Технологическое оборудование автоматических линий

Автоматическая Станочная Линия Механической Обработки

Один из основных путей технического прогресса современного производства — комплексная автоматизация — характеризуется в области машиностроения широким применением автоматических линий.

Первая в СССР автоматическая станочная линия была построена на Волгоградском тракторном заводе И. П. Иночкиным в 1939 г. для обработки и сборки ступицы и фланцев поддерживающего ролика гусеницы трактора. В 1940 г. была построена на 1 ГПЗ автоматическая линия для обработки роликов. В проектировании и построении автоматических линий ведущее значение имели работы ЭНИМСа, Оргстанкомпрома, СКБ-1, СКБ-6, заводов «Станкоконструкция» и им. С. Орджоникидзе.

В дальнейшем над созданием автоматических линий работали наряду с этими организациями ГИПРОавтопром, НИИТавтопром, заводы ГАЗ, ЗИЛ, ВТЗ, 1 ГПЗ.

Автоматические станочные линии являются дальнейшим развитием поточных линий, для которых характерно расположение оборудования в порядке последовательности операций технологического процесса.

Поточные линии бывают неавтоматические, полуавтоматические и автоматические.

В полуавтоматических поточных линиях не автоматизированы загрузка заготовок, снятие обработанных деталей, контроль деталей, а иногда (при крупносерийном производстве крупных деталей) также включение общего транспорта. В автоматических поточных линиях рабочий участвует в загрузке линии и обычно в контроле деталей, однако имеются и поточные линии с автоматическим контролем. Включение транспортера всегда автоматическое, и автоматические линии всегда работают с принудительным темпом.

Автоматическая станочная линия это система станков (иногда и других технологических агрегатов) и вспомогательных устройств, автоматически осуществляющих назначенную последовательность технологических операций без вмешательства рабочего, которая нуждается лишь в периодическом контроле, наладке и уходе со стороны обслуживающего персонала.

В состав понятия автоматической линии для обработки заготовок резанием входят элементы, связанные с целевым назначением линии:

• обрабатываемая деталь в исходном состоянии — заготовка — и в том виде, в каком она сходит с линии, — деталь, полуфабрикат;
• ряд операций технологического процесса обработки (заготовки) с соответствующей технологической оснасткой.

Основными исполнительными устройствами автоматической линии являются станки, транспортная система и система управления.

Транспортная система автоматической линии состоит из основной транспортной трассы и следующих дополнительных устройств:

• накопителей заделов для бесперебойной работы линии при простое (для подналадки, регулирования, устранения неполадок) отдельных агрегатов и механизмов;
• устройств для поворота обрабатываемых заготовок;
• загрузочных устройств для подачи заготовки с основной транспортной трассы к зажимному устройству станка или к его механизму питания заготовками;
• устройств для автоматического отвода стружки.

Общая схема автоматической линии показана на рис. 1.

Рис. 1. Общая схема автоматической линии механической обработки

Применение автоматических линий механической обработки увеличивает производительность оборудования и труда. Количество станков и производственные площади сокращаются в 1,5-2 раза, количество рабочих — в 5-8 раз. Качество продукции улучшается и становится стабильным. Сокращается длительность производственного цикла, уменьшается незавершенное производство, ускоряется оборачиваемость оборотных средств. Себестоимость обработки снижается в 3,5-4,5 раза. Вместе с тем повышается общая культура производства.

Автоматическим станочным линиям механической обработки присущи, однако, и некоторые недостатки, к числу которых относятся:

• повышение требования к заготовке для обеспечения стабильности процесса обработки;
• трудоемкость переналадки линии на другую деталь или на другой технологический процесс;
• иногда снижение коэффициента использования станков и других агрегатов из-за простоев, вызванных неполадками в другом оборудовании;
• в отдельных случаях вынужденный отказ от применения высокопроизводительных станков, используемых в поточных линиях при индивидуальном их обслуживании рабочим-оператором; поэтому автоматические линии не всегда охватывают весь технологический процесс обработки: операции, полная автоматизация которых нерентабельна, производятся вне автоматической линии; базовые поверхности корпусных деталей обычно обрабатываются предварительно при индивидуальном обслуживании станка оператором;
• необходимость в обслуживающем персонале высокой квалификации;
• повышенные первоначальные затраты;
• трудность освоения автоматических линий.

При правильной разработке технологического процесса и компоновке автоматической линии и правильном выборе образующих ее ЧПУ станков, агрегатов, вспомогательных и транспортирующих устройств преимущества автоматической линии с избытком превышают ее недостатки.

Требования к обрабатываемым деталям на автоматических линиях

• Достаточно длительная неизменность (стабильность) изготовляемой конструкции детали имеет большое значение, так как затраты на построение и внедрение автоматической линии обычно очень большие. Поэтому конструкция детали не должна изменяться за период времени, необходимый для того, чтобы затраты на линию окупились.
• Программа выпуска должна быть настолько велика, чтобы затраты на автоматизацию окупались за счет снижения себестоимости изготовления детали на линии.
• Технологичность конструкции детали должна дать возможность применять простые типовые технологические процессы, которые легко поддаются автоматизации.
• Наибольшую экономическую эффективность дают детали с высокой относительной долей производственных затрат (заработной платы и накладных расходов) в полной себестоимости детали.
• При базировании корпусных деталей применяется координация детали относительно баз обработки по трем точкам ее поверхностей. Базовые поверхности должны быть защищены от попадания стружки. Для возможности автоматической фиксации детали в рабочей позиции двумя коническими штифтами деталь должна сохранять свое положение (ориентацию) при транспортировании ее с одной позиции на другую.

При координации детали в пространстве и базировании ее по двум точкам точная ориентация детали (вала, диска, кольца) относительно зажимного устройства (кулачков, цанги, центра) имеет значение в самом конце транспортирования детали к станку. В процессе транспортирования требуется сохранять ориентацию по отношению к поверхностям транспортного устройства.

