Агрегатные станки

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЛАН РАБОТЫ

1. Принципы действия агрегатных станков.

1.1. Общие понятия об агрегатных станках.

1.2. Силовые головки.

1.3. Шпиндельные коробки и насадки

1.4. Переналадка агрегатных станков.

2. Область применения и эффективность агрегатных станков.

2.1. Область применения агрегатных станков.

2.2. Эффективность агрегатных станков.

3. Технологические возможности агрегатных станков на примере агрегатно-модульной конструкции типа 3388.

4. Прогрессивные направления развития станкостроения.

4.1. Современные технологии в станкостроении.

4.2. Автоматизация технологических процессов в машиностроении.

Структура автоматизированной производственной системы механической обработки.

4.3. Автоматические линии с управлением от ЭВМ.

Литература.



1. Принципы действия агрегатных станков

1.1. Общие понятия об агрегатных станках

Агрегатными называются специальные станки, которые состоят из нормализованных деталей и узлов (агрегатов). Станки предназначены для обработки сложных и ответственных деталей в условиях серийного и массового производства. Наибольшие технологические возможности станков обеспечиваются в том случае, когда обрабатываемая деталь в процессе резания неподвижна, а главное движение и движение подачи сообщаются режущим инструментам. Этим достигается наибольшая концентрация операции: можно производить обработку деталей одновременно с нескольких сторон многими режущими инструментами при автоматическом управлении рабочим циклом.

Агрегатные станки различают специальные и переналаживаемые, с полуавтоматическим и автоматическим циклами. Станки не требуют большой производственной площади, обеспечивают стабильную точность обработки, могут обслуживаться операторами невысокой квалификации, допускают многократное использование нормализованных деталей и узлов при настройке станка на выпуск нового изделия. Однако эти станки менее гибки при переналадке по сравнению с универсальными станками.

Наибольшее распространение получили агрегатные станки сверлильно-расточной и некоторых других групп. Они позволяют производить сверление, зенкерование, развертывание и растачивание отверстий, резьбонарезание и резьбонакатывание внутренних и наружных поверхностей, подрезание торцов, фрезерование и другие операции. Компоновка станков весьма разнообразна. Она зависит от формы, размеров и точности изготовляемых деталей, расположения на них обрабатываемых поверхностей и принятого технологического процесса.

На рис. 1 показаны некоторые схемы компоновки агрегатных станков. Основными нормализованными элементами, из которых состоят станки, являются станина 1, стойка 6. основание 7, тумба 5 под приспособление 4, многопозиционный стол 9. Силовым органом станков является независимый агрегат силовой головки. Он состоит из самой головки 2 и шпиндельной коробки 3. Головка предназначена для осуществления главного движения и движения подачи, Она имеет самостоятельный привод. Шпиндельная коробка несет инструментальные шпиндели, вращающиеся от приводного вала силовой головки; движение подачи осуществляется вместе с корпусом головки или пинолью 10 (рис. 1,в) с насадкой 11.

На рис. 1,д показан агрегат, в котором силовая головка состоит из силового стола 8 и силовой головки 2. Стол 8 является независимым узлом с индивидуальным приводом движения подачи. Смонтированная на нем силовая головка имеет свой привод, осуществляющий только главное движение. Такая конструкция силовой головки расширяет технологические возможности станка.

Количество силовых агрегатов и инструментальных шпинделей, расположение осей шпинделей в пространстве зависят от назначения станка. Различают станки одноагрегатные (рис. 1,а,б,г,д) и многоагрегатные (рис. 1, в,е), одношпиндельные и многошпиндельные, горизонтальные (рис. 1,а), вертикальные (рис. 1,г,д), наклонные (рис. 1,б,в), смешанные (рис. 1,е), односторонние (рис. 1, а,б,г,д) и многосторонние (рис. 1,в,е).

На однопозиционных станках (рис. 1,а,б,г) операция полностью заканчивается при одном постоянном положении детали. На многопозиционных станках (рис. 1,в,е) обработка деталей параллельно или последовательно осуществляется в нескольких позициях, в нескольких различных положениях относительно инструментов. Периодическое перемещение приспособлений вместе с обрабатываемыми деталями из одной позиции в другую производят при помощи многопозиционных столов: поворотных или с прямолинейным движением.

1.2 Силовые головки

Силовые головки предназначены для сообщения инструменту главного движения, рабочей подачи и установочных перемещений. В большинстве случаев осуществляются циклы движений, включающие быстрый подвод инструмента, рабочую подачу (одну или две, в зависимости от технологического процесса) выдержку на жестком упоре (при необходимости), быстрый отвод и остановку в конце хода. Программа движении может быть различной и осуществляется автоматически.

Основными параметрами силовых головок, которые характеризуют их технологические возможности и служат основанием для выбора конструкции силовых узлов, являются мощность привода главного движения, наибольшая сила подачи, частота вращения приводного вала шпинделя головки, пределы подач, скорость быстрых перемещений, длина рабочего хода, точность переключения механизма подачи, габаритные размеры.

