкость производства осуществляется путем приме нения станков с ЧПУ, смены на станках отдельных агрегатов, углов и многошпиндельных головок, поворота обрабатываемой I«тали на необходимый угол и др.
Табл. 4 Организационная структура ГПС
ГАУ состоит из гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления, в которой а отличие от ГАЛ может изменяться последовательность технологических операций. В результате этого достигается максимальная загрузка встроенного оборудования, а его гибкость позво ляет изготовлять детали в виде сборочных комплектов (в номенклатуре деталей, изготовляемых на участке). " В состав ГАУ может дополнительно входить отдельно функционирующее технологическое оборудование, не связанное с остальным системой управления или общей транспортной систе мой. Кроме того, операционные ГАУ ГПС служат практически для всех видов обработки (технологических операций) машино строительного изделия, например: литья, обработки давлением, сварки и пайки, обработки резанием, термообработки, нанесе ния покрытий, сборки контроля и испытания. Из операцион ных ГАУ комплектуются предметные и узловые.
Предметные ГАУ—системы машин, на которых полностью (комплексно) обрабатывается (от заготовки до готового изделия) определенная группа изделий, например валов, втулок, корпусов, планок и т.п., или две и более групп изделий (тела .вращения и планки).
В состав предметных участков включаются, например, для обработки тел вращения многоцелевые станки токарной и сверлильно-фрезерно-расточной групп, контрольно-измерительные машины и другое технологическое оборудование.
Узловые ГАУ - системы машин, продуктом производства которых являются комплекты деталей и узлы определенных типоразмеров. Комплекты деталей дополняются со склада недо стающими покупными деталями, а затем они ритмично поступа ет на автоматизированный сборочный участок, где выполняются операции сборки и при необходимости упаковки.
Операционные ГАУ входят в состав предметных, а последние—в узловые. Поэтапное внедрение ГПС ускоряет ввод в эксплуатацию отдельных участков и получение прибыли от них. В ГАУ имеются неавтоматизированные рабочие места, где выпол няются отдельные ручные операции. Например, загрузка обрабатываемых изделий на приспособления-спутники и разгрузка с них производятся вручную, а доставка спутников с изделиями на станки и закрепление их в рабочей зоне — автоматически.
В состав ГАУ и ГАЛ, как видно из табл.4 могут входить роботизированные технологические комплексы (РТК). В комплекты РТК включено технологическое оборудование (станок), промышленный робот (ПР) и дополнительные средства оснащения, например, магазин заготовок, тактовый стол и т.п. Из нес кольких РТК компонуются роботизированные технологические линии или участки, которые связаны между собой транспортными средствами и системой управления и обслуживаются одним или несколькими промышленными роботами. Отличие между роботизированными линиями и участками заключается в уста новке и использовании технологического оборудования. В первом случае оно устанавливается в последовательности, необхо димой для выполнения данного технологического процесса (или процессов); во втором предусматривается возможность изменения последовательности установки и использования технологического оборудования, при этом работа осуществляет ся по системе "станок — склад".
Классификация ГПС по назначению показана на примере ГАУ. ГАУ подразделяются на операционные, предметные и уз ловые (табл.5), что характеризует комплексность изготовления изделий.
Операционные ГАУ служат для выполнения однородных тех нологических операций, являющихся частью комплексного тех нологического процесса обработки определенной группы изде лий. Участки комплектуются высокопроизводительным специа лизированным оборудованием.
ГПС используются для автоматизации производств раз личной серийности. К ГПС, применяемым в мелкосерийном и серийном производствах, предъявляются особые требования, отличные от требований к ГПС, предназначенным для крупно серийного производства.
В условиях многономенклатурного серийного производства определяющим фактором для ГПС является максимальная гибкость и загрузка каждой единицы оборудования. Для этого необходимо оборудование, обладающее свойством переналаживаемости, т.е. многоцелевое оборудование с ЧПУ. Оно устанавливается в ГАУ и роботизированных технологических участках.
В условиях крупносерийного производства, когда обрабаты ваемые детали меняются значительно реже, чем в серийном про изводстве, решающим фактором становится обеспечение максимальной производительности на каждой отдельной операции при поточном методе производства. Это обусловливает использование многоинструментального (многошпиндельного) оборудования в составе ГАЛ. В отличие от традиционных АЛ также применяются многошпиндельные станки, такое оборудование должно обладать определенной гибкостью, для чего оно оснаща ется, например, магазином сменных шпиндельных коробок, револьверными головками и управляется системой ЧПУ или с помощью программируемых командоаппаратов (контроллеров).
Табл. 5 Классификация ГАУ по функциональному назначению
ГПС отличаются также по уровню автоматизации, т.е. на каждом уровне автоматизации выполняются в автоматическом режиме определенные функции (табл.6). Уровень автоматизации ГПС в значительной степени зависит от уровня автоматиза ции основного технологического оборудования — гибких произ водственных модулей, из которых комплектуется ГПС. При выборе уровня автоматизации ГПС необходимо руководство ваться технико-экономическими соображениями, поскольку чем выше уровень автоматизации ГПС и входящего в нее обору дования, тем выше их стоимость.
Табл. 6
IX. КОМПОНОВЧНЫЕ СХЕМЫ МЕХАНООБРАБАТЫВАЮЩИХ ГПМ
Гибкий производственный модуль (ГПМ) является основной составной честью ГПС. В соответствии с ГОСТ 26228-85 ГПМ — это единица технологического оборудования, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с изготовлением изделий, имеющая возможность встраивания в ГПС. Кроме функций обработки деталей ГПМ выполняет в автоматическом режиме накопление заготовок, загрузку заготовок в зону резания, выгрузку обработанных деталей, частичный или полный контроль точности обработки и другие вспомогательные операции.
В типовой механообрабатывающий ГПМ входит многоцеле вой станок с ЧПУ и робот, управляемые от ЭВМ, накопитель заготовок и обработанных деталей и вспомогательные устройства (механизм автоматического открывания и закрывания за щитного экрана станка, устройства для удаления стружки с ба зовых поверхностей токарного патрона или зажимного приспо собления, для контроля износа режущего инструмента, кантователь для обработки деталей с двух или нескольких сторон и др.).
В ГПС для многономенклатурного мелкосерийного произ водства ГПМ имеет широкий набор дополнительных устройств, увеличивающих их гибкость, поскольку в связи с большим разнообразием обрабатываемых деталей и относительно небольшим количеством в партии возрастает число переналадок. К обору дованию, работающему в составе ГПС в режиме безлюдной технологии, предъявляются специальные требования, которые можно условно разделить на основные и дополнительные. При менительно к токарным ГПМ основными требованиями являются: управление от ЭВМ, наличие магазина инструментов, наличие конвейера для сбора стружки, автоматический зажим и раз жим деталей в патроне станка.
К дополнительным требованиям можно отнести: возможность автоматической переналадки. патрона по программе на обработку деталей различных габаритных размеров, возможность регулирования по программе усилия зажима, определяемого жесткостью обрабатываемых деталей и силами резания, возможность автоматической корректировки управляющих программ при износе режущего инструмента и т.п.
Такие же требования в основном относятся к сверлильной фрезерно-расточной группе (ГПМ). Однако есть и специфические требования, например наличие магазинов приспособлений спутников с деталями, магазинов многошпиндельных головок должна быть предусмотрена возможность замены комплектами инструментов, необходимых для обработки заданной номенкла туры деталей, или целиком инструментальных магазинов; замена тары для стружки и емкостей для СОЖ при переходе на обработку различных материалов, очистка от стружки опорных поверхностей приспособлений-спутников (сдув, смыв) пе ред закреплением новой заготовки, корректировка положения заготовки в спутнике и т.п.