• Поле рассеяния значений твердости материала заготовок должно быть более узким, чем обычно. Это необходимо для получения стабильной стойкости инструментов и возможности планомерной подналадки инструментов.
• Конструкция изготовляемой детали должна быть технологически отработана в отношении базирования и обработки. Заготовки с черной поверхностью должны иметь минимально возможные припуски на обработку. Размеры заготовок и их обрабатываемость должны иметь возможно большую стабильность.

Если отклонения размеров заготовок могут вызвать потерю ориентации, застревание или неполное зажатие в приспособлениях либо другие неполадки, то для обеспечения бесперебойной работы линии в начале линии должен быть введен 100%-ный контроль заготовок по отклонениям размеров (см. Точность и отклонения от геометрической формы деталей), ведущим к неполадкам и авариям.

Технологический процесс

Один из основных критериев производительности автоматизированного станка — коэффициент производительности рабочей машины, или по В. И. Дикушину — коэффициент степени непрерывности технологического процесса — распространяется и на автоматические линии механической обработки.

При разработке технологического процесса и проектировании автоматической линии максимально возможное сокращение цикловых и нецикловых потерь времени, не совмещенных с основным технологическим временем, является одним из главных руководящих положений. Из него вытекает требование возможно меньшего числа перебазирований и перезакреплений заготовок, так как время на эти операции в большинстве случаев не может быть совмещено с основным технологическим временем. С другой стороны, с сокращением подобных операций уменьшается количество вспомогательных транспортных и загрузочных устройств. Наибольшие возможности в этом отношении представляют линии механической обработки непрерывного действия, например, автоматические линии для шлифования небольших цилиндрических деталей, составленные из бесцентрово-шлифовальных станков, у которых транспортные и технологические движения совмещаются, а фиксация оси детали происходит под действием сил резания (рис. 2).

Рис. 2. Автоматическая линия для шлифования поршневых пальцев: 1 — бункера: 2 — направляющие диски для ориентирования пальцев; 3 — бесцентрово-шлифовальные станки; 4 — контрольные автоматы; 5 — элеваторы; 6 — автоматические подналадчики; 7 — конвейеры; 8 — склизы; 9 — распределители

Наименьшие возможности совмещения времени на транспортные перемещения и внецикловых потерь времени с основным технологическим временем, а также этих времен между собой представляют автоматические линии для корпусных деталей с жесткой связью между станками — сблокированные автоматические линии, у которых транспортные перемещения, движения резания, холостые хода и вспомогательные движения на отдельных станках линии происходят последовательно, совмещаясь по станкам участка линии. У таких сблокированных линий механической обработки расчетная длительность такта линии, т. е. интервал времени, через который выдается обработанная деталь:

τ = tм + tх + tт + tз + tо

где tм — машинное время, равное времени обработки и работы силовой головки на упоре; tх — время холостых ходов головки; tт — время транспортирования детали на одну позицию; tз — время зажима и фиксации (если она предусмотрена); tо — время освобождения (разжима) детали

При разработке технологического процесса обработки, помимо обычных требований к выбору базы, требуется еще предусмотреть удобство транспортировки, возможность автоматической фиксации детали и наименьшее количество ее перебазирований.

Увеличение количества инструментов в каждой позиции позволяет уменьшить количество станков в линии. Однако степень концентрации инструментов в различных позициях не должна быть чрезмерной, чтобы не затруднять подналадку и смену инструментов, отвод стружки и подвод смазочно-охлаждающей жидкости.

Важной задачей при разработке технологического процесса является достижение по возможности равной или, в крайнем случае, кратной длительности отдельных операций, что необходимо для синхронизации работы отдельных станков и позиций.

Синхронность обработки заготовки на различных операциях достигается различными способами.

Длительную лимитирующую операцию распределяют на несколько позиций разделением всего пути рабочего хода на несколько частей; это возможно при черновых операциях и сверлении неточных отверстий, которые приходится выполнять ступенчатыми с интервалами диаметров порядка 0,2 мм. Отдельные кратковременные операции (подобные, например, обработке мелких отверстий) иногда удается объединить, применяя ступенчатые сверла, зенкеры и другой комбинированный инструмент. Иногда синхронность обработки заготовки достигается распределением технологических операций на участки (фрезерование, растачивание, сверление).

На рис. 3 приведена технологическая схема обработки отверстий на торцовых сторонах цилиндровых блоков автомобильных двигателей. В блоке имеется смазочное отверстие настолько большой длины, что, помимо сверления с двух сторон, длина прохода разделена на шесть частей с одной стороны и на семь с другой, и сверление производится последовательно на семи рабочих позициях.

Такое разделение длины прохода на лимитирующих операциях на части особенно целесообразно при сверлильно-расточной обработке на многошпиндельных станках, так как добавляемые шпиндели могут быть частично или полностью размещены в шпиндельных коробках совместно с остальными шпинделями.

Если на отдельной позиции нет возможности достичь синхронности обработки, то для сохранения темпа работы автоматической линии увеличивают число заготовок, одновременно обрабатываемых на данной позиции, или устанавливают на наиболее трудоемкой позиции несколько однотипных станков.

Рис. 3. Схема обработки отверстий на торцовых сторонах цилиндровых блоков автомобильных двигателей на автоматической линии

Инструмент и режимы резания на автоматической линии

При увеличении количества одновременно работающих инструментов уменьшается время обработки и заработная плата за одну деталь и возрастает относительная доля расходов на инструмент. Поэтому с увеличением числа шпинделей и рабочих позиций, обслуживаемых одним рабочим, оптимальные режимы резания снижаются.

Чрезмерное повышение режимов резания снижает надежность работы автоматической линии и может вызвать длительные простой ее для смены инструментов. Поэтому на лимитирующих операциях режимы резания назначают с таким расчетом, чтобы время между переточками инструмента было не менее 7 ч, т. е. чтобы инструмент можно было менять между сменами. В отдельных случаях на лимитирующих операциях снижают время между переточками до 3,5 ч, рассчитывая производить замену инструмента в обеденный перерыв.