Существует несколько основных признаков классификации силовых головок. По типу подачи их делят на электромеханические (кулачковые и винтовые), гидравлические и пневмогидравлические. По конструктивному признаку головки бывают с выдвижной пинолыо и с подвижным корпусом. Головки, у которых привод подачи встроен в корпус, называют самодействующими, в отличие от несамодействующих, у которых часть механизмов (насос, панель управления) вынесена за пределы головки.

На рис. 2 показана схема малогабаритной силовой головки ГС (02-06) с плоскокулачковым приводом подачи и выдвижной пинолью. Корпус 3 головки смонтирован на салазках 1, закрепляемых на станине. Во время работы корпус головки неподвижен; при наладке станка, корпус можно вручную (при помощи винта) перемещать вдоль салазок. Если необходимо перемещать головку в процессе работы станка, применяют самоходные салазки. Приводной вал 2 вращается электродвигателем 4 при помощи ременной или зубчатой передачи.

Силовые головки мод. ГСМ-01, ГСМ-О3 и ГСМ-04 показаны на рис. 3. От двигателя 4, через пару зубчатых колес и ременную передачу вращение передается через втулку 1 на шпиндель 2. Последний установлен внутри пиноли 3, которая является поршнем гидропривода подачи. При перемещении поршня вправо шпиндель скользит внутри втулки, с которой имеет подвижное шпоночное соединение. Для сверления отверстий диаметром менее 1 мм имеются головки с высокочастотным двигателем; шпиндель совершает до 24000 об/мин.

Силовые головки данной группы применяют при обработке малогабаритных деталей с небольшой длительностью цикла и малой длиной хода инструмента (до 150 мм). Наша станкостроительная промышленность выпускает гамму золовок различных размеров с условным диаметром сверления до 16 мм, мощностью привода 0,27-3 кВт, силой подачи 0,4-6,3 кН, с частотой вращения до 9000 об/мин.

На рис. 4 показана самодействующая силовая головка с подвижным корпусом и гидравлическим приводом подачи, В направляющих салазках (или направляющих станины) 1 установлен корпус 6 головки. С левой его стороны размещен электродвигатель 4, который с помощью колес 3 - 2 вращает приводной вал 7, расположенный внутри литой трубы корпуса. Правый конец трубы входит в корпус шпиндельной коробки, устанавливаемой на плоскость а и закрепляемой па плоскости б. Внутри корпуса силовой головки находится один или два гидронасоса 5 с приводом от того же электродвигателя. Перемещение головки ограничивает винт 8.

Вся гидравлическая аппаратура скомпонована в едином агрегате - гидравлической панели. У самодействующих головок она монтируется в одной из боковых стенок корпуса. В нижней части корпуса головки установлен силовой цилиндр 9. Его шток 10 неподвижно закреплен в приливе салазок или станины 1. На боковых поверхностях силовой головки устанавливают упоры, воздействующие на электрическую и гидравлическую аппаратуру управления.

Гидравлические головки, выпускаемые отечественной промышленностью, имеют несколько разновидностей гидравлических схем, в зависимости от номера габарита головки (2-7). В них применяют дроссельное регулирование на входе, что признано наиболее оптимальным для агрегатных станков.

На рис. 5 представлена гидравлическая схема привода подачи силовых головок 2-го и 3-го габаритов серии ЗУ. В этих головках применяют преимущественно дроссельное регулирование подачи с использованием дифференциального включения силового цилиндра на входе (см. ниже). Схема включает сдвоенный насос 1 (1.1 - рабочей подачи, 1.2 - быстрых ходов), гидропанель 24 и цилиндр 23 с закрепленным штоком.

Потоки масла распределяются 1 главным золотником 10. Он закрепляется в пяти положениях фиксатором 9. В крайние позиции золотник устанавливается при помощи золотников управления 16 и 20, перемещаемых толкающими соленоидами 15 и 19. При включении одного из них масло, подаваемое насосом 1.2, поступает в ту или иную полость плунжера 17, перемещая его вправо или влево до упора. Это движение при помощи реечной передачи сообщается главному золотнику 10. В промежуточные позиции, устанавливают упоры, закрепляемые на салазках. Имея разную высоту, они при движении силовой головки по салазкам воздействуют на золотник через ролик 

Рассмотрим работу гидропривода при различных положениях главного золотника 10. На рисунке золотник показан во второй позиции. Для установки его в первую позицию необходимо включить соленоид 19. При этом положении золотника полости а и б соединяются, а полости в - изолируются. Масло от насоса 1.1 по трубопроводу 4 поступает в полость б. Сюда же подается масло, нагнетаемое насосом 1.2 через подпорный клапан 21 и трубопровод 22. Из полости б масло поступает в полость а, а отсюда - в правую полость цилиндра. Масло, вытесняемое из .левой полости цилиндра, пройдя через обратный клапан 12, поступает в полость б, а оттуда - в правую полость цилиндра, вследствие чего происходит быстрое перемещение силового органа (подвод).