Непременным условием модуля является возможность встраивания его в ГПС, поэтому он должен иметь стандартные сопрягающие устройства, позволяющие ему состыковываться с АТСС (транспортной тележкой и др.), с центральной управляю щей ЭВМ, а также отдельными системами ЧПУ станков, роботов, самоходных тележек.
На современном этапе модульный принцип конструирова ния оборудования ГПС имеет следующие преимущества: резко сокращаются сроки и расходы на создание, освоение, внедрение и эксплуатацию оборудования, возрастает технический уровень и, прежде всего его надежность, упрощается обслуживание.
Модульную концепцию не следует понимать как обязательное "собирание" унифицированных узлов и блоков в единую конструкцию: это разработка качественно новых конструкций с использованием унифицированных элементов, обладающих более высокими качественными показателями. Однако они могут уступать по функциональным, эстетическим и массогабаритным показателям аналогичным специально сконструированным немодульным конструкциям. Таким образом, ГПМ — это унифицированный блок, изготовленный на современной элементной базе с использованием последних технических достижений науки и техники в данной области.
Приведем примеры современных ГПМ и их компонентою.
ГПМ для фрезерно-сверлильно-расточных операций, разработанный на базе многоцелевого станка ИР-320ПМФ и робота РМ-104 (рис.61), включает станок 1, загрузочный робот 6, узел (кронштейн) стыковки 4, накопитель заготовок и деталей 5, зажимное устройство с автономным приводом 3, четыре исполнительных зажимных приспособления 2, закрепленных по од ному на каждом сменном приспособлении-спутнике поворотно го загрузочного стола станка, автоматизированную систему управления 7.
Гибкий сверлильно-фрезерно-расточный модуль МА2765 МЗФ4 с ЧПУ, имеющий сменные, многошпиндельные коробки (рис.62.), состоит из многоцелевого станка 6, систем ав томатической смены многошпиндельных коробок и обрабаты ваемых деталей, системы управления. Многоцелевой станок включает привод главного движения 13, поперечно-подвижный поворотный стол 15, ограждение кабинетного типа 16, систему подготовки смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), устрой ство для удаления стружки 2 из зоны резания, станцию смазки и насосную станцию гидрооборудования 8.
Система автоматической смены многошпиндельных коро бок состоит из склада 11, где хранятся коробки 10, и автооператора 9, выполняющего их смену.
Система автоматической смены обрабатываемых деталей включает двухпозиционную станцию загрузки и зажима 3 обрабатываемых деталей, подъемник-укладчик 1, подающий с помощью манипулятора 4 обрабатываемые детали 14 со склада 5.; на станцию загрузки. На складе помимо деталей имеются сменные столы-спутники 7 с приспособлениями для установки и закрепления деталей.
Управление модулем осуществляется от системы ЧПУ 12. Модуль служит для многооперационной обработки по программе группы деталей типа корпусов из черных и цветных метал* лов и используется как индивидуально, так и в составе ГПС.
Детали обрабатываются инструментами, закрепленными на многошпиндельных коробках.
Для переналаживания модуля необходимо заменить зажимные приспособления, многошпиндельные коробки с инструментами и технологические программы обработки партии новых деталей; последние вводятся в ЧПУ либо с пульта управления модулем, либо путем замены программоносителя.
Роботизированный комплекс для токарной обработки де талей модели БР СК-02 создан на базе токарно-револьверного станка модели 1В340Ф30. Комплекс предназначен для обработ ки в патроне деталей типа коротких тел вращения, в том числе с криволинейными и резьбовыми поверхностями. Токарный станок оснащен восьмипозиционной револьверной головкой с вертикальной осью вращения, крестовым суппортом, такто вым столом для заготовок; ограждение обеспечивает безопас ность работы на станке.
В состав комплекса- входит робот, выполняющий загрузочно-разгрузочные операции в автоматическом режиме по ко мандам системы ЧПУ станка. Цикл изготовления деталей состо ит из следующих операций: захват заготовки из магазина, пере нос ее в рабочую зону станка и установку в его зажимное уст ройство, обработку, перенос готовой детали из рабочей зоны на тактовый стол. При необходимости ориентации заготовок на тактовом столе предусмотрены специальные паллеты и система ориентированного останова шпинделя.
Комплекс может работать как в автономном режиме, так и в составе ГПС.
Модульный сборочно-измерительный робот (рис.63) создан на базе широкого использования модульного принципа построе ния из унифицированных узлов и механизмов. Этот робот пор тального типа с верхним расположеним двух манипуляторов, каждый из которых обладает четырьмя степенями подвижности. В результате такой конструкции он легко встраивается в техно логический сборочный модуль или в поточно-автоматизированную линию. Для управления роботом служит система ЧПУ 2С 42-65, созданная на базе микроЭВМ "Электроника-60". Такая система легко стыкуется с другими отечественными управляющими ЭВМ, используемыми в ГПС. Структура сис темы ЧПУ 2С 42-65 также реализована по функционально-мо дульному принципу.
Х. СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, ВЗАИМОСВЯЗИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГПС.
Структура, функции, взаимосвязи и характеристики ГПС
Элементы ГПС
В основу ГПС положены принципы: групповое производство; автоматизация программной перенастройки; гибкая управляемость, модульность, иерархичность, высокая универсальность, максимальная предметная замк нутость на возможно более низком иерархическом уровне ГПС.
Гибкая производственная система представляет собой сложную произ водственную систему, имеющую разветвленную структуру, обладающую развитыми функциями и взаимосвязями между подсистемами.
Гибкая производственная система (по ГОСТ 26228—85) представляет собой совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизиро ванных технологических комплексов (РТК), ГПМ, отдельных единиц тех нологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладаю щая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их харак теристик.
Основными составными частями ГПС являются ГПМ и РТК.
ГПМ представляет собой единицу технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пре делах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связан ные с изготовлением изделий, имеющая возможность встраивания в ГПС.
Под РТК понимается совокупность единицы технологического оборудо вания, ПР и средств оснащения, автономно функционирующих и осуществ ляющих многократные циклы.
Система обеспечения функционирования ГПС определяется как сово купность в общем случае взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологическую подготовку их производства, управление ГПС при помощи ЭВМ и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.
В систему обеспечения функционирования ГПС входят подсистемы: автоматизированная транспортно-складская система (АТСС); автоматизированная система управления технологическими процессам» (АСУТП);
-автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО);
-система автоматизированного контроля (САК);
-автоматизированная система удаления отходов (АСУО);
-автоматизированная система научных исследований (АСНИ);
-система автоматизированного проектирования (САПР);
-автоматизированная система технологической подготовки производст ва (АСТПП);
-автоматизированная система управления (АСУ) и др.
По организационной структуре различают следующие виды ГПС: гибкие автоматизированные линии (ГАЛ), участки (ГАУ) и цеха (ГАЦ).
ГАЛ - ГПС, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.
ГАУ - ГПС, функционирующая по технологическому маршруту, в ко тором предусмотрена возможность изменения последовательности исполь зования технологического оборудования.
ГАЦ - ГПС, представляющая собой в различных сочетаниях совокуп ность гибких автоматизированных и роботизированных техно логических линий и участков для изготовления изделий за данной номеклатуры.
Роботизированная технологическая линия пред ставляет собой совокупность РТК, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими промышленны ми роботами для выполнения операций в принятой технологической после довательности.
Роботизированный технологический участок представляет собой совокупность РТК, связанных между собой транспорт ными средствами и системой управления, или нескольких единиц техноло гического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими ПР, в ко торой предусмотрена возможность изменения последовательности исполь зования технологического оборудования.
Подсистемы ГПС и их входимость в различные по сложности организа ционные уровни ГПС представлены в табл.7
Как следует из табл.7 ГПС состоит из ряда основных автоматизиро ванных подсистем: технологической, транспортной, складирующей, контро ля и управления.