При больших количествах инструментов в автоматической линии, достигающих 1000 и более в одной автоматической системе, смена инструментов по усмотрению наладчика часто приводит к чрезмерному затуплению отдельных инструментов, к их поломке и к увеличению простоев линии.

На автоматических линиях большинство операций обработки — невысокой точности и смена инструмента вызывается потерей режущей способности. Так как режущая стойкость инструментов в отличие от размерной стойкости в условиях работы автоматических линий (повышенные требования к стабильности качества материала деталей и их обрабатываемости) изменяется мало, то имеется возможность производить смену инструментов планомерно через определенные сроки, тем самым сократить время на подналадку и избежать поломок инструментов, чрезмерно затупившихся по недосмотру наладчика.

С этой целью инструменты распределяют на группы с приблизительно одинаковой стойкостью. Для каждого инструмента определяется по режиму резания стойкость, календарное время или количество деталей обрабатываемых данным инструментом между переточками.

В инструментальном шкафу у места хранения инструментов данной группы устанавливается счетчик циклов. После отсчета минимально отработанных циклов на пульте управления загорается сигнальная лампа; после отсчета максимальных циклов соответствующая часть автоматической линии останавливается.

При точной обработке деталей, когда время смены инструментов определяется их размерной стойкостью, которая практически колеблется в очень широких пределах, плановая принудительная смена инструментов малопригодна. В этих случаях в автоматических линиях необходимы устройства для автоматического контроля точных размеров, зависящих от состояния режущих кромок инструментов.

Плановая принудительная смена инструментов не исключает необходимости сокращать затраты времени на подналадку станков введением быстросменного крепления инструментов и их предварительной установки на размер вне линии.

Быстросменный патрон (рис. 4) конструкции СКБ-1 для стержневых инструментов при установке его корпуса в шпиндель регулируется в осевом направлении при помощи гайки 5 для выверки взаимного положения упорных пяток 4 на всех шпинделях шпиндельной коробки. В корпус патрона вставляется переходная оправка 6, несущая инструмент. Регулировочный винт 1 оправки упирается в пятку 4. Оправка запирается в корпусе патрона при помощи шарика з при осевом сдвиге втулки 2. Осевое положение инструмента устанавливают регулированием винта 1 по шаблону вне линии.

Рис. 4. Быстросменный патрон используемый в автоматических линиях механической обработки

Инструменты хранятся вставленными в переходные оправки 6. После переточки оправка с инструментов вставляется во втулку 2 шаблона (рис. 5), для чего лапку 1 отводят в сторону, и при помощи регулировочного винта оправки выверяют инструмент по длине, пока сверло не упрется в лапку 1, а головка винта оправки — в торец винта 3.

Шаблоны этого типа применяют при точности установки порядка ±0,25 мм. Для более точной установки служат предельные шаблоны, а при допуске менее ±0,1 мм — также индикаторные приборы.

Рис. 5. Шаблон для предварительной выверки стержневых инструментов по длине

В автоматических станочных линиях широко применяются быстросменные резцы с регулированием их положения вне линии. Также в автоматических линиях успешно применяются резцы с механическим креплением чашечных или многогранных неперетачиваемых твердосплавных пластинок (рис. 6). Чашечная пластинка 4 (рис. 6, a) крепится штоком 3 и прижимается к корпусу 1 резца пружиной 2. Чашечную пластинку можно вручную поворачивать, не снимая резец со станка, для использования нового участка ее режущей кромки. Регулировочный винт корпуса предназначен для установки длины вылета резца в специальном приспособлении вне станка.

Многогранная твердосплавная пластинка 2 (рис. 6, б) садится с зазором 0,1-0,15 мм на штифт 3, запрессованный в корпус 1 резца, прижимается к штифту и к опорной площадке на корпусе клином 4 и дополнительно силой резания. Для поворота пластинки, чтобы сменить режущую кромку, клин 4 нужно освободить. Фасонные неперетачиваемые твердосплавные пластинки (рис. 6, б-г) для резцов, работающих на автоматических линиях, имеют на передней поверхности фаску 0,2-0,5 мм и стружкозавивающую канавку, образованную в процессе изготовления пластинки.

Рис. 6. Типовые конструкции твердосплавных резцов: а — чашечный резец; б — резец с твердосплавной многогранной пластинкой; в — трехгранная пластинка; г — шестигранная пластинка; д — чашечная пластинка; е — пятигранная пластинка

Оборудование автоматических линий

Компоновка станков, особенно их рабочей зоны, должна предусматривать возможность применения всех видов загрузочных устройств и транспортных систем, нормально применяемых в автоматических линиях для деталей, обрабатываемых на станках данного типа.

Автоматизация загрузки станка устройствами подачи заготовок и транспортная система только одного вида могут быть применены при встраивании в автоматическую линию станка уже существующей модели. Широкая увязка компоновки вновь проектируемого станка со всеми нормальными загрузочными и транспортными системами делает возможным встраивание этого станка в один участок линии со станками иных типов и назначений, повышает степень его универсальности и расширяет область его применения; это, в свою очередь, ведет к лучшей эксплуатационной выверке конструкции и к повышению надежности станка.

Увязка компоновки станка с транспортными и загрузочными системами нормальных типов выражается не только в удобстве их применения, но и в доступности (при наличии транспортной и загрузочной систем) зоны резания для визуального контроля схода стружки (особенно сливной) на транспортер и для устранения задержек в сходе стружки, в доступности транспортера стружки для устранения ее заеданий и других неполадок, доступности гидроаппаратуры и системы охлаждения для смены уплотнений и т. д.

Компоновка станка, конструкция его суппортов, корпусных деталей и станины должны надежно обеспечивать непрерывный автоматический отвод стружки из зоны резания, а специальный транспортер — от станка.

Наибольшие трудности возникают при отводе длинной сливной стружки, образующейся при обтачивании стальных заготовок на горизонтальных одношпиндельных и вертикальных многошпиндельных полуавтоматах, габаритные условия которых позволяют сделать конструкцию шпиндельных узлов достаточно жесткой для обдирки стальных заготовок твердосплавными резцами.