Во второй позиции (как на схеме) золотник 10 обеспечивает первую рабочую подачу (большую). В этом случае масло поступает от насоса 1.1 через фильтр 2, трубопровод 3, дроссель 6 и полость а в правую полость цилиндра. Излишки масла идут на слив через переливной клапан 25.2. Масло, вытесняемое из левой полости цилиндра по сливной трассе, пройдя обратный клапан 12 и полость в, поступает в бак. Все масло, которое подает насос 1.2, сбрасывается на слив. Равномерность подачи масла обеспечивается дозирующим клапаном 5, поддерживающим постоянство перепада давления, а защита насоса 1.2 - клапаном 25.1 панели 25.

Аналогично первой происходит вторая рабочая подача при положении золотника в третьей позиции. Разница в потоках заключается в том, что канал в золотник из дросселя 6 перекрывается плунжером, и масло из дросселя 6 поступает в дроссель 7 с меньшим проходным сечением и далее - в правую полость цилиндра.

В четвертой позиции масло, поступающее от насоса 1, по трубопроводам 22 и 4 сливается в бак - это положение "Стоп". При нахождении золотника 10 в самой верхней позиции масло от насоса 1 по трубопроводам 4 и 26-22 поступает в полость б, а оттуда, пройдя обратный клапан,-в левую полость цилиндра 23. Из правой полости масло идет в полость а, а оттуда - на слив через отверстие 18.

При выдержке головки на жестком упоре правый торец цилиндра 9 встречает упорный винт 8 (рис. 4), вследствие чего давление масла в системе повышается. Если давление превысит заданное датчиком 13, реле давления 14 (рис. 5) дает команду на включение соленоида 15 и быстрый отвод головки.

Гидравлические силовые головки применяют для выполнения как легких, так и тяжелых работ при обработке деталей средних и больших размеров. Имея мощный привод главного движения (2,2 - 30 кВт) и преодолевая большие силы подачи (5,6 - 100 кН), они позволяют осуществлять наибольшую концентрацию операций. гидропривод обеспечивает бесступенчатое регулирование подачи в пределах 0,12 - 14 мм/с и скорость быстрых перемещений порядка 50 - 125 мм/с. Кроме того, малое время холостых ходов обусловлено достаточной точностью переключения с быстрых ходов на рабочие подачи и наоборот (выбег составляет 0,18 - 0,47 мм). Большая жесткость, надежная защита от перегрузки и самосмазываемость деталей привода обеспечивают силовой головке высокие эксплуатационные качества.

К числу недостатков гидравлических головок следует отнести сложность эксплуатации и ремонта гидропанелей, нестабильность подачи при резко меняющихся силах резания. С помощью гидравлических силовых головок нельзя нарезать резьбу. Быстрые перемещения в агрегатных станках с гидроприводом составляют по времени до 50%. Увеличение скорости быстрых ходов более 5 м/с вызывает рост инерционности и времени хода. Введение двухскоростного подвода с переключением на скорость 2 м/с повышает стабильность точки переключения и сокращает время переключения на 27 - 50%.

Для выполнения фрезерных операций, чернового и чистового растачивания, подрезки больших торцов требуются головки жесткой конструкции, с большим расстоянием между опорами шпинделей в шпиндельных коробах (или бабках) и небольшим их вылетом относительно направляющих. Рассмотренные силовые головки не отвечают этим требованиям. Поэтому возникла необходимость механизм главного движения отделить от механизма подачи и выполнить силовую головку в виде двух независимых узлов: силового стола и силовой бабки.

На рис. 6 представлен общий вид такой силовой головки с винтовым приводом подачи. Главным элементом агрегата является силовой стол 4, установленный в направляющих салазках. Независимый привод стола осуществляется с помощью электродвигателей, редуктора 1 и пары винт - гайка. В зависимости от назначения станка на силовом столе устанавливают сверлильные, фрезерные, обточные, подрезные, алмазно-расточные и другие силовые бабки 2. Бабки имеют отдельный привод главного движения, индивидуальный рабочий шпиндель или приводной вал 3, вращающий шпиндель шпиндельной коробки. Коробки устанавливают на полость а стола и закрепляют в плоскости б бабки. Силовой стол может быть использован также для установки па нем приспособления с обрабатываемой заготовкой. Движением стола управляют система упоров 6 и конечные электрические переключатели.

