litceysel.ru
добавить свой файл
1
Лекция



«Технологическое оборудование машиностроительного производства»


Металлорежущие станки можно подразделить по ряду признаков. По степени универсальности их делят на универсальные, специализированные и специальные.

Универсальные станки предназначаются для обработки сходных по конфигурации деталей, размеры которых могут изменяться в широких пределах. При этом на них выполняются самые разнообразные операции. Например, на универсальных токарных станках можно производить обработку наружных и внутренних цилиндрических, конических, фасонных и торцевых поверхностей, нарезание резьбы, сверление, зенкерование и развертывание отверстий.

Специализированные станки используются для выполнения более узкого круга операций. Например, для фрезерования шпонок (шпоночно-фрезерные станки), фрезерования шлицев (шлицефрезерные станки).

На специальных станках обрабатывают детали одного типоразмера. К этим станкам можно отнести станок для нарезания зубчатых реек и др.

По своему устройству металлорежущие станки подразделяются на автоматические и полуавтоматические.

Автоматическим станком (автоматом) называется станок, в котором автоматизированы все основные и вспомогательные движения, необходимые для выполнения технологического цикла обработки, включая загрузку и выдачу обработанной детали. Обслуживание автомата сводится к периодической наладке, подаче материала на станок и контролю обрабатываемых деталей.

Полуавтоматическим станком (полуавтоматом) называется автоматический станок, в котором часть движений не автоматизирована. В большинстве случаев эти движения, связанные с загрузкой заготовок и снятием обработанных деталей.

Металлорежущим станком с ЧПУ называется станок, управляемый с помощью вычислительных устройств от программы управления, на которую нанесена вся необходимая информация по обработке детали (последовательность обработки, величины перемещений рабочего органа, режимы обработки и т.д.). В соответствии с заданной программой управления станок осуществляет все рабочие и вспомогательные движения рабочего органа для выполнения заданного технологического процесса обработки детали.


Промышленный робот (автоматический манипулятор с программным управлением) является автоматической машиной (стационарной или передвижной), состоящей из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.

Гибкая производственная система (ГПС) - это совокупность (в равных сочетаниях) оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных моделей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени (возможность реализации "безлюдной технологии"), обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах их характеристик (в зависимости от серийности производства и других факторов).

Гибкий производственный модуль представляет гибкую производственную систему, состоящую из единицы технологического оборудования, снащенную автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующую, осуществляющую многократные циклы и имеющую возможность встраивания в систему более высокого уровня.

Роботизированный технологический комплекс - это совокупность единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы. На базе перечисленных технических средств могут быть реализованы гибкие производственные системы.

Гибкие производственные системы по организационным признакам могут подразделяться на гибкие автоматизированные участки и гибкие автоматизированные цехи. Наибольшее внимание уделяется гибким автоматизированным участкам, которые представляют собой гибкую производственную систему, состоящую из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления, функционирующую по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.


"Безлюдное" (программируемое) производство является новым видом производства и характеризуется малым участием человека в производственном процессе и наличием преимущественно автоматического оборудования и промышленных роботов. Для данного производства коэффициент автоматизации Kа→1. Под Kа понимается отношение объема информации, получаемой и обрабатываемой автоматическими системами производства, к полному объему информации, необходимой для выполнения технологического процесса. Для функционирования "безлюдного" производства в течение длительного времени, например смены, требуется наличие адаптивных технологических и роботизированных систем, диагностических цепей и высокая надежность работы оборудования и систем управления. Имеются сообщения о создании так называемых квазибезлюдных производств, в которых число рабочих по сравнению с традиционным производством уменьшалось в 10-15 раз.

Под программным управлением обычно понимается управление с помощью систем, обеспечивающих быстрый переход на любую программу работы путем набора ее или записи условным кодом на программо-носителе, с помощью которого она вводится в станок.

В качестве носителя программы могут использоваться штекерные панели, перфоленты, магнитные ленты и др. Таким образом, системы программного управления обеспечивают быструю переналаживаемость и требуемую универсальность.

Системы программного управления металлорежущим оборудованием можно подразделять на два основных класса: цикловые (или программно-путевого управления); с числовым управлением.