Автоматизированная технологическая подсис тема ГПС. В состав технологической подсистемы ГПС входит множест во ГПМ совместно с необходимыми средствами технологического оснаще ния, предназначенных для выполнения основных технологических операций производства МЭА
Табл. 7 Организационные уровни сложности ГПС
Автоматизированная транспортно -складская, подсистема (АТСС) - подсистема взаимосвязанных автоматизирог ванных транспортных и складских устройств для укладки, хранения, «ременного накопления, разгрузки и доставки предметов труда, технологи ческой оснастки.
Функционально в АТСС можно выделить автоматизированные складс кую и транспортную подсистемы..
Автоматизированная транспортная подсистема (АТС) ГПС. АТС состоит из транспортных модулей, осуществляющих перемещение материалов, заготовок, полуфабрикатов, комплектующих, готовых деталей, изделий, инструмента и оснастки между ГПМ и сек циями автоматических складов, а также удаление отходов производства.
Транспортные связи охватывают грузопотоки в ГПС: межцеховые, межучастковые, межоперационные и все элементы перемещений, включая ориентацию и установку детали. К грузопотокам в ГПС относятся: техно логическая тара, заготовки, комплектующие, инструмент (оснастки), изделия (сборочные единицы),отходы. Все средства АТС ГПС делятся на основные и вспомогательные группы. В основную группу входят; конвейеры, транспортеры, транспортные роботы, устройства пневмотранспорта и гид ротранспорта. В вспомогательную группу входят: ориентаторы, адресователи, толкатели, сбрасыватели, накопители, подъемники и другие техничес кие средства АТС ГПС.
Автоматизированная складирующая подсистема (АСС) ГПС. АСС ГПС предназначена для накопления, приема и хранения нормативного задела, выдачи в производство и учета заготовок, полуфабрикатов, комплектующих, готовых изделий, приспособлений; инструмента, тары с целью обеспечения ритмичного процесса в ГПС, АСС в ГПС могут предназначаться для выполнения каждой из указанных функций или различных их сочетаний, вплоть до совмещения всех функций в едином складе.
В состав АСС штучных грузов входят следующие основные элементы: стеллажные конструкции, автоматические штабелирующие машины, тран спортно-складская тара, устройства для перегрузки тары со штабелирую щей машины на накопитель, технические средства АСУ складов ГПС [27].
АСС, расположенные в зоне ТМ или входящие в состав ГАЛ, ГАУ И ГАЦ, в зависимости от требований к основному ТП могут состоять из различного набора перечисленных элементов. Размещение складов в ГПС за висит от типа и характера производства, производственной программы, типа внутрицехового транспорта, строительной части производственного кор пуса, в котором размещены ГПС и др.
Автоматизированная подсистема управления ТП (АСУ ТП) ГПС состоит из средств вычислительной техники - управ ляющих ЭВМ, связанных в единый комплекс с помощью интерфейсных ус тройств и линий передачи данных, и программного обеспечения. Предназ начена для управления отдельными единицами автоматизированного оборудования всех подсистем и системы в целом; базируется на использовании оборудования С ЧПУ, ГПМ. Программное управление ГПМ основывается на применении программы, определяющей порядок действий с целью полу чения требуемого результата. Вычислительные машины, устройства сопряже ния с объектами и передачи данных являются аппаратурными средствами системы управления ГПС, функционирующими под управлением програм мных средств.
Система управления охватывает все уровни иерархии ГПС: нижний уровень управления - ГПМ и обслуживающие их АСС, АТС и САК; средний уровень управления - ГАЛ и ГАУ и обслуживающие их АСС, АТС и САК; высший уровень управления - ГАЦ, т. е. управление производственными единицами (линиями, участками) в соответствии с заданным планом произ водства изделий.
Как правило, ГПМ, АСС и АТС управляются выделенной для этой цели ЭВМ, на основе которой и строится соответствующая система управления. Эти ЭВМ реализуют функции по управлению оборудованием на основе заг руженных в них программ управления и формируют сообщения о завершении операций или об особых ситуациях, возникающих при работе управляе мого ими оборудования. Совместное функционирование ГПМ, АСС и АТС обеспечивается АСУ ГПС, которая включает ЭВМ, управляющую ЭВМ низ шего уровня иерархии, аппаратуру связи ЭВМ АСУ ТП ГПС с другими ЭВМ. АСУ ГПС может быть информационно связана с АСТПП и АСУП.
Подсистема контроля ГПС, Особое место в ГПС любого из рассмотренных уровней занимают подсистемы автоматического контроля (САК). Здесь решаются задачи: получения и передачи информации о свой ствах, техническом состоянии и пространственном расположении контроли руемых объектов, а также о состоянии технологической среды; сравнения фактических параметров с заданными; передачи информации о рассогласованиях для принятия на различных уровнях управления ГПС; получе ния и представления информации об исполнении функций; автоматической перестройки средств контроля в пределах заданной номенклатуры контролируемых объектов; полноты и достоверности контроля.
Автоматизированная подсистема инструмен тального обеспечения (АСИО) - система взаимосвязанных t элементов, включающая участки подготовки инструмента, его транспортирования, накопления, устройства смены и контроля качества инструмента, обеспечивающие подготовку, хранение, автоматическую установку и замену инструмента.
Организационная структура ГПС
Состав и структура ГПС зависит от его специализации, технологических задач, типов изделий, серийности их изготовления, частоты смены продук ции и др.
Для достижения безлюдного производственного процесса при создании ГПС должны быть решены следующие задачи:
-накопление заготовок, полуфабрикатов, материалов, приспособлений, инструментов и транспортирование их к ГПМ;
-обеспечение загрузки и разгрузки ГПМ;
-автоматическое управление всеми видами ГПМ;
-хранение, редактирование и трансляция программ управления ГПМ;
-диагностика работы всех технических средств с индикацией неисправ ностей и ошибок на стойке ЧПУ;
-диагностика качества обработки на ТМ с введением коррекции в прог рамму управления и на САК с выводом информации в ЭВМ, и, в случае необходимости, на печать;
-диагностика состояния инструмента с введением коррекции в програм му управления ГПМ и обеспечением автоматической смены инструмента;
-доставки вспомогательных материалов, в частности, смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ);
-удаление отходов производства;
-планирование, учет и регулировка хода производства, обеспечивающие наилучший режим работы ГПС.
В состав ГПС входят ГАЛ, ГАУ и ГАЦ, которые в свою очередь, сос тоят из ГПМ, оборудованных устройствами, обеспечивающими:
-автоматическую загрузку и разгрузку деталей и инструмента;
-контроль точности базирования деталей на ГПМ;
-подачу в зону обработки СОЖ и др.;
-диагностику работы ГПМ;
-диагностику качества обработки изделий и состояния инструмента;
-удаление отходов (стружки, СОЖ и др.) из зоны резания.
Автоматизированная система управления ГПС на базе устройства прог раммного управления всех технических средств и комплексов программно го обеспечения реализует управление ГПМ, АТСС, САК с использованием АСУТП и задачи организационно-технологического управления (АСУОТ).
К задачам АСУОТ относятся:
-расчет предварительного (ПССЗ) и окончательного (ОССЗ) сменно-су точного задания по рабочим местам на основании введенных в АСУТП из ЭВМ высшего уровня месячных планов-графиков;
-корректировка сменно-суточных заданий в течение смены;
-введение информационной модели АТСС;
-определение готовности к запуску в обработку конкретных деталей операций, в том числе заготовками, полуфабрикатами, материалами, комп лектующими деталями, приспособлениями, инструментами, программными средствами и др.
Организационная схема управления ГПС на этапе эксплуатации предс тавлена в табл.8
Для обеспечения функционирования ГПС необходимо:
-скомплектовать, подготовить и загрузить в АТСС заготовки, комплек тующие, полуфабрикаты, материалы и другие ингредиенты производства;
-подготовить, настроить и ввести в АТСС и ГПМ приспособления и инст рументы;
-подготовить и ввести в библиотеку программ АСУТП, АСТПП и АСУП Необходимые программы управления.