Головки с силовым столом обеспечиваю т большую гибкость при конструировании агрегатных станков, а винтовой привод подачи - надежную и стабильную подачу порядка 0.2 - 2,2 мм/с, скорость быстрых ходов 0,07 -0,11 м/с и силу подачи 3 - 100 кН. Мощность. привода, главного движения 0,8 - 30 кВт. Эти показатели такие же, как и у гидравлических силовых головок. К преимуществам силовых головок с винтовым приводом следует отнести также более простые конструкцию и аппаратуру управления, с помощью данных головок можно нарезать резьбу. К недостаткам головок относятся сложность электрической схемы, ступенчатое изменение подачи, трудности при получении малых подач. Вследствие большой инерционности во время быстрых перемещении точность переключения движения стола на рабочую подачу низка (выбег до 2,5 мм), поэтому эти головки требуют большей величины врезания (на 2-3 мм выше нормативного). Силовые столы с гидравлическим приводом подачи не имеют этих недостатков. 

1.3 Шпиндельные коробки и насадки

Шпиндельные коробки и насадки представляют собой силовые узлы, в которых размещены шпиндели, промежуточные валы и редукторные колеса, передающие вращение к шпинделям от приводного вала силовой головки. Конструкция шпиндельных коробок зависит от количества и взаимного расположения отверстий или поверхностей обрабатываемых деталей. Основные размеры корпусов (ширина, высота и длина) и детали, из которых монтируются данные узлы, нормализованы.

На рис. 7,а показана схема передачи движения от веющего вала 1 к шпинделю 3. При таком расположении оси промежуточного вала 2 сила Q, равнодействующая сил P и R, которая воспринимается опорами, зависит от угла ?:

?, ? ....................... 55 75 90 120 180

Q .......................... 0 0,4P 0,7P 1,25P 2P

При расположении осей валов в одной плоскости (? = 180?) нагрузка на опоры будет наибольшей (Q = 2Р). Однако такое расположение колес является оптимальным. Если вал 1 будет ведущим, а валы 2 и 3 ведомыми, например рабочими шпинделями (рис. 7,б), то силы, действующие на опоры вала 1, уравновешиваются. При передаче вращения от одного колеса на несколько колес их целесообразно располагать равномерно относительно приводного колеса (рис. 7,в). Примером может служить развертка пятишпиндельной коробки, показанной на рис. 7,г. Это относится к передачам между приводным валом 1 и валами 2 и 5, валом 2 и шпинделями 3 и 4 и др. Нередко расположение шпинделей и промежуточных валов требует таких расстояний между центрами зубчатых колес, которые не обеспечивают необходимого радиального зазора и применения колес с нормальным зацеплением. Е этих случаях используют известные методы корригирования зубчатых колес. Возвращаясь к рис. 7, следует заметить, что подобное может иметь место с ведущими колесами валов 2 и 5, так как их необходимо вписывать в межцентровое расстояние валов 3-4 и 6-8.

При разработке кинематических схем многошпиндельных коробок не рекомендуется использовать шпиндели в качестве валов, приводящих во вращение группу других шпинделей. Как исключение, это допускается при проектировании легких приводов вращения.

В силовых головках с выдвижной пинолью применяют шпиндельные коробки, называемые насадками. Одна из конструкций шестишпиндельной насадки показана на рис. 8. Корпус насадки состоит из трех деталей: фланца 3, корпуса 4 и крышки 5. Фланец установлен на пиноли 7 силовой головки, а державка 1 с двумя направляющими скалками 2 крепится к ее корпусу. Шпиндель 6 головки имеет на передней конце конус, па котором насажено ведущее зубчатое колесо, вращающее все шпиндели насадки. В настоящее время расчет координатных осей отверстий, силовой расчет всех элементов Шпиндельной коробки, проверку взаимного расположения деталей в узле и др. производят с помощью ЭВМ.

1.4 Переналадка агрегатных станков

Применение агрегатных станков в серийном производстве осложняется необходимостью их частой переналадки. С целью сокращения времени обработки используют схемы переналаживаемых агрегатных станков.

Обрабатываемая деталь на таких станках неподвижна, а специальные механизмы силовых узлов осуществляют последовательную автоматическую смену инструмента и необходимую перестановку узлов станка.

На рис. 9 показана компоновка такого агрегатного станка, позволяющего производить до 50 переналадок в месяц. Он имеет две силовые головки 1 и 2: головка 1 барабанного типа предназначена для сверлильно-резьбовых операций, головка 2 с жестким шпинделем и вынесенным инструментальным магазином 3 служит в основном для расточных и фрезерных операций. Последовательная смена инструментов, поворот и координатные перемещения обрабатываемой детали осуществляются автоматически, с применением ЧПУ.

Основными направлениями развития этого оборудования являются автоматическая смена режущего инструмента, поступающего из магазина на рабочую позицию; автоматическое позиционирование детали; программное управление всеми рабочими и установочными движениями станка и изменением режимов обработки при смене инструмента. В таких станках находят применение активный контроль качества деталей, приборы, сигнализирующие о поломке или отсутствии инструмента, самодействующие головки с управлением по силе подачи и др.