Наилучшие условия для отвода сливной стружки из зоны резания складываются, если в горизонтальном одношпиндельном автомате продольный суппорт с резцом повернут около линии центров на 180°, и получается свободное пространство для того, чтобы стружка сходила вниз, не опутывая обрабатываемую деталь и оснастку суппорта.

При обтачивании ступенчатых валиков на токарных копировальных полуавтоматах условия работы стружколомателей затруднены изменением режима резания.

Трудности отвода стружки возрастают с увеличением ее сечения. Поэтому на линиях из шлифовальных станков и некрупных токарных прутковых и патронных автоматов стружка отводится легче, чем на линиях из многорезцовых и копировальных токарных полуавтоматов.

На состоящих из агрегатных станков линиях для корпусных деталей отвод стружки непосредственно не связан с компоновкой и конструкцией станков — он влияет на конструкции зажимного приспособления и транспортные устройства, требуя введения проемов для схода стружки.

Важнейшим требованием к станкам, как и другому оборудованию автоматической линии, является высокая надежность работы. Высокая надежность автоматической линии достигается повышением собственной надежности каждого станка и агрегата и снижением потерь его рабочего времени из-за простоя других станков или иного оборудования линии, связанного с работой данного станка.

По признаку связи между станками различают:

• линии из станков, жестко связанных между собой общим шаговым транспортером, который перемещает одновременно все обрабатываемые заготовки от станка к станку на величину шага, равного расстоянию между станками (сблокированные линии);
• линии из станков, свободно связанных между собой вследствие наличия между ними накопителей заделов (бункеров), что позволяет каждому станку линии работать при простое предыдущего или последующего в потоке станка.

В сблокированной автоматической линии остановка одного станка вызывает простой всего участка линии, обслуживаемого одним общим шаговым транспортером. Поэтому повышение надежности работы станков и иногда оборудования линии имеет особо важное значение для автоматических линий из жестко связанных станков.

Одним из средств повышения надежности работы автоматической линии служит повышение производительности станков, так как оно ведет к уменьшению количества станков, а следовательно, и другого оборудования линии и таким образом уменьшает количество элементов линии, вызывающих ее простой.

Существенное значение для повышения собственной надежности станков и их экономичности имеет применение в автоматических линиях серийно изготовляемых станков, конструкции которых выверены в условиях их эксплуатации. Характерной особенностью такого рода станков является их универсальность — приспособленность их компоновки к удобному встраиванию в автоматические линии со всеми основными видами транспортных и загрузочных систем, нормально применяемых при обработке деталей данного типа. Другие достоинства таких станков — удобство их для ручной и крановой загрузки, хорошая обозримость рабочей зоны с рабочего места, доступность и удобство манипулирования с рабочего места основными органами для наладки и регулирования станка, удобство управления наладочным и полуавтоматическим циклом при работе вне автоматической линии.

В сблокированных автоматических линиях для корпусных деталей производятся фрезерные, расточные, сверлильные и резьбонарезные операции, для чего используются высокопроизводительные специальные многошпиндельные станки.

Повышение надежности и снижение себестоимости специальных станков достигаются выполнением их в виде агрегатных станков из нормализованных узлов выверенных конструкций.

С той же целью для сблокированных линий нормализуются узлы транспортных устройств и систем управления (рис. 7).

Рис. 7. Схема участка сблокированной автоматической линии для корпусной детали. Унифицированные узлы линии: 1 — пульт управления; 6 — барабан поворота детали; 12 — привод транспортера стружки; 13 — притычная гидроаппаратура; 15 — гидростанция; 16 — насос автоматической смазки; 19 — поворотный стол; 20 — транспортер детали. Унифицированные узлы станков: 4 — несамодействующая силовая головка; 5 — вертикальная станина; 8 — салазки; 9, 11, 18 — самодействующие силовые головки; 10 — цилиндр зажима детали; 17 — станина-подставка. Оригинальные узлы линии: 2, 14, 21 — подставки и основание; 3 — приспособления; 7 — наклонные подставки

Участки и автоматические линии станков с ЧПУ

Растет число потребителей, которые уже убедились в преимуществах ЧПУ и закупили по несколько таких станков. Эти станки во многих случаях обеспечили получение прибылей, которые не могли быть достигнуты при использовании одного станка с ЧПУ. По отзывам потребителей при внедрении ЧПУ упрощается организация многосменной работы, вопросы обслуживания решаются совместно для всей группы станков, легче распределить управление станками между операторами. Управление производством можно поручить одному сотруднику, который старается помочь конструкторам принимать решения с учетом ЧПУ и организует группу составителей программ обработки деталей.

В ряде производственных компаний, для автономной подготовки управляющих программ станков с ЧПУ используются центральный компьютер. Для этих целей были разработаны специальные системы управления, а также ряд программ широкого назначения для использования в международном масштабе.

Компании, которые вначале приобрели один станок с ЧПУ, а теперь используют уже несколько таких станков, могут поставить вопрос, каким же будет следующий шаг в направлении их использования с наибольшей эффективностью. Ответом будет создание автоматических линий механической обработки из отдельных станков, в которых группы станков, даже не будучи соединены между собой, управляются от одного узла или компьютера с возможным разделением времени ее работы между станками. В США были разработаны несколько систем непосредственного управления группами станков с ЧПУ от компьютера. Среди них — «Data Controller» фирмы General Electric, «Omnicontrol» фирмы Sundstrand и «System 70» фирмы Bunker-Ramo.

Наиболее интересным по своему замыслу примером системы непосредственного управления от компьютера может служить автоматическая линия (участок) с программным управлением под названием «Система 24». Это группа, которую составляют обрабатывающие центры с ЧПУ «третьего поколения». Станки снабжены устройствами автоматической смены инструментов; конструирование станков было выполнено специально для производства ограниченного числа операции с высокой производительностью. Из таких станков компания Molins (Англия) спроектировала участок с управлением от центрального компьютера. Вдоль линии механической обработки в течение 24 ч должны автоматически перемещаться обрабатываемые детали. Подлежащие обработке в течение суток заготовки вручную устанавливают на спутники во время восьмичасовой рабочей смены. Спутники с деталями автоматически складируются, и с помощью устройства, управляемого от компьютера, происходит их выбор и транспортировка по адресам к соответствующим станкам. Заготовки на данной линии обработки деталей обрабатываются на станках в любой последовательности на протяжении 24 ч.