-гибкой производственной системы (ГПС);
-автоматизированной системы испытаний (АСИ);
-системы материально-технического обеспечения (СМТО);
-автоматизированной системы управления (АСУ) ИПС.
Табл. 8 Структура обеспечивающих подразделений ГПС
При этом подсистемы АСУ, АСНИ, САПР и АСТПП, являясь внешними ПО отношению к ГПС, реализуют информационное обеспечение на входе ГПС с использованием соответствующих баз данных (БД). Так АСУ обеспечивает планирование загрузки ГПС пo номенклатуре и качеству изделий, предназначенных к выпуску в определенные периоды времени, и планиро вание подготовки производства для ГПС; АСНИ и САПР — автоматизиро ванное проектирование МЭА с выпуском технической и программной (ПД) документации; АСТПП — автоматизированные разработки технологичес кой документации, проектирование средств технологического оснащения И выпуск конструкторской документации на оснастку, разработку управ ляющих перфолент для ГПМ, ГПС; АСИ - автоматизированное испытание изделий.
ИПС позволяют обеспечить полностью автоматизированный процесс проектирования и производства изделий МЭА и возложить на человека функции контроля
XI. ТРАНСПОРТЫЕ СИСТЕМЫ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВ И РОБОТЫ.
Структура транспортно-накопительных систем
Транспортно-накопительные системы ГПС выполняют две основные функции: транспортирование и накопление обрабатываемых заготовок. Они транспортируют заготовки на позиции загрузки и выгрузки станков комплекса, на позиции контроля и на приемные позиции для дальнейшей обработки вне ГПС. Транспортирование заготовок между рабочими пози циями или станками можно выполнять несколькими способами: прежде всего - в таре и закрепленными на приспособлениях-спутниках (палетах). Наибольшей универсальностью обладают приспособления-спутники, ко торые можно применять для ориентации и закрепления различных по кон струкции заготовок и их транспортирования. Спутники легко кодировать, поэтому на гибкой автоматической линии или ГПС можно одновременно обрабатывать две или более различные заготовки. Транспортно-нако пительные системы ГПС также транспортируют по станкам комплекса ре жущий инструмент и приспособления при смене объекта обработки и спе циальную тару со стружкой на сборный пункт.
Существуют два основных конструктивных варианта построения ав томатизированных транспортно-складских систем (АТСС): с совмещен ными и раздельными транспортной и складской подсистемами. В обоих вариантах склад может состоять из нескольких универсальных или специализированных секций для хранения заготовок, готовых дета лей, технологической оснастки и межоперационных заделов, полуфабрикатов.
АТСС раздельной компоновки выполняют односекционными (ра зомкнутыми и замкнутыми) и многосекционными.
На рис. 64, а показана схема ГПС с совмещенной транспортно-складской системой. Станки 1 расположены параллельно стеллажу-накопителю 2. Кран-штабелер 4 или транспортная тележка перемещается вдоль станков и обслу живает как стеллаж-накопитель 2, так и станки 1. По команде от системы управления штабелер 4 заби рает из определенной ячейки стел лажа 2 необходимую заготовку и перемещает ее на перегрузочный стол 3 соответствующего станка.
Готовые детали штабелер забирает с перегрузочного стола и переносит их в свободные ячейки стеллажа-накопителя. В данном случае не требуется спе циальной транспортной системы для обслуживания станков, так как эти функции выполняет кран-штабелер. По этой схеме выполнена система АТСС в ГПС мод. Cz-4 см фирмы Okima Machinery works, Ltd (Япония) и др.
Схема раздельной транспортно-накопительной системы с четырьмя стеллажами-накопителями 1 и двумя кранами-штабелерами 2 показана на рис. 64, б. В данной системе автоматическая транспортная тележка б, пе ремещаясь по прямолинейному транспортному рельсовому пути 7, обслу живает несколько единиц технологического оборудования ГПС. Из стел лажного склада кран-штабелер 2 подает заготовки в таре на перегрузочный стол 3. Далее транспортная тележка 6 по мере необходимости согласно программе забирает с перегрузочного стола 3 тару с заготовками и транс портирует ее к накопителям 5 станков 4. Установив тару с заготовками на накопитель 5, перегрузочное устройство транспортной тележки б забирает тару с готовыми деталями и транспортирует ее на перегрузочный стол 3 стеллажного склада. Затем кран-штабелер по команде от системы управле ния забирает тару с готовыми деталями и устанавливает ее в свободную ячейку стеллажа. В зависимости от регламента работы оборудования ГПС транспортная система может последовательно или выборочно обслужить накопительные устройства 5 станков 4 системы. По этой схеме выполнена система АТСС в ГПС мод. 107 фирмы Production Master (Япония) и др.
При замкнутой трассе технологическое оборудование может обслужи ваться последовательно или выборочно по командам от системы управ ления. По этой схеме выполнена АТСС в ГПС фирмы Shin Nippon Koki Ко, Ltd (Япония).
При выборе и разработке транспортно-накопительных систем ГПС необходимо учитывать объем производственной программы, величину партий, размеры, массу и время обработки заготовок.
Компоновка транспортно-накопительной системы зависит от распо ложения станков ГПС. В состав транспортно-накопительной системы вхо дят центральный конвейер-накопитель и буферные накопители у каждого станка. Конвейеры-накопители имеют приемно-передающие устройства, которые служат для передачи тары или спутников с продольных ветвей кон вейеров на поперечные и обратно, приемно-передающие устройства станков, устройства фиксации спутников на конвейере, устройства для считывания кода спутника, камеры промывки спутников и обрабатываемых заготовок и др. Рассмотрим транспортно-накопительные системы некоторых ГПС.
Гибкая производственная система с односторонним расположением станочного оборудования относительно стационарной разветвленной транспортно-накопительной системы фирмы Cincinati Milacron (США) по казана на рис. 65. В комплекс входят четыре многоцелевых станка 4 с дисковыми инструментальными магазинами и с двухпозиционными автоматическими устройствами с поворотными столами и позицией ожидания 3, транспортная накопительная система с центральным роликовым конвей ером-накопителем 1 замкнутого типа и дополнительными роликовыми бу ферными накопителями 6 у каждого станка комплекса. Спутники с про дольных ветвей конвейера передаются на поперечные и с поперечных на продольные приемно-передающие устройства 2 с вращающимися ролика ми (от привода). Спутники с роликовых конвейеров буферных накопите лей передаются на позицию ожидания 3 многоцелевых станков и обратно с помощью приемно-передающих устройств 5, расположенных напротив позиций ожидания станков.
Центральный конвейер-накопитель 1 имеет ответвления, которые об разуют отделения с рабочими позициями загрузки 7 и разгрузки 8 обраба тываемых заготовок.
На буферных накопителях многоцелевых станков справа находятся спутники с заготовками, а слева - спутники с обработанными деталями. Стрелки на транспортерах показывают путь следования спутников с обра ботанными деталями на позицию разгрузки 8, где они снимаются с него, и свободный спутник по конвейеру поступает на позицию 7. На этой пози ции на спутник устанавливается и закрепляется новая заготовка, на нем указывается код заготовки и подается сигнал в систему управления ком плексом. По программе от ЭВМ спутник транспортируется к соответст вующему станку.
Гибкая производственная система с линейным расположением обору дования фирмы Hiiller Hille (Германия) приведена на рис. 66. Она пред назначена для обработки различных корпусов редукторов для электродви гателя.
В систему входят два многоцелевых станка 2 и 4 с устройствами автоматической смены режущего инструмента с дисковыми инструмен тальными магазинами а, б, в, г, д и устройствами автоматической смены спутников 3, моечная машина / и система транспортирования и накопле ния спутников с обрабатываемыми заготовками.