2. Область применения и эффективность агрегатных станков

2.1 Область применения агрегатных станков

Агрегатные станки предназначены для обработки сложных и ответственных деталей в условиях серийного и массового производства. Наибольшие технологические возможности станков обеспечиваются в том случае, когда обрабатываемая деталь в процессе резания неподвижна, а главное движение и движение подачи сообщаются режущим инструментам. Этим достигается наибольшая концентрация операции: можно производить обработку деталей одновременно с нескольких сторон многими режущими инструментами при автоматическом управлении рабочим циклом.

Наибольшее распространение получили агрегатные станки сверлильно-расточной и некоторых других групп. Они позволяют производить сверление, зенкерование, развертывание и растачивание отверстий, резьбонарезание и резьбонакатывание внутренних и наружных поверхностей, подрезание торцов, фрезерование и другие операции. Компоновка станков весьма разнообразна. Она зависит от формы, размеров и точности изготовляемых деталей, расположения на них обрабатываемых поверхностей и принятого технологического процесса.

2.2 Эффективность агрегатных станков

Для сравнительной оценки технического уровня станков и комплектов станочного оборудования, а также для выбора станков в соответствии с решением конкретной производственной задачи используют набор показателей, характеризующих качество как отдельных станков, так и набора станочного оборудования - такие, как эффективность, производительность, надежность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность и т.д.

Эффективность - комплексный (интегральный) показатель, который наиболее полно отражает главное назначение станочного оборудования - повышать производительность труда и соответственно снижать затраты труда при обработке деталей. Эффективность станков, шт./руб.,

А=N/? с, (1),

где N - годовой выпуск деталей; ? с - сумма годовых затрат на их изготовление.

При проектировании или подборе станочного оборудования всегда следует стремиться к максимальной эффективности, а показатель (1) при этом следует рассматривать как целевую функцию

А = N/? с ? max. (2)

Если задана годовая программа выпуска, то условие (2) приводится к минимуму приведенных затрат ? с ? min. (3)

Сравнение эффективности двух вариантов станочного оборудования при заданной программе выпуска ведут по разности приведенных затрат 

Р = (?с)1-(?с)2 (4),

где индекс "2" относится к более совершенному варианту станочного оборудования при сравнении с базовым (индекс "1").



3. Технологические возможности агрегатных станков на примере агрегатно-модульной конструкции типа 3388

Агрегатный модуль - это функционально и конструктивно независимая сборочная единица, которую можно использовать индивидуально и в сочетании с другими модулями с целью создания промышленного робота с требуемой компоновочной схемой, характеристиками и технологическими возможностями. Модули могут механическими, информационными и управляющими. Механические можули представляют собой отдельные конструктивные блоки манипулятора вместе с комплектными приводами и коммуникациями (электрическими, гидравлическими), обеспечивающие одну или несколько степеней подвижности. Информационными модулями являются комплекты измерительных и преобразовательных устройств, а управляющими - блоки систем управления роботом.

Специализированные исполнения создают на основе базовой конструкции промышленного робота, обычно универсального типа.

В качестве примера рассмотрим однотипные промышленные роботы для обслуживания технологичесого оборудования, которые получены модификацией базовой констукции робота "Пирин" (рис. 10), предназначенного для загрузки и разгрузки заготовок и деталей на токарном станке с ЧПУ.

Модификации базовой модели отличаются числом рук манипулятора, их расположением и грузоподъемностью (рис. 11). 

Техническая характеристика промышленных роботов агрегатно-модульной конструкции типа 3388

Грузоподъемность, кг: 

исполнение 1 5

исполнение 2 3х2

исполнение 3 3х2

Число степеней подвижности 4 (или 4х2)

Перемещение руки в осевом направлении, мм:

исполнения 1 и 2 0 - 600

исполнение 3 0 - 280

Вертикальное перемещение, мм: 50 - 100

Углы поворота руки, ? 0 - 120

Наибольший угол поворота кисти руки, ? 130

Наибольшая скорость осевого перемещения руки, м/с 0,7

Наибольшая скорость поворота руки, ? 90

Наибольшая сила зажима губок схвата, Н 300

Время зажима губок схвата, с 0,2

Точность позиционирования, мм ?0,2

Масса манипулятора, кг: 

исполнение 1 525

исполнение 2 567

исполнение 3 555

Дополнительно в комплектацию каждого исполнения манипулятора входят сменные схваты, позволяющие расширить область применения данной гаммы промышленных роботов.

Большое разнообразие модификаций промышленных роботов может быть получено при агрегатно-модульном их построении по конструктивно-компоновочному принципу. При разработке агрегатных промышленных роботов с различными компоновочными схемами необходимо создать следующие типовые конструктивные модули: несущую систему (неподвижное основание, колонну, портал или консоль); механизмы, обеспечивающие степени подвижности манипулятора (поворота, подъема, выдвижения руки, вращения кисти); сменные захватные устройства; дополнительные механизмы, обеспечивающие промежуточное накопление и ориентирование заготовок, деталей, смену схватов и другие вспомогательные функции робототехнического комплекса.