Если обработка не завершается на одном станке, то спутник временно возвращается на склад. Если считать, что сегодня эпоха обрабатывающих центров, ближайшее будущее за целыми производственными комплексами. Принцип «производственного комплекса» в применении к изготовлению деталей небольшими партиями будет, возможно, означать использование универсальных автоматических систем ЧПУ. Целью применения таких систем с ЧПУ является повышение эффективности производства в условиях обработки очень большой номенклатуры деталей небольшими партиями.

В настоящее время ЧПУ предназначено не только для решения задач мелкосерийного производства. Проекты, подобные описываемому, могут представлять значительный интерес для отраслей промышленности, изготовляющих детали средними по размерам партиями, и подтолкнуть их к созданию участков из связанных между собой станков с ЧПУ.

Примером такого подхода среди компаний-изготовителей деталей средними партиями может служить английская компания Borg-Warner, являющаяся отделением американской компании. В 1968 г. станки с ЧПУ были соединены между собой используя транспортные системы автоматических станочных линий (транспортер с рольгангами). Линия предназначалась для обработки различных модификаций корпусов автоматических коробок передач автомобиля и являлась первым шагом в создании автоматизированного производства большого числа мелких серий однотипных деталей. Разработка линии велась совместно с фирмой Cincinnati Milling Machines Ltd, Бирмингам, Англия, которая в дальнейшем предложила проект автоматической ЛИНИИ «Variable mission».

В этой линии группа станков связана кольцевым транспортером. К каждому станку (рис. 8) подходят поперечные транспортеры. Длина поперечных транспортеров обеспечивает накопление некоторого запаса обрабатываемых деталей. Детали перемещаются по транспортерам на индивидуальных спутниках (транспортных приспособлениях). Основание спутника выполняет функции транспортного средства и точной ориентации (относительно инструмента). Каждый спутник имеет несколько адресов, указывающих к каким станкам данная деталь должна быть подана. Преимущество такого рода линии обработки деталей в том, что вначале это может быть очень простая система, где станки связаны между собой транспортером с рольгангами, по которому можно вручную перемещать детали на спутниках, затем можно установить дополнительные транспортеры и приводить их в действие электродвигателем. Такая линия может непосредственно управляться от компьютера.

В автоматических линиях обработки находят применение сверлильно-револьверные, сверлильно-фрезерные станки с ЧПУ, а также токарные и многооперационные станки с ЧПУ. Большое внимание в настоящее время уделяется созданию станков с ЧПУ с высокой степенью агрегатирования, позволяющей собирать разнообразные по конфигурации станки из отдельных нормализованных узлов. Такой подход проявился, в частности, при создании компанией Stavely (Англия) линий SIMS, первая из которых построена для компании Rolls Royce Ltd и предназначена для обработки деталей двигателя для аэробуса.

Рис. 8. Автоматическая станочная линия с программным управлением «Variable mission» фирмы Cincinnati для обработки деталей небольшими партиями

Технологическое оборудование автоматических линий

• Сельское хозяйство
  • Животноводство
    • Охотничье хозяйство
    • Коневодство
    • Птицеводство
    • Свиноводство
    • Скотоводство
    • Почвоведение
    • Защита растений
    • Овощеводство
    • Точность и технические измерения
    • Обработка металлов
      • Трубное производство
      • Строительные машины
      • Проектирование жилых домов
      • Ремонт и реконструкция
      • Технология строительства
        • Бетонные и каменные работы
        • Хранение и переработка пищи
        • Мясо и мясные продукты
        • Машины и оборудование
        • Молоко и молочные продукты
        • Пищевые и биологически активные добавки
        • Рыба и морепродукты
        • Физиология питания
        • Экспертиза продовольственных товаров

        Автоматические линии, понятия, назначение и структуры

        1. Основные понятия и определения

        Автоматические линии, предназначены для изготовления деталей в условиях крупносерийного и массового производства и являются основным средством решения задач комплексной автоматизации. В связи с продолжающейся реконструкцией и строительством новых заводов, с широким внедрением трудосберегающей и безлюдной технологии потребность в автоматических линиях непрерывно возрастает.

        Экономическая эффективность использования автоматических линий достигается благодаря их высокой производительности, низкой себестоимости продукции, сокращению обслуживающего персонала на заданную программу выпуска, стабильному качеству изделий, ритмичности выпуска, созданию условий для внедрения современных методов организации производства.

        Автоматическая линия представляет собой совокупность технологического оборудования, установленного в соответствии с технологическим процессом обработки, соединенного автоматическим транспортом. Функции человека при этом сводятся к контролю за работой оборудования и его поднастройкой, а также загрузке заготовок в начале цикла и выгрузке изделий в конце него. Причем последние операции все чаще передаются промышленному роботу. Автоматические линии могут быть операционными (для определенного вида обработки) или комплексными (система автоматических линий).

        Система автоматических линий комплексной обработки – совокупность автоматических линий, обеспечивающих выполнение всех операций, предусмотренных технологическим процессом обработки.

        Автоматический цех – производственная единица, в которой сосредоточены технологические потоки, состоящие из систем автоматических линий.

        Автоматические линии классифицируются по основным признакам, влияющим на их организацию и эксплуатацию. Их делят на жесткие (синхронные) и гибкие (асинхронные), спутниковые и бесспутниковые, сквозные и несквозные, ветвящиеся и неветвящиеся.

        Жесткая межоперационная связь характеризуется отсутствием межоперационных заделов. В такой автоматической линии заготовки (изделия) загружаются, обрабатываются, разгружаются и передвигаются от станка к станку одновременно или через кратные промежутки времени, и в случае остановки любого агрегата или устройства вся линия останавливается.