Транспортирование спутников 7 с заготовками или обработанными деталями осуществляется по линейному транспортному пути 11 с помо щью двухпозиционной автоматизированной транспортной тележки 9. Раз грузка и установка обрабатываемых заготовок производится на двух загрузочно-разгрузочных позициях 5 и 6. После съема со спутника обработан ной детали и установки новой заготовки оператор устанавливает код дан ной заготовки на спутнике. Далее спутник 7 транспортной тележкой 9 транспортируется в накопитель 8 спутников, где он и находится до тех пор, пока по сигналу от ЭВМ его затребует тот или иной станок.
В зависимости от сигналов от станков 2 или 4 об окончании обработ ки деталей, по программе от ЭВМ транспортная тележка 9 перемещается к соответствующему спутнику накопителя 8, забирает спутник с новой заго товкой и транспортирует его с учетом приоритета на станок 2 или 4. Авто матическое загрузочное устройство станка забирает с транспортной тележ ки 9 спутник с заготовкой на свою свободную позицию, а спутник с обра ботанной деталью перемещается на вторую свободную позицию транс портной тележки 9. Далее спутник с заготовкой перемещается в позицию обработки 10 станка 2, а транспортная тележка - к моечной машине / и передает спутник с обработанной деталью для очистки от стружки. В это время транспортная тележка может выполнить операции загрузки-выгрузки с обрабатываемыми заготовками на другой станок системы, а затем забрать спутник с очищенной деталью из агрегата мойки 1 и пере местить его на 5-ю или 6-ю позиции загрузки-выгрузки, на которых опера тор выполняет соответствующие операции.
Линейная компоновка оборудования позволяет в зависимости от по требностей производства увеличивать число технологического оборудова ния в гибкой производственной системе без изменения механизмов транс портирования. В данном случае обработка различных деталей в гибкой производственной системе может производиться в любой последователь ности.
Автоматически управляемые тележки и робокары
Для выполнения транспортных и загрузочно-разгрузочных работ в ГПС применяют автоматические транспортные тележки с прямолинейны ми рельсовыми путями и безрельсовые самодействующие транспортные тележки, так называемые робокары.
Самоходные транспортные тележки с прямолинейными транспорт ными путями в отличие от конвейеров-накопителей, где все спутники пе ремещаются одновременно, обеспечивают доставку из центрального нако пителя к станку только одного спутника с произвольным выбором. Само ходные транспортные тележки не сложны по конструкции, просты в экс плуатации, их применяют в современных транспортно-накопительных сис темах ГПС как средство, обеспечивающее связь между центральным нако пителем (магазином) спутников, устройствами смены спутников на стан ках и рабочими местами операторов. Транспортно-накопительные системы с самоходными транспортными тележками позволяют обслуживать не сколько многоцелевых станков ГПС, их используют для транспортирова ния обрабатываемых заготовок различных типов в таре и закрепленных на спутниках, приспособлений, режущих инструментов и тары со стружкой.
На рис. 67 приведена конструкция автоматической транспортной те лежки, которая перемещается по прямолинейным рельсовым путям 11. Она состоит из сварной рамы 8 с двумя осями, несущими две пары колес 9, С торцов рамы смонтированы подвижные дуги б для автоматического вклю чения системы торможения и останова тележки в случае наезда на посто ронние предметы. Привод тележки 10 имеет электродвигатель постоянного тока и редуктор 7, питание осуществляется от шины 2. Механизм фиксации обеспечивает останов тележки в заданных местах. Управляют тележ кой от пульта 5. Спутник 1 с заготовкой устанавливают на направляющих 3, по которым он перемещается от привода 4 при передаче спутника на ра бочий стол станка или в накопитель
В ГПС широко применяют безрельсовые самодействующие транс портные тележки (робокары). Робокары - это автоматически адресуемые тележки с электронным управлением, перемещающиеся непосредственно по полу, оснащенные устройствами для приема и передачи спутников с деталями и поддонов. Они зарекомендовали себя как универсальное сред ство для выполнения межучастковых и межоперационных транспортных операций. По сравнению с другими средствами транспортирования они имеют следующие преимущества: малогабаритны, имеют большой диапа зон скоростей перемещений с автоматизацией направления перемещения, с автономностью управления, возможностью использования проездов (трасс) для других видов транспорта.
Возможности безрельсовых грузонесущих автоматических транс портных тележек (робокар) очень широки за счет простоты создания но вых транспортных путей и оснащения робокар устройствами автоматиза ции погрузочно-разгрузочных операций. Многие фирмы выпускают транс портные тележки подобного типа. Среди отечественных конструкций по добных тележек следует отметить автоматические тележки типа «Электро ника», МП-12Т, конструкции ИАЭ им. И.В. Курчатова и др.
На рис. 68 приведены некоторые типы робокар, а в табл. 10 даны их технические характеристики управления движением и подъемом платформы выполнены на основе микроЭВМ. Устройство маршрутослежения оптоэлектронного типа (излуча тель - светоотражающая полоса). В корпусе тележки расположены также датчики контроля за состоянием ряда узлов. Безопасность эксплуатации обеспечивается применением механического отключения привода от дуги безопасности, срабатывающего при касании ею препятствия.
Табл. 10 Технические характеристики робокаров
Информацию о маршруте движения робокара получают на станциях останова, размещенных у склада и оборудования, посредством оптоэлектронной системы обмена информацией без электрического контакта.
Автоматическая транспортная тележка (робокар) типа МП-12Т со смонтированным на ней промышленным роботом показана на рис.68, б. Робокар предназначен для систем межоперационного транспортирования поддонов общей массой до 200 кг. Робокар состоит из подвижной грузовой платформы на четырехколесном шасси и промышленного робота, которые управляются бортовой микроЭВМ «Электроника-60». Конструкция тележ ки и робота модульные, рассчитанные на несколько модификаций. Трасса движения обозначена в виде светоотражающей полосы, для слежения за ней предусмотрены специальные датчики. В передней части подвижной платформы установлено устройство, обеспечивающее безопасность дви жения. Справа на борту платформы находятся датчики распознавания объ екта и коррекции.
Электроробокар, разработанный в Киевском политехническом инсти туте, показан на рис. 68, в. Он предназначен для транспортирования заго товок и деталей общей массой до 20 кг. Робокар выполнен на базе стан дартных узлов с трёхколёсным шасси 7. Электромеханический привод главного движения 8 представляет собой электродвигатель постоянного тока с планетарным редуктором. В приводе поворота 4 использован волно вой мотор-редуктор с электродвигателем постоянного тока при напряже нии питания 24 В. Питание электродвигателей главного движения и при вода поворота осуществляется от аккумуляторов 6
Грузовая платформа 5 представляет собой поворотный стол с двумя фиксированными положениями. Загрузочное устройство - пневматический манипулятор с двумя степенями подвижности. На грузовой платформе может быть установлено две кассеты с заготовками. Воздух или масло подводится к манипулятору через узел стыковки.
Система управления 9 основана на использовании иерархической структуры с тремя уровнями. Общесистемный или стратегический уровень реализован на ЭВМ СМ-4, тактический и исполнительный - на микроЭВМ «Электроника-60», смонтированных внутри электрокара.
Система сложения за маршрутом 1 оптоэлектронного типа. Задача движения по трассе реализована с помощью комбинированной системы слежения, включающей в себя индуктивный и два оптических канала. Безопасность перемещения обеспечивается тактильной системой блоки ровки 3. Локационная система стыковки 2 обеспечивает распознавание и стыковку робокара с технологическим оборудованием.