Пример агрегатно-модульного конструирования промышленных роботов различного назначения приведен в таблице 1. Используя 9 конструктивных модулей, можно создать 12 моделей автоматических манипуляторов с разной компоновочной схемой и техническими характеристиками, начиная от простого поворотного автооператора (схема 1) и кончая универсальным промышленным роботом с шестью степенями подвижности и сложной криволинейной системой координат (схема 12). Каждая из моделей может быть выполнена как в стационарном, так и передвижном исполнениях с установкой манипулятора на тележке, которая перемещается по рельсовому пути.



4. Прогрессивные направления развития станкостроения

4.1 Современные технологии в станкостроении

Особое развитие в последнее время получило числовое программное управление станками. Микропроцессорные устройства управления превращают станок в станочный модуль, сочетающий гибкость и универсальность с высоким уровнем автоматизации. Станочный модуль способен обеспечивать обработку заготовок широкой номенклатуры в автономном режиме на основе малолюдной или даже безлюдной технологии. Таким образом, современное станочное оборудование является базой для развития гибкого автоматизированного производства, резко повышающего производительность труда в условиях средне- и мелкосерийного производства. 

Использование гибких производственных систем, состоящих из набора станков, манипуляторов, средств контроля, объединенных общим управлением от ЭВМ, дает возможность и в многономенклатурном крупносерийном производстве стимулировать научно-технический прогресс, быстрый и с минимальными затратами переход к новым, более совершенным образцам выпускаемой продукции. Переход от использования набора станков и других технологических машин к машинным системам в виде гибких производственных систем технологического оборудования помимо повышения производительности труда коренным образом изменяет весь характер машиностроительного производства. Создаются условия постепенного перехода к трудосберегающему производству при наивысшей степени автоматизации.

Повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений связано с дальнейшим совершенствованием привода станков, шпиндельных узлов, тяговых устройств и направляющих прямолинейного движения. Применение композиционных материалов для режущих инструментов позволяет реализовать скорость резания до 1,5 - 2 км/мин, а скорость подачи довести до 20 - 30 м/мин. Дальнейшее повышение скоростей потребует поиска новых конструкций, использующих иные физические принципы и обеспечивающих высокую работоспособность ответственных станочных узлов.

Применение станочных модулей возможно только при полной автоматизации всех вспомогательных операций за счет широкого использования манипуляторов и промышленных роботов. Это относится к операциям, связанным со сменой заготовок, режущих инструментов, технологической оснастки, с операциями измерения заготовки, инструмента, с операциями дробления и удаления стружки из рабочей зоны станка.

В современных станках используют широкий набор средств измерения, иногда очень точных, таких, например, как лазерные интерферометры, для сбора текущей информации о состоянии станка, инструмента, вспомогательных устройств и для получения достоверных данных о исправной работе.

Современные металлорежущие станки обеспечивают исключительно высокую точность обработанных деталей. Ответственные поверхности наиболее важных деталей машин и приборов обрабатывают на станках с погрешностью в долях микрометров, а шероховатость поверхности при алмазном точении не превышает сотых долей миллиметра. Требования к точности в машиностроении постоянно растут, и это, в свою очередь, ставит новые задачи перед прецизионным станкостроением.

Современный станок соединил технологическую машину для размерной обработки с компьютером. Поэтому устройство микропроцессорных средств управления является важной составляющей станочного оборудования.



4.2 Автоматизация технологических процессов в машиностроении

Структура автоматизированной производственной системы механической обработки

Повышение эффективности производства и качества продукции в значительной степени определяется созданием машин, позволяющих осуществить комплексную автоматизацию технологических процессов в машиностроении. Комплексная автоматизация предполагает применение самоуправляемых (автоматических) машин для основных и вспомогательных операций, а также использование средств вычислительной техники для планирования, организации и управления производственными процессами. Комплексно-автоматизированные производства характеризуются применением систем машин.

Структурно автоматизированную производственную систему механической обработки можно представить как совокупность компонентов (подсистем).

Подсистема формообразования состоит из металлообрабатывающего оборудования, выбор которого определяется его технологическими возможностями, уровнем концентрации и совмещения операций, а также степенью автоматизации основных и вспомогательных переходов при выполнении цикла обработки.

В подсистему транспортирования входят оборудование для складирования, внутрицехового и межстаночного транспортирования деталей и заготовок, а также вспомогательные устройства (манипуляторы) для загрузки и разгрузки станков. Подсистема потока инструмента обеспечивает комплектацию, доставку и смену инструмента на станках. Вспомогательная подсистема состоит из механизмов и устройств, которые обеспечивают подготовку программ управления и наладку станка, настройку и регулировку механизмов, смазку, транспортирование стружки, отходов производства и др.