        Гибкая межоперационная связь обеспечивается наличием межоперационных заделов, размещаемых в накопителях или транспортной системе, что создает возможность обеспечить при выходе из строя любого станка работу остальных агрегатов до истощения межоперационных заделов.

        Спутниковая автоматическая линия – линия, в которой заготовки базируются, обрабатываются и транспортируются в приспособлении-спутнике. Транспортная система в этом случае должна обеспечить возврат спутников в начало линии.

        Когда в составе технологического потока одна или несколько операций реализуются на параллельно работающих станках, автоматическая линия характеризуется ветвящимся транспортным потоком. Примером такого конструктивного решения служат линии для токарной обработки и шлифования внутренних поверхностей колец подшипников.

        По степени совмещения обработки с транспортированием заготовки линии подразделяют на стационарные, роторные и цепные; по компоновке – на линейные, кольцевые, прямоугольные, зигзагообразные, зетобразные; по числу потоков – на однопоточные и многопоточные, с зависимыми и независимыми потоками, с поперечным, продольным и угловым расположением основного технологического оборудования. Большинство компоновок имеют незамкнутую структуру, обеспечивающую удобный доступ для обслуживания и ремонта оборудования.

        По виду транспортных систем и способу передачи деталей с одной рабочей позиции на другую автоматические линии делят на линии со сквозным транспортированием через зону обработки (в основном используют для изготовления корпусных деталей на агрегатных станках), с фронтальным (боковым) транспортированием заготовки (при обработке коленчатых валов, крупных колец и фланцев), с верхним и нижним транспортными потоками (в линиях – для изготовления шестерен, мелких и средних колец подшипников, фланцев валов).

        По типу встроенного основного технологического оборудования различают автоматические линии из специальных и агрегатных станков, хотя иногда имеет место компоновка из станков разных типов.

        В настоящее время изготовляют автоматические линии для крупносерийного и массового производства, предназначенные для одновременной или последовательной обработки нескольких наименований однотипных, заранее известных изделий (блоки цилиндров двигателей, корпусов редукторов, насосов, клапанов, гильз, поршней и т.д.) как с автоматической, так и с ручной переналадкой. Подобные автоматические линии или системы автоматических линий называют автоматическими переналаживаемыми линиями (системами) групповой обработки; они предназначены для одновременной или последовательной обработки группы заранее заданных изделий, однотипных по размерам и технологии обработки.

        По виду обрабатываемых деталей различают линии для обработки корпусных деталей (корпуса насосов, блоки компрессоров и т.д.) и линии для обработки деталей типа тел вращения (кольца подшипников, валы, гильзы и т.д.).

        2. Автоматические линии для обработки деталей типа тел вращения

        Детали типа тел вращения, предназначенные для обработки на автоматических линиях, в соответствии со способами базирования, транспортирования, а также использования основного технологического оборудования делят на две основные группы: детали типа валов длиной, значительно превышающей диаметр, и детали типа дисков (колец) диаметром, большим длины (ширины).

        Технологические процессы обработки этих двух основных групп обычно объединяют в типовые схемы и уточняют в зависимости от конфигурации изделий и требований точности обработки.

        Для токарной обработки, например, валов широко используют токарно-копировальные, автоматы, в то время как для изготовления; изделий типа дисков и колец наибольшее применение нашли горизонтальные и вертикальные многошпиндельные токарные автоматы.

        Многошпиндельные токарные автоматы выпускают в патронном и прутковом исполнении (рис. 1). В патронном исполнении их оснащают автооператором для загрузки заготовок и выгрузки отработанных деталей.

        

        Рисунок 1. Шестишпиндельный токарный автомат: 1 – станина, 2 – передняя стойка, 3, 6 – поперечные суппорты, 4 – продольный суппорт, 5 – задняя стойка, 7 – шпиндель, 8 – шпиндельный блок, 9 – траверса, 10 – механизм поддержки прутков

        Многошпиндельные токарные автоматы обладают широкими технологическими возможностями при обработке разнообразных деталей, обеспечивая высокую степень концентрации обработки. По принципу работы их подразделяют на автоматы параллельного и последовательного действия. Первые на всех шпинделях реализуют одинаковые операции и за один цикл работы обрабатывают столько сравнительно несложных деталей, сколько шпинделей имеет автомат.

        Наибольшее распространение получили многошпиндельные автоматы последовательного действия (рис 2), на которых заготовки с загрузочной позиции периодическим поворотом (индексацией) шпиндельного блока 1 последовательно подводятся к рабочим позициям и одновременно обрабатываются в соответствии с технологическим процессом. Автомат оснащают поперечными суппортами 2, которые получают подачу от индивидуальных кулачков, и продольным суппортом 5, расположенным на центральной гильзе 4 и имеющим продольную подачу 5_пр от своего кулачка. Иногда на продольном суппорте устанавливают скользящие державки с режущим инструментом, получающие перемещение от дополнительных индивидуальных кулачков, т.е. так же, как и инструментальные шпиндели с независимым приводом.

        

        Рис. 2. Многошпиндельный токарный автомат последовательного действия

        Шпиндели 6 автомата получают вращение от приводного вала 3 через общее центральное зубчатое колесо 7, вследствие чего они имеют одинаковую частоту вращения.

        Большое число рабочих позиций шпинделей (6 – 8) позволяет использовать их в разных сочетаниях. Детали сложной формы проходят обработку на всех позициях станка, перемещаясь в каждом цикле на следующую позицию (одинарная индексация). Для более простых деталей, которые можно обрабатывать при меньшем числе рабочих позиций, применяют схему параллельно-последовательной обработки. Для этого используют две позиции в качестве загрузочных и обрабатывают детали в два потока.

        Для финишной обработки деталей типа тел вращения чаще всего применяют бесцентровошлифовальные автоматы, как наиболее подходящие при решении задач автоматической загрузки-разгрузки заготовок наиболее простыми методами. Кроме того, метод бесцентрового шлифования обеспечивает более высокую производительность за счет больших подач благодаря наличию жесткой опоры по всей длине обрабатываемой детали, воспринимающей силу со стороны шлифовального круга.