Цикловая система программного управления (ЦСПУ) характеризуется полным или частичным программированием цикла работы станка и режима обработки. Перемещение использованных элементов регулируется расстановкой передвижных упоров. ЦСПУ является переходной от системы управления с помощью упоров к системам числового программного управления (СЧПУ). Иногда ее называют системной программно-путевого управления. Программа управления в ЦСПУ может вводиться от программо-носителя (перфоленты, перфокарты) или набираться с помощью соответствующих переключателей. Станки с ЦСПУ отличаются простой системой управления, не требуют высококвалифицированного обслуживающего персонала, обладают большей производительностью, чем универсальные станки. Однако они имеют меньшие технологические возможности, чем станки с числовым управлением. Для их переналадки на новый вид деталей затрачивается большее время, чем при числовом управлении. Это время складывается из времени заданий новой программы и времени размерной настройки кулачков, путевых переключателей. Поэтому их разумно использовать при обработке простых деталей с длительностью обработки партии не менее смены Примеры станков с ЦСПУ - токарно-револьверный 1А341Ц вертикально-фрезерный 6530Ц и др.


Цикловая система управления состоит из следующих устройств: задания и ввода программы, управления, исполнительного устройства, контроля окончания отработки этапа программы.

Принцип работы ЦСПУ заключается в следующем. Устройство задания и ввода программы снабжает систему программного управления информацией о цикле. Оно состоит из блока задания программы (обычно штекерная панель) и блока поэтапного ввода программы (обычно шаговый искатель или релейная счетная схема). Устройство управления обеспечивает управление исполнительными элементами, перемещающими рабочие органы станка. Схему устройства управления довольно часто выполняют на электромагнитных реле. Исполнительное устройство обеспечивает отработку заданных программной команд и состоит из исполнительных элементов и рабочих органов станка Устройство контроля окончания отработки этапа программы контролирует окончание предыдущего этапа программы и подает команду на переключение на следующий этап (Окончание отработки этапа программы может контролироваться переключателями, реле времени, реле давления и т.п.).

Под системой числовою программного управления (СЧПУ) станком понимается совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления ЧПУ. Система ЧПУ характеризуется чаще всего программированием цикла, режимов обработки и путем перемещения рабочих органов станка. При этом вся необходимая информация представляется не в виде кулачков, копиров и упоров, а в виде последовательности букв и чисел, нанесенных в закодированном виде (алфавитно-цифровом коде) на программо-носитель.

Системы ЧПУ можно классифицировать по ряду признаков. Для нас наибольшее значение имеет их деление по следующим трем признакам:


  1. по степени совершенства и функциональным возможностям;

  2. по виду движения исполнительных механизмов станка, определяемого геометрической информацией в программе,
  3. по числу потоков информации.


По степени совершенства и функциональным возможностям системы ЧПУ делятся на следующие типы:

NC (Numerical control) числовое программное управление (ЧПУ) обработкой на станке по программе, заданной в алфавитно-цифровом коде. Эти системы работают по "жесткой логике". Ввод программы в них, как правило, осуществляется с перфоленты;

HNC (Hand NC) разновидность системы ЧПУ с ручным заданием программы с пульта устройства (на клавишах, переключателях и т.п.);

SNC (Speiher NC) или MNC (Memory NС) разновидность системы ЧПУ, имеющая память для хранения всей управляющей программы;

CNC (Computer NC) автономная система ЧПУ станка, содержащая ЭВМ процессор;

DNC (Direct NC) - система для управления группой станков от ЭВМ, осуществляющей хранение программ и распределение их по запросам от устройства управления станком (у станков могут быть установлены устройства типа NC, SNC, CNС);

Основной частью системы числового программного управления является устройство ЧПУ, относящиеся к тому же типу, что и система.

Устройство ЧПУ типа NC и HNC имеют постоянную структуру, а устройство ЧПУ типа SNC и CNC - переменную. Устройства ЧПУ типа SNC и CNC являются более совершенными. Они строятся на основе микро ЭВМ (типа CNC) или микропроцессоров. Их основные алгоритмы работы задаются программно и могут изменяться для различных применений. В них можно формировать нестандартные циклы обработки, что существенно упрощает подготовку и редактирование программы.

Среди имеющихся в настоящее время систем ЧПУ можно встретить все приведенные выше типы систем (Таблица 1.1).


Таблица 1.1

Краткий перечень устройств, оснащенных разными типами систем

Тип системы ЧПУ


Модель устройства, тип участка

Станки, для управления которыми система предназначена

NC

H221M

Токарные станки с автоматической сменой режущего инструмента







Фрезерные станки с автоматической сменой режущего инструмента

HNC

Устройство на базе микро ЭВМ "Электроника НЦ-31»

Токарные станки в условиях мелкосерийного и индивидуального производства

SNC

Н331М с модулями памяти

Фрезерные станки с автоматической сменой режущего инструмента

CNC

2С42

Многооперационные станки


DNC

Автоматизированный участок типа АСК-10

Группа многооперационных станков


По виду движения исполнительных механизмов станка, определяемого геометрической информацией в программе, системы ЧПУ подразделяются на позиционные, контурные, комбинированные и централизованные.