Робокар системы Flexmatic (Франция) приведен на рис. 68, г. Элек трокар имеет электронное оборудование, расположенное в корпусе 1 и обеспечивающее следование по трассе. Маршрут определяется и оптими зируется ЭВМ согласно типу детали, установленной на платформе 2, технологической последовательности ее обработки и возможным вариантом передвижения. Трасса представляет собой изолированный электрический кабель 4, проложенный в полу на глубине 2 см. Этот кабель является про водником электрического тока определенной частоты. Переменный ток возбуждает магнитное поле, которое воспринимается катушкой, установ ленной на робокаре, и далее следящей системой управления каром. Уста новленные в грунте и на карах контакты обеспечивают обмен информаци ей между карами и ЭВМ.
Привод электрокара электрический и работает от аккумуляторов с за пасом работы на 4-5 ч. Скорость передвижения по трассе 0,75 м/с при мас се транспортируемого груза 1500 кг. Аккумуляторные батареи электрокара установлены в специальных контейнерах 3.
Робокары снабжены двигательным управляющим агрегатом со сле дящими системами скорости и положения по отношению к направляюще му проводу, эмиттерами и приемниками для диалога и телеуправления, логической схемой, которая управляет робокаром исходя из получаемых команд.
Робокары являются примером широко универсального автоматизиро ванного транспортного средства, которое можно использовать для транс портирования обрабатываемых заготовок и других грузов в гибких произ водственных системах различного технического назначения.
Комплексы с робокарами для транспортирования обрабатываемых за готовок позволяют повысить гибкость их компоновки и сконцентрировать на одном участке с расположением оборудования, более удобным для об служивания оператором, чем при применении автоматических транспорт ных тележек, перемещающихся по рельсовому пути, или других наполь ных транспортных средств.
Гибкая производственная система фирмы Shin Nippon Koki Ко, Ltd (Япония) для обработки крупногабаритных деталей показана на рис. 69. ГПС предназначена для обработки деталей судовых дизелей шести наиме нований с максимальными размерами по длине 2200 мм, ширине 900 мм, высоте 900 мм и массой до 2000 кг. В ГПС входят механический цех б, в котором установлено три многоцелевых станка 5 и имеются позиции нако пления 4 приспособлений с роботом перегрузки (робокаром) 3, загрузки-разгрузки и переналадки 8, накопления поддонов-спутников 1 заготовок, а также робот-перегрузчик заготовок (робокар) 2.
Для транспортирования заготовок и приспособлений используются два промышленных робота (робокара), совершающие продольное и попе речное движения с помощью установленной под полом ведущей индукци онной антенны. Робокары 2 предназначены для транспортирования загото вок и поддонов общей массой до 4000 кг. Они транспортируют поддоны с заготовками от позиций 8 и / к механизмам автоматической смены загото вок многоцелевых станков 5, а также транспортируют поддоны с обрабо танными деталями на позицию накопления поддонов-спутников 1.
Робокар 3 для перевозки приспособлений малогабаритен и высоко скоростной (мини-робот). Он предназначен для транспортирования при способлений с позиции накоплений 4 по станкам 5 ГПС и обратно. Вся ГПС управляется из компьютерного пункта 7.
Промышленные роботы
Промышленные роботы являются универсальным средством ком плексной автоматизации производственных процессов. При автоматизации металлорежущего оборудования с помощью промышленных роботов уста навливают заготовки в рабочую зону станка, снимают детали со станка и раскладывают их в тару (накопитель), передают от станка к станку, канту ют детали (заготовки) в процессе обработки и транспортируют их, очища ют базовые поверхности деталей и приспособлений, меняют инструмент и осуществляют другие операции.
XII. СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ.
Различают три вида автоматического контроля обрабатываемых деталей: до начала, во время и после обработки.
Контроль первого вида направлен, прежде всего, на создание усло вий для бесперебойной работы оборудования, так как детали с повы шенным припуском могут вызвать поломку инструментов.
Контроль второго вида (наиболее важный) проводится в процессе работы и предназначен для предотвращения брака. По данным изме рения непосредственно в процессе обработки выдаются команды на корректировку управляющей программы.
Контроль третьего вида предусмотрен главным образом для гаран тии качества изготовлений продукции. Контрольно-измерительные опе рации могут выполняться как непосредственно на станках, так и вне станка. На станках с ЧПУ, работающих в автономном режиме, перво начальные размерные настройки и текущая подналадка, наблюдение за износом режущих инструментов, своевременная смена инструмента и введение размерной настройки после такой замены выполняются оператором. На станках, работающих в составе ГПС, все эти функции проводятся автоматически комплексом аппаратных и программных средств, являющихся элементами системы автоматического контроля (САК) ГПС. Измерительные устройства выполняют прямой контроль деталей, если они определяют их размеры, и косвенный контроль, если они определяют поломку инструментов и их износ.
Контрольно-измерительные операции вне станка проводятся на спе циальных координатно-измерительных машинах (КИМ). Они отли чаются более высокой производительностью и точностью измерений по сравнению с контролем, реализуемым непосредственно на металло режущем станке. Результаты измерений могут быть переданы в этом случае и на обрабатывающее оборудование с целью его автомати ческой поднастройки, а также использованы при приемке готовой про дукции. На рис. 70 показан общий вид КИМ портального типа.
Исполнительным органом КИМ являются щуповые измерительные головки высокой чувствительности, которые могут быть механичес кими, оптическими и электронными. На рис. 71 приведена схема измерений обрабатываемых изделий (деталей).
Системы диагностики технического состояния оборудования в ГПС
Для выполнения диагностирования в автоматическом режиме в настоящее время разработаны различные алгоритмы, основной задачей которых является проверка соответствия управляющих команд задан ным значениям. В качестве рабочих признаков для таких алгоритмов могут использоваться нормированные силовые нагрузки, амплитуды ав токолебаний, тепловое состояние элементов станка
Общие вопросы технической диагностики
Для повышения эффективности технического обслуживания и эксплуатации оборудования, работающего в условиях ГАП, необходимо иметь возможность оценить его техническое состояние, непрерывно изменяющееся под влиянием внешних и внутренних возмущающих факторов. Наличие сведений о техническом состоянии оборудования позволяет использовать его оптимально, а также обнаруживать, предупреждать и устранять дефекты и неисправности на ранних стадиях эксплуатации, что значительно повышает надежность и ресурс работающего оборудования.
Для определения технического состояния технологического оборудования и характера его изменения во времени используется техническая диагностика. Это позволяет выбрать методы получения диагностической информации и оценить ее, а также определить диагностические модели и алгоритмы принятия решений.
Под технической диагностикой понимается процесс определения характера изменения во времени технического состояния объекта диагностирования (ОД) с определенной точностью в условиях ограниченной информации. Под техническим состоянием понимается совокупность подверженных изменению на различных стадиях разработки, производства и эксплуатации свойств ОД, характеризуемых в определенный момент времени диагностик диагностическими признаками, установленными технической документацией на этот объект.
Различают следующие виды технического состояния: исправность и неисправность, работоспособность и неработоспобность, правильное и неправильное функционирование, предельное (аварийное) состояние и т. п. понятие состояния ОД является одним из основных в технической диагностике и определяется совокупностью параметров, характеризующих объект.
При диагностировании предполагается, что ОД может находиться в конечном множестве W состояний (в реальном ОД это множество может быть бесконечно), которое можно разделить на подмножества W1 и W2 . Переход ОД из одного состояния в другое может быть вызван какими-либо неисправностями или другими причинами. Подмножество W1 включает все состояния, которые позволяют ОД выполнять возложенные на него функции, т.е. работоспособные состояния. Подмножество W2 входят все состояния, приводящие к потере работоспособности ОД. Процесс определения действительного состояния, т.е. отнесение его к одному из возможных классов подмножеств, - это распознавание состояний или диагностирование ОД.