        На автоматической линии для токарной обработки колец конических подшипников в начале установлен автоматический бункер для накопления и выдачи штучных заготовок, а в конце – магазин (с вращающимися щетками). Транспортные устройства (конвейеры подводной и отводящий, подъемники, гибкая лотковая система) передают заготовки из бункера к многошпиндельным токарным автоматам, а обработанные кольца – к прессу клеймения и далее в магазин. Наружные кольца обрабатывают на шестишпиндельных, а внутренние – на восьмишпиндельных токарных автоматах. На каждом станке реализуется полная токарная обработка кольца. Загрузка, выгрузка и поворот кольца в процессе обработки обеспечиваются автооператором.

        3. Роторные автоматические линии

        По структурному построению роторные линии существенно отличаются от линий из агрегатных и других станков, соединенных единой транспортной системой. Роторные линии (рис. 3) комплектуют из роторных автоматов, на которых обработка деталей выполняется в процессе непрерывного транспортирования их совместно с режущим инструментом. Таким образом, главной особенностью роторных линий является совмещение во времени транспортирования заготовок и их обработки. Траектория перемещения заготовки по всем станкам линии 1 осуществляется транспортными роторами 2.

        

        Рис. 3. Принципиальная (a) и конструктивная (б) схемы роторной линии

        Производительность роторной линии зависит от числа позиций и частоты вращения роторов. В результате совмещения времени обработки со временем транспортирования заготовок роторные линии обеспечивают высокую производительность при изготовлении небольших, сравнительно простых деталей, при малом основном технологическом времени

        Роторные линии эффективно используют в массовом производстве. Необходимо указать на то, что перестановка деталей с одного ротора на другой приводит к потере точности изделия.

        4. Назначение гибкого автоматизированного производства

        Гибкое автоматизированное производство (ГАП) – принципиально новая концепция в машиностроении, ведущая к созданию автоматизированного предприятия будущего.

        Новое в концепции ГАП состоит в том, что ему свойственен централизованный способ производства, предусматривающий как можно более полную обработку деталей на одном оборудовании.

        Новая концепция позволяет полностью интегрировать весь производственный цикл – от идеи до выпуска новой продукции – путем автоматизации всего комплекса процессов производства и управления на базе ЭВМ и современных достижений в электронике и приборостроении. Переход с выпуска одного изделия на выпуск другого осуществляется без остановки технологического и другого оборудования (требуемая переналадка идет параллельно с выпуском предыдущего изделия). Обобщенным понятием, распространенным на все организационные структуры и виды ГАП, является понятие гибкая производственная система (ГПС).

        ГПС – это несколько единиц технологического оборудования, снабженного средствами и системами, обеспечивающими функционирование оборудования в автоматическом режиме; при этом ГПС должна обладать свойством автоматической переналадки при переходе на производство новых изделий в пределах заданной номенклатуры. По организационным признакам ГПС подразделяют на следующие виды: гибкая автоматизированная линия (ГAJl), гибкий автоматизированный участок (ГАУ), гибкий автоматизированный цех (ГАЦ), гибкий автоматизированный завод (ГАЗ). ГАЛ и ГАУ состоят из гибких производственных моделей (ГПМ) или отдельных единиц технологического оборудования.

        Под ГПМ подразумевается единица технологического оборудования, оснащенная системой ЧПУ или каким-либо другим устройством ПУ и функционирующая как самостоятельно, так и в составе ГПС; при этом все функции, связанные с изготовлением изделия, должны осуществляться автоматически.

        5. Принципы создания ГПС

        Принцип создания предполагает нахождение оптимального соединения универсальности и автоматизации в программно-управляемом и программноперенастраиваемом оборудовании.

        Нахождение оптимума ГПС является задачей технико-экономического анализа ГПС для конкретной реализации.

        ГПС строят на базе модулей. Под модулем понимают первичный элемент, выполняющий автономно или в составе ГПС более высокого уровня законченную операцию.

        Являясь компонентом ГПС, модуль сам может состоять из компонентов. Компонент модуля, как и модуль, может быть самостоятельно разработан, изготовлен и внедрен, но присущие ему функции управления или технологические функции могут быть выполнены только в составе модуля.

        ГПС представляет собой многоуровневую структуру, на самом нижнем уровне которой находятся гибкие автоматизированные модули, затем гибкие автоматизированные линии, следующие уровни – это ГПС участка, цеха, предприятия в целом.

        Модуль и иерархичность позволяют создавать проекты любого необходимого уровня вплоть до автоматизированного предприятия.

        Оборудование ГПС, как основное, так и вспомогательное, при смене изделий перенастраивается путем ввода новых управляемых программных модулей. Перенастройка модулей вручную допустима в минимальных объемах и только в случаях очевидной экономической неэффективности реализации программной перенастройки.

        Построение ГПС с максимальным достижением предметной замкнутости обусловливается наибольшей эффективностью внедрения бригадных форм организации труда, повышением ответственности персонала за конечный результат труда.

        Максимальная предметная замкнутость является необходимым условим сокращения длительности производственного цикла за счет уменьшения времени на межоперационное пролеживание, дополнительный контроль и транспортировку деталей и сборочных единиц с участка на участок, из цеха в цех и т.д.

        6. Основные характеристики ГПС

        Организационная основа ГПС – это групповое производство, являющееся формой организации дискретных (прерывных) производственных процессов, экономикоорганизационной основой которых является целевая подетальная специализация участков и цехов, а технологической составляющей – унифицированная групповая форма организации технологического процесса (ТП).

        Основа технологической унификации ТП – классификация деталей и их поверхностей по конструктивно-технологическому признаку на базе общности оборудования, наладки и инструментальной оснастки, например классификация деталей машиностроения (рис. 4).