Подсистема переработки информации обеспечивает взаимосвязь между основным и вспомогательным оборудованием, транспортно-загрузочными устройствами и складом; управление подсистемами комплекса; контроль работы, диагностику отказов и простоев; выдачу информации диспетчеру о ходе выполнения процесса, местонахождении партии заготовок и деталей, о наличии и состоянии инструмента; выбор последовательности обработки партии деталей на станках в зависимости от наличия заготовок, инструмента, управляющих программ и т.п.; учет заготовок и деталей, оценку степени заполнения склада, выполнение операций или качу информации, связанной с оптимальным планированием дорганизацией производства.

Автоматизированная система станков может быть представлена в виде обрабатывающего модуля, технологической ячейки, автоматической линии или автоматизированного участка. 

Технологический (обрабатывающий) модуль - автоматизированная технологическая единица многоцелевого назначения, предназначенпая для выполнения нескольких операций обработки определенных типов деталей, в состав которой входит автоматизированный многоинструментный станок и автоматический манипулятор, объединенные общей системой управления.

Автоматизированный станок - самоуправляемая рабочая машина, которая при выполнении технологического процесса производит все рабочие и вспомогательные движения данного цикла обработки.

Автоматический манипулятор - устройство в виде механической руки, оснащенное захватными механизмами и способное выполнять вспомогательные, транспортные и некоторые основные (например сборочные, сварочные и т. п.) производственные операции без участия человека. Простейшим манипулятором является автооператор, выполняющий простые операции с жестко заданной последовательностью.

Автоматизированная технологическая ячейка - производственный комплекс из группы станков (или другого основного технологического оборудования) одного или различного назначения, но с одинаковыми приемами обслуживания, автоматического манипулятора, транспортных и накопительных устройств; объединенный общей системой управления и обеспечивающий полную или частичную обработку определенного типа деталей.

Автоматическая линия - комплекс автоматизированных рабочих машин, расположенных в технологической последовательности, связанных средствами транспортирования и вспомогательным оборудованием, имеющий чаще линейную компоновку (иногда с ответвлениями), объединенный общей системой управления и обеспечивающий полный цикл обработки деталей или группы однотипных деталей.

Автоматизированный участок - производственная система из нескольких автоматизированных станков, обрабатывающих модулей или автоматизированных технологических ячеек, которые объединены с помощью транспортной системы, манипуляторов и других вспомогательных устройств, а также единой системой группового управления, обеспечивающая комплексную обработку однотипных деталей с разной последовательностью операций.

Основным методом автоматизации машиностроительного производства является оснащение технологического оборудования системами программного управления, которые позволяют обеспечить требуемую универсальность и быструю переналаживаемость. Системы программного управления технологическим оборудованием могут быть цикловыми (ЦПУ), числовыми (ЧПУ), непосредственными с прямым управлением от электронных вычислительных машин (ЧПУ-ЭВМ).

В системах ЦПУ программируются рабочие циклы машины, режимы технологического процесса и вспомогательные функции (автоматическая смазка, транспортирование отходов и т.п.). При этом цикл работы станка или другой машины представляет совокупность движений основных и вспомогательных рабочих органов, необходимых для обепечения заданных функций. Размерная информация о координатах или величинах перемещений обычно задается аналоговыми средствами с помощью кулачков, упоров, воздействующих на путевые переключатели, или копировальных систем.

Системы ЧПУ обеспечивают автоматическое программное управление движениями рабочих органов, их скоростью при формообразовании детали, установочными перемещениями, а также последовательностью цикла, режимами обработки и вспомогательными функциями, основываясь на цифровых, буквенных и других символах, которые однозначно определяют информацию управляющего алгоритма. Характерным для систем ЧПУ является дискретность задания управляющей программы.

Системы ЧПУ - ЭВМ включают центральную ЭВМ, выполняющую обработку и распределение данных управляющих программ на несколько станков или других машин с ЧПУ. Таким образом, эти системы связаны с централизованным групповым программным управлением производственным оборудованием. Их особенностью является многоранговый (иерархический) принцип выполнения вычислительно-логических операций. Низший ранг формирует в реальном масштабе времени сигналы управления приводами. Следующий ранг представляет собой управляющую малую ЭВМ, которая может в режиме разделения времени генерировать разные команды управления несколькими устройствами более низкого ранга. Возможны и более высокие ранги управления с использованием многомашинного принципа работы нескольких ЭВМ, осуществляющих одновременное выполнение большой технологической задачи.

В общем случае задача расчета и выбора оптимальных структур, состава оборудования, устройств ЧПУ, вычислительных средств (ЭВМ) и каналов связи систем группового управления заключается в определении совокупности множеств частных показателей качества, алгоритмов и параметров, которые удовлетворяют условию наибольшей общей эффективности всего производственного комплекса.