Параметрами технического состояния ОД могут быть качественные или количественные характеристики его свойств. К параметрам относят структурные, функциональные и сопутствующие параметры. Структурными параметрами, характеризующими структуру машин, узлов и механизмов, являются величины зазоров в кинематических парах, координат положения регулируемых элементов, натягов, несоосностей, дисбалансов вращающихся валов а также размеры деталей. Функциональные параметры (мощность, частота вращения, удельный расход энергии, давление жидкости в гидросистеме, продолжительность циклов и операций) характеризуют функционирование всего оборудования и отдельных сборочных единиц. Сопутствующие параметры (динамические параметры, параметры вибрации и шума, изменение тока, температуры) сопровождают работу оборудования, его узлов и механизмов.
Основной причиной изменения технического состояния оборудования является изменение структурных параметров. В качестве параметров состояния берутся величины, характеризующие структуру, функционирование, а также внешние условия функционирования оборудования, например нагрузка.
В процессе эксплуатации технологического оборудования, особенно в условиях ГАП, возможность прямого измерения структурных и функциональных параметров состояния без разработки оборудования весьма ограничена. Например, невозможно непосредственно в процессе работы оборудования измерить износ сопрягаемых пар. Поэтому при диагностировании используют диагностические сигналы и соответственно диагностические признаки, косвенно несущие информацию о техническом состоянии оборудования. Так, износ сопрягаемых пар можно оценить по вибрации и шуму, диагностическим параметрам, КПД, температуре, времени цикла, ЭДС, мощности тока, чистоте масла и т. п.
Таким образом, в основе диагностирования технического состояния ОД лежит предположение об обратимой функциональной зависимости между параметрами состояния х1, х2, …, хп и диагностическими сигналами или признаками Аi. Информационные диагностические признаки Аi являются характеристиками диагностических сигналов, которые в общем случае зависят от всех параметров состояния и являются наиболее чувствительными к изменению параметров состояния:
Аi=fi(х1, х2,…, хп), i=1,2,…,т.
Диагностические признаки Аi считаются известными, т.к. могут быть непосредственно измерены, а параметры состояния хп подлежат определению.
Выбор диагностических сигналов и признаков являются наиболее трудной задачей технической диагностики. При неудачном их выборе изменение признаков при соответствующем увеличении или уменьшении параметров состояния может оказаться недостаточно большим. В результате этого случайные изменения условий измерений диагностических сигналов могут быть восприняты как изменения параметров состояния, т.е. изменения внутреннего состояния объекта. В этом случае говорят о малой информативности диагностических признаков или их малой чувствительности по отношению к параметрам состояния.
При определении наиболее информативных диагностических признаков необходимо знать структуру диагностического сигнала, для чего требуется детальное исследование физических процессов внутри ОД. Преимуществом использования косвенных диагностических признаков является возможность оценки состояния ОД в процессе его работы, а недостатками – наличие стохастической связи между косвенными признаками и параметрами состояния и влияние на диагностический сигнал посторонних факторов (шумов), не связанных с работоспособностью ОД.
Тогда, когда неясно, какое влияние оказывает параметры технического состояния на диагностический сигнал, нужно иметь достаточно полный набор разнообразных независимых характеристик сигнала, из которых опытным путем выбирают наиболее чувствительные к изменениям параметров состояния, а затем используют их в качестве информативных диагностических признаков. Для обеспечения требуемой достоверности и экономичности диагностирования технического состояния ОД диагностические признаки должны быть достаточно чувствительны, однозначны, стабильны и информативны.(рис.72). Основные требования к диагностическому признаку – максимальная чувствительность к одному из основных параметров состояния и минимальная – ко всем остальным.
Чувствительность диагностического признака:
КА =ΔА /Δх,
где ΔА – приращение диагностического признака; Δх – приращение параметра состояния.
Рис. 72 Схема характеристик диагностических признаков:
А- математическое ожидание, характеризующий стабильность признака А1; А/∆х- чувствительность признака Ан; В- экстремум, характеризующий неоднозначность признака А2
Однозначность диагностического признака; означает отсутствие экстремума (ΔА /Δх = 0) в диапазоне от начального хп значения параметра состояния.
Стабильность диагностического признака; определяется вариацией его значений при многократном изменении параметра состояния ОД и оценивается с помощью среднеквадратического отклонения:
где А - диагностический признак;
Ậ - математическое ожидание, характеризующее стабильность признака А
Нестабильность диагностического признака снижает его чувствительность. Поэтому для оценки связи признака с параметром состояния используется коэффициент связи между признакам и параметром состояния:
К’А=КА/LА
Информативность, являясь одним из важнейших свойств диагностического признака; характеризует достоверность диагностирования, получаемого в результате измерения значений диагностического сигнала.
При диагностировании технического состояния информативность определяется из совместного анализа плотностей распределения значений признаков f1(A) и f2(A) исправных и неисправных ОД соответственно (рис.73). Чем меньше будет степень «перекрытия» распределений, тем меньше будет степень ошибок при использовании для постановки диагноза данного прогноза, т.е. тем он информативнее. Так, признак А информативен, а признак А” неинформативен (распределения практически неотличимы), а признак А’ занимает промежуточное положение.
В рассматриваемом случае для количественного определения информативности необходимо подсчитать величину «площади перекрытия», т.е. вероятность ошибки диагностирования. Эта величина будет тем меньше, чем больше будет разброс средних значений диагностического признака для исправного и неисправного объектов и чем меньше будет разброс значений диагностических признаков каждого технического состояния. Поэтому для оценки информативности используется информативность диагностирования:
N= ,
где А1 – математическое ожидание, характеризующее стабильность признака для исправного ОД
А2 - математическое ожидание, характеризующее стабильность признака для неисправного ОД
Чем выше информативность диагностического признака, тем на большую величину снижается неопределенность оценки технического состояния объекта. Полный цикл диагностирования технического состояния объекта можно разделить на три этапа: ретроспекция, диагностирование и прогнозирование (рис.74)
На этапе ретроспекции изучается тенденция развития процесса изменения состояния в прошлом , на этапе диагностирования – в настоящем, на этапе прогнозирования – в будущем.
Система поддержания работоспособности ГПМ.
1. Структура системы поддержания работоспособности ГПМ
Рассмотрим структуру системы управления обычным стан ком с ЧПУ (табл. 11, а).
Такая система использует два источника информации - управляющую программу, составленную заранее, и информацию, которая поступает от датчиков обратной связи, измеряющих параметры движения (скорость, координаты) рабочих органов станка и его вспомогательных механизмов (или устройств автоматизации). Всю прочую информацию, необходимую для контроля рабочего процесса и качества обработанных деталей, собирает оператор с помощью визуального наблюдения и некоторых универсальных измерительных приборов (например, микрометра для проверки размеров, вольтметра для, проверки нагрузки привода главного движения и т. п.)
Решения, которые принимает оператор на основе своих наблюдений, вводятся им в систему управления в качестве допол нительных воздействий, корректирующих управляющую программу (например, коррекция частоты вращения шпинделя или подачи, коррекция размера инструмента и т.п.). В дру гих случаях оператор прерывает обработку и производит ряд ручных операций (проверка и замена инструмента, измерение детали и т.д.), после чего снова включает автоматический режим работы оборудования.
Сбои и отказы в работе станка и других механизмов такие) фиксируются оператором.
Такая система управления с обратной связью, которая за мыкается через оператора-наблюдателя, в теории автомати ческого управления называется системой управления с наблюдателем.
В табл. 11, б показана структура системы управления модулем с включением средств контроля и диагностики. Эти средства, предназначенные для замены оператора-наблюдателя, объеди нены в новую систему, которая включает измерительные уст ройства (с датчиками для определения величины контролируе мых параметров, характеризующих рабочий процесс, качество выходного продукта и т.д.), устройство сбора и первоначаль ной обработки информации, поступающей от измерительных уст ройств, устройства принятия и реализации решений.