        

        Рис. 4. Классификация деталей машиностроения

        Группирование деталей для одновременной обработки на одной ГПС включает три группы условий:

        1. Геометрические параметры изделий, которые в основном определяют типоразмер включаемых в ГПС станков, при этом подобие формы или идентичность технологических переходов перестают играть решающую роль в составлении деталей, главными критериями становятся габариты и масса;
        2. Технологические параметры, определяющие возможность полной обработки каждой группы деталей на одном станке в одну – две операции или необходимость их доработки на других станках системы;
        3. Организационно-экономические характеристики, например обработка группы деталей для одновременного поступления на сборку, или группы деталей, обрабатываемых из одной заготовки. Группированию подлежат не только детали, но и функциональные узлы, стандартные детали и изделия

        Опыт показывает, что в новое изделие обычно переходит 30–50 % деталей старых конструкций, 20–40 % модернизированных, 10–20 % создаются вновь.

        Модификация и разработка новых деталей с использованием унифицированных поверхностей позволяет сократить их разнообразие и включить их в существующие группы деталей.

        Принцип использования типовых и унифицированных поверхностей при проектировании деталей реализуется в САПР К, входящую в интегрированную производственную систему.

        Технология обработки новых деталей также разрабатывается с учетом технологии трех обрабатываемых групп деталей, что позволит включить новые детали в эти же группы для обработки и на этих же ГПС.

        Понятие гибкости производственной системы является многокритериальным и неоднозначным.

        Многообразие задач, решаемых методами гибкой автоматизации, не дает возможности сформулировать единые методы количественной оценки гибкости, позволяющие сравнивать различные системы.

        В практике целесообразно оценивать три формы гибкости:

        1. Структурную – это свобода в выборе последовательности обработки; возможность замены при выходе из строя любой единицы оборудования на аналогичную; возможность наращивания системы на основе модульного принципа;
        2. Технологическую гибкость – способность производить заданное множество типов деталей различными способами; сравнения можно производить по индексу гибкости
        3. Организационную гибкость, которая в значительной мере определяет структуру ГПС.

        

        где N – номенклатура деталей, выпускаемых системой за определенный период времени; К – доля деталей, изготавливаемых на системе впервые (процент обновления номенклатуры); п – число одинаковых деталей в партии;

        По степени автоматизации ГПС выделяют:

        • высокую степень, при которой реализуется автоматическое управление и трехсменный режим работы;
        • среднюю степень – непрерывное автоматизированное управление при многостаночном обслуживании (коэффициент многостаночного обслуживания KM > 2);
        • малую степень – коэффициент многостаночности KM 2.

        Высокий уровень автоматизации ГПС достигается за счет значительного усложнения оборудования при существенном росте его стоимости. В связи с этим проблема обеспечения надежности приобретает особую актуальность.

        В качестве показателей оценки надежности ГПС используют

        

        где T – суммарное время пребывания в работоспособном состоянии всех ГПМ в составе ГПС, ч; T_об – суммарное время технического обслуживания всех ГПМ плюс суммарное неперекрываемое время технического обслуживания вспомогательного оборудования, вызывающего простой одного или нескольких ГПМ в составе ГПС, ч; T_рем – суммарное время планового и непланового ремонта всех ГПМ плюс суммарное неперекрываемое время планового и непланового ремонта вспомогательного оборудования, вызывающего простой одного или нескольких ГПМ.

        7. Структура гибкой производственной системы

        В настоящее время значительное повышение эффективности в машиностроении, особенно в мелкосерийном и серийном производстве, может быть достигнуто за счет широкого применения ГПС, управляемых с помощью ЭВМ.

        ГПС – это совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов (РТК), ГПМ, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования (СОФ) в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений характеристик оборудования.

        СОФ ГПС в автоматическом или автоматизированном режиме имеют следующие структурные составные части:

        1. Автоматизированную транспортно-складскую систему (ATCC) – систему взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств с установкой в спутнике (на паллете) или другой транспортной таре (поддоне, кассете, в магазине) для временного накопления, распределения и доставки предметов производства и технологической оснастки к ГПМ, PTK или другому технологическому оборудованию ГПС. ATCC может выполнять автоматическое хранение, подачу на сборку элементов УСП, а также автоматическую мойку;
        2. Автоматизированную систему инструментального обеспечения (АСИО) – это взаимосвязанные устройства, оборудование и система управления, включая участки подготовки и настройки инструмента, его транспортировки, накопления, смены и контроля качества, обеспечивающие подготовку, хранение, автоматическую замену инструмента в магазинах, на станках;
        3. Автоматизированную систему удаления отходов (АСУО) – устройства с системой управления для удаления стружки и других отходов из зоны ГПМ, PTK и другого оборудования, включенного в ГПС;
        4. Систему автоматизированного контроля (САК) – систему контроля заданных параметров детали или изделия в процессе обработки, включающую контрольно-измерительную машину с ЧПУ, программируемые и моделирующие проверочно-испытательные машины, систему устройств и мер по контролю параметров поступающих заготовок и комплектующих изделий.

        Состав и структура ГПС определяются содержанием технологического процесса, который включает:

        • параметры заготовок и номенклатуру деталей;
        • готовую программу выпуска деталей, определяющую цикл изготовления;
        • состав технологического оборудования;
        • организацию производства обслуживания оборудования в процессе изготовления, переналадки, смены инструмента, приспособления, схватов, контроля деталей;
        • диагностирование, управление оборудованием и ремонтом технических средств.

        В настоящее время существуют три основных направления при построении структур автоматизированных участков, линий и цехов:

        1. Автоматизированные системы из РТК или ГПМ, расположенные в определенной последовательности выполнения технологических операций (ГАЛ);
        2. Автоматизированные системы из многофункциональных РТК или ГПМ, расположенные по организационному признаку (ГАУ);
        3. Автоматизированные системы из многофункциональных РТК или ГПМ с комбинированными компоновками (включая технологические и организационные признаки).

        Источник https://www.stanotex.ru/avtomaticheskaya-stanochnaya-liniya/

        Источник https://itexn.com/10353_avtomaticheskie-linii-ponjatija-naznachenie-i-struktury.html