4.3 Автоматические линии с управлением от ЭВМ

Система управления автоматическими линиями (АЛ) выполняет следующие основные функции:

1. Управление циклом отдельных агрегатов (силовых узлов, транспортеров, накопителей и т. д.) для обеспечения заданных смещений, скоростей и т. д. Система управления АЛ обеспечивает подачу напряжения к оборудованию, перевод схемы в различные режимы работы, пуск электродвигателей, пуск линии, останов линий аварийный и в исходном положении. Например, силу закрепления заготовки в приспособлении-спутнике контролируют с помощью реле максимального тока. Силу, развиваемую силовыми узлами, контролирует реле давления (при гидравлическом приводе) или реле максимального тока (при электромеханическом приводе). Наличие заготовки на транспортных и рабочих позициях контролируют с помощью конечных выключателей, фотоэлементов и другими аналогичными методами. В многономенклатурных АЛ с автоматической переналадкой помимо контроля личия детали на позиции необходим также контроль типа детали по какому-либо отличительному признаку. При выполнении операций мойки, зачистки торца и др. определяющим признаком является длительность выполнения операции, которую контролирует реле времени. Система управления должна функционировать практически безотказно, так как даже небольшое число отказов наносит значительный ущерб производству.

2. Управление рабочим циклом линий и участков. Заданная последовательность работы обеспечивается своевременной подачей однозначных команд на выполнение очередного движения. Каждую команду формируют из определенных признаков. Например, сумма признаков, необходимых для транспортирования полуфабрикатов на АЛ: все силовые узлы находятся в исходном положении, приспособления-спутники расфиксированы и отжаты, место для выдачи спутника свободно. Однако такое состояние создается до и после обработки детали, поэтому необходима дополнительная информация, например, все силовые узлы побывали в переднем положении (провели обработку).

3. Взаимная блокировка независимо работающих агрегатов линии (и отдельных линий) для обеспечения заданного характера их взаимодействия.

4. Возможность автоматизации обнаружения места и характера возникающих отказов для максимального сокращения времени на их поиск.

5. Возможность получения информации для управления эксплуатацией оборудования. Организация труда на АЛ выдвигает требования к управлению, направленные на анализ и диагностирование работы оборудования. Необходимы данные о производительности оборудования в любой момент времени, в том числе сравнение фактической производительности с заданной, учет и анализ простоев, сведения о работе инструмента и подготовка информации для его своевременной замены, сравнение фактического времени работы отдельных механизмов с заданным, выявление резервов производительности, планирование ремонта и обслуживания и т. д.

Системы управления АЛ делят на централизованные (с выделением и без выделения автономного управления отдельными агрегатами) и децентрализованные. агрегатный станок модульная конструкция

Централизованная система без выделения автономного управления отдельными агрегатами, применяемая в небольших АЛ из агрегатных узлов с жесткими транспортными связями, имеет относительно простую конструкцию за счет однотипных блокировок. Однако коэффициент использования таких линий невелик, так как при ликвидации отказов и техническом обслуживании любого из агрегатов останавливается вся линия.

При автономном управлении в АЛ с жесткой связью встраивается оборудование типа специальных и специализированных станков. Система управления предусматривает возможность вмешательства наладчика в работу агрегатов для устранения отказов, смены инструментов и т. д. без остановки всей линии. При этом усложняется электросхема за счет введения дополнительных органов управления, сигнальной аппаратуры, блокировочных устройств.

При децентрализованном управлении АЛ с гибкими транспортными связями обеспечивается автономное управление: возможность зависимой работы отдельных агрегатов линии с учетом действительных запасов полуфабрикатов в накопителях, установленных перед агрегатом и после него. При этом значительно усложняются электросхема АЛ за счет введения дополнительных комплектов аппаратов. В практике создания АЛ находят применение Смешанные системы, несущие в себе черты централизованной и децентрализованной.

При централизованной системе управления АЛ наличие определенной совокупности признаков формирует команду на выполнение очередного движения с помощью дополнительного устройства, которое выдает команды в заданной последовательности, Контролирует их выполнение и отменяет предыдущие команды перед выдачей последующих, осуществляя обратную связь исполнительных механизмов с системой управления. Устройство централизованного управления выполнено в виде командоаппарата с различными типами привода: механическим, гидравлическим и др. При децентрализованном управлении наличие определенной совокупности признаков формирует команду на выполнение очередного движения. Для предотвращения несвоевременных команд необходимо использование памяти о предыдущем состоянии некоторых узлов с обеспечением ее своевременной отмены во избежание повторных команд.

АЛ работает в двух режимах: автоматическом и наладочном. В автоматическом режиме все механизмы АЛ работают в последовательности, заданной циклограммой без вмешательства наладчика. Частным случаем автоматического режима является полуавтоматический, когда переход на следующий цикл подтверждался кнопочной командой. Кроме того, могут потребоваться специфические для некоторой АЛ режимы, например, с накоплением деталей, совместной или раздельной работой нескольких Участков, с частичным выводом из работы некоторых станков и т.д. В наладочном режиме все механизмы АЛ работают независимо с соблюдением необходимых блокировок. Управление движением осуществляется от кнопок управления. Наиболее совершенными являются АЛ с системой управления, построенной на использовании средств вычислительной техники: программируемых командоаппаратов и ЭВМ.