Для успешной замены "интеллектуальных" действий опера тора-наблюдателя рассматриваемая система должна;
-следить за работой. механизмов модуля, ходом рабочего процесса, качеством готовой продукции;
-выявлять отклонения от нормы, в том числе и такие откло нения, которые еще не привели к сбоям и отказам, но в даль нейшем могут послужить причиной серьезных нарушений работы модуля;
-фиксировать сбои и отказы;
-формировать решения, необходимые для автоматического продолжения работы модуля;
-при необходимости прекращать работу модуля, вызывать, наладчика и выдавать ему информацию о месте и причине отклонения от нормы.
ГОСТ 16504-81 определяет задачи технического контроля как проверку соответствия контролируемого объекта установленным техническим требованиям; при атом информация о фактическом состоянии объекта называется первичной; обна ружение несоответствия (расхождения) между фактическими и требуемыми данными называется получением вторичной информации, В ГОСТе указано, что принятие решений по выра ботке необходимых управляющих воздействий на основе вто ричной информации уже не является частью контроля,
В свою очередь, согласно ГОСТ 20911 -75 техническое диагностирование является процессом определения техническо го состояния объекта диагностирования с заданной точностью, причем результатом технического диагностирования является выключение о техническом состоянии (работоспособности) объекта с указанием при необходимости места, вида и причины
Под работоспособностью понимается такое состояние объек та, при котором значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям установленной нормативно-технической документации.
Совокупность всех средств и устройств, встроенных в ГПМ Шля выполнения контроля и диагностики, назовем системой поддержания работоспособности (системой ПРС). Эта система является такой же составной частью ГПМ, как УЧПУ, приводы подач, программируемый контроллер и др. Такая система должна выполнять функции технического контроля и функции технического диагностирования и, кроме того, принимать и испол нять решения, обеспечивающие - по мере возможности - под держание работоспособности модуля в ходе его эксплуатации без участия обслуживающего персонала.
Система поддержания работоспособности состоит из отдель ных подсистем, которые могут работать как совместно, так и автономно, в зависимости от конструктивных решений. К та ким подсистемам относятся, например, подсистемы контроля достояния инструмента, размерного контроля (РК), адаптив ного управления (табл. 12)
Комплекс функций, решаемых системой ПРС и ее подсисте мами, будем далее называть функциями контроля.
2. Виды и задачи оперативного контроля
Комплекс функций системы поддержания работоспособнос ти, выполняемых в процессе автоматической работы ГПМ, далее будем называть функциями оперативного (функциональ ного) контроля.
Автоматический цикл работы ГПМ включает три этапа, вы полняемых обычно по одной управляющей программе:
-подготовительный, начинающийся с момента автоматиче ской доставки новой заготовки к станку (с помощью робота, робокары и т.п.) и заканчивающийся переходом к собственно обработке детали;
-обработка детали;
-заключительный этап, заканчивающийся снятием детали со станка (со стола, из патрона и т.п.).
Оперативный контроль (табл.13) действует на всех трех этапах и подразделяется на следующие виды:
-входной контроль заготовок, инструмента и различных программ, поступающих на станок для обработки каждой кон кретной детали;
-функциональный контроль, т.е. контроль процесса резания, состояния станка и инструментов, участвующих в автомати ческом цикле изготовления детали, контроль промежуточных результатов обработки;
-выходной контроль готовой детали.
Входной контроль производится на подготовительном эта пе. Назначение входного контроля — проверить готовность станка, системы управления и инструмента к обработке заготовки, которая доставлена к станку транспортным устройством с автоматического склада. При этом возможны разнообразные ошибки: заготовка не соответствует детали, которая должна согласно плановому заданию обрабатываться в данный момент; размеры заготовки не соответствуют установленным допускам; в памяти системы управления нет управляющей программы для обработки этой заготовки; заготовка неправильно установлена в приспособлении или само приспособление плохо выставлено и его положение отличается от принятого при разработке управля ющей программы и т.д. Любая из этих ошибок может привести к аварии станка, к порче заготовки или к получению бракованной детали.
Автоматический входной контроль на станке сокращает количество отказов и сбоев в работе станка, предотвращает аварии, способствует получению деталей с заданной степенью точности.
Ниже приведен перечень задач, которые могут решаться в ходе автоматизированного входного контроля на станке сред ствами, входящими в состав различных подсистем системы, поддержания работоспособности:
1) идентификация заготовок, т.е. автоматическое определение кода (номера, типоразмера и т.п.) заготовки с использованием результатов для вызова необходимых программ настройки станка и обработки детали и для проверки соответствия поступившей заготовки плановому заданию;
2) измерение заготовки, т.е. определение ее габаритов, припуска и т.п., для коррекции в случае необходимости управляющей программы (например, определение числа черновых проходов в зависимости от величины припуска);
4) проверка наличия нужного инструмента и достаточности ресурса его стойкости во избежание остановок оборудования из-за его износа в ходе автоматического цикла обработки
5) размерная привязка нового инструмента к систем отсчета станка;
в) проверка соответствия размещения инструмента в мага зине (револьверной головке) управляющей программе и виду технологических операций;
Задачи 1, 2, 5, 8 решаются с помощью подсистемы размер ного контроля, задача 4 - подсистем размерного контроля и контроля состояния инструмента, задача 6 решается в устрой стве ЧПУ и в устройстве сбора и обработки информации, входя щем в состав системы ПРС. Задачи 3 и 9 могут решаться под системами размерного контроля и контроля состояния механиз мов станка.
Контроль работы на втором этапе цикла, этапе обработки, является важнейшей задачей системы ПРС. Именно здесь про исходит наибольшее, количество отказов, поломок, сбоев; на этом этапе определяется точность обработки и решается вопрос получения годной детали, этот же этап оказывает решаю щее влияние на производительность станка.
Перечень обобщенных задач, решаемых системой ПРС ни втором этапе автоматического цикла работы станка, может включать:
Задачи 3, 4 и 5 решаются с помощью средств, входящих в устройство ЧПУ и в программируемый контроллер, и здесь не рассматриваются.
В число задач, решаемых на втором этапе, могут входить некоторые задачи выходного контроля, в частности контроль точности обработанных отверстий может выполняться на этапе обработки, с тем чтобы в случае брака не продолжать обработку детали и сократить непроизводительные затраты времени. Кроме того, ряд операций размерного контроля может выполняться в ходе обработки с целью уточнения положения баз, полученных на различных переходах и при разных установках детали, а так же для коррекции износа инструмента, компенсации нагрева и т.д. Отметим, что размерный контроль в ходе обработки наибо лее эффективен, так как с его помощью можно обеспечить требуемую точность при износе инструмента, неравномерном или незапланированном припуске, силовых деформациях и т.д. При этом повышается точность обработки как следующей, так и уже обрабатываемой детали.
Выходной контроль, или проверка соответствия размеров и формы детали требованиям чертежа, может проводиться как ни станке — до снятия детали, так и вне станка — в специальных контрольно-измерительных приборах или на координатно-измерительных машинах. Непосредственно на станке автоматический выходной контроль ведется в тех случаях, когда перестановка детали затруднительна (например, при больших габаритах), из-за отсутствия специальных измерительных средств или их вы сокой стоимости.
Содержание
I. Автоматические линии с жесткими связями………………………………………………………….
II. Автоматические линии с приспособлениями-спутниками…………………………………………
III. Накопители для приема, хранения и выдачи деталей на автоматических линиях……………
IV. Транспортные устройства на автоматических линиях……………………………………………
V. Проектирование многономенклатурных автоматических линий………………………………
VI. Методы и средства контроля в автоматизированном производстве……………………………
VII. Конструкции роторных и роторно-конвейерных автоматических линий……………………
VIII. Станочные системы. классификация и области применения ГПС……………………………
IX. Компоновочные схемы механообрабатывающих ГПМ……………………………………………
X. Структура, функции, взаимосвязи и характеристики ГПС………………………………………
XI. Транспортные системы гибких производств и роботы……………………………………………
XII. Системы контроля качества продукции……………………………………………………………