Позиционная система ЧПУ - это система, обеспечивающая установку рабочего органа станка в позицию, заданную программой управления станком, чаще всего без обработки перемещения рабочего органа станка. Эти системы применяются для управления станками сверлильно-расточной группы.

Контурная система ЧПУ представляет собой систему, которая обеспечивает автоматическое перемещение рабочего органа станка по траектории и с контурной скоростью, заданными программой управления станком. Основной особенностью контурных систем является наличие в каждый отдельный момент времени функциональной зависимости между скоростями перемещения рабочих органов станка по координатным осям. Контурные системы по сравнению с позиционными отличаются большей сложностью и стоимостью. Они в настоящее время являются более распространенными по сравнению с другими и используются чаще всего для управления токарными, фрезерными и другими станками при обработке деталей сложного профиля.

Контурные системы подразделяются на несколько разновидностей новейшей из них, появившейся в конце 70-х годов, является оперативная система ЧПУ, построенная на базе современных ЭВМ. В оперативной системе ЧПУ расчет управляющей программы по минимальному объему исходных данных осуществляется на рабочем месте. Эти системы эффективно используются для управления металлорежущими станками при обработке упрощенной геометрической формы.


Комбинированная система ЧПУ включает в себя контурные и позиционные системы. Используются в основном для управления многооперационными станками (обрабатывающими центрами).

Автоматизированная система централизованного управления - это комплекс металлорежущего оборудования с ЧПУ, связанный единой автоматизированной транспортно-накопительной (транспортноскладской) системой и управляемой от ЭВМ. Эта система используется для управления автоматизированными участками (например, типа АСВ-20, АСВ-21, АСК-10 и др.). В ней можно выделить несколько более простых систем. Одна из них предназначена для управления группой станков с ЧПУ, осуществляющих механическую обработку деталей. Эта система называется системой группового управления, или системой прямого ЧПУ станками, или системой ЧПУ типа DNC.

По числу потоков информации системы ЧПУ подразделяются на разомкнутые, замкнутые, самонастраивающиеся (адаптивные).

Разомкнутые системы ЧПУ (называемые также импульсно-шаговые) характеризуются только одними потоками информации, направляемым от программы управления к рабочему органу станка Перемещения рабочего органа станка при этом не контролируются и не составляются с перемещениями, заданными программой.

Достоинствами таких систем является отсутствие цепей обратной связи, простота конструкции, наличие надежных и быстроходных шаговых двигателей и передачи "винт - гайки - качения", обеспечивающих достаточно высокую точность перемещения рабочего органа станка. Эти системы являются наиболее распространенными и применяются для управления металлорежущими станками малых и средних размеров.

Замкнутые системы ЧПУ характеризуются двумя потоками информации: один поток поступает от программы управления, а второй - от датчика обратной связи. Наличие обратной связи позволяет сопоставлять фактическую обработку программы с заданной и устранять возникающее рассогласование. Эти устройства по сравнению с разомкнутыми обеспечивают высокую точность обработки, но являются более сложными и дорогами. Они применяются. Для управления металлорежущими станками средних и крупных размеров.


Самонастраивающиеся (адаптивные) системы, могут приспосабливаться к изменению внешних условий и являются наиболее прогрессивными. Они имеют помимо основного дополнительные потоки информации, позволяющие корректировать процесс обработки с учетом деформации системы СПИД (станок - приспособление - инструмент - деталь) и ряда случайных факторов, таких, как затупление режущего инструмента, колебание припуска и твердости заготовки и др.

Эти системы появились в 70-е годы и в настоящее время используются для управления обычными металлорежущими станками и станками с ЧПУ. В последнем случае они могут работать как в сочетании с разомкнутыми, так и замкнутыми системами ЧПУ. В конце 70-х годов была предложена другая классификация систем ЧПУ, в соответствии с которой они подразделяются на:


  • функциональные - для управления автоматическими станками и автоматическими линиями;

  • оперативные - для управления токарными, фрезерными, шлифовальными станками, используемыми для обработки деталей упрощенного профиля;

  • продукционные - для управления токарными, карусельными и фрезерно-расточными продукционными станками;

  • уникальные - для управления уникальными станками.



Гибкие производственные системы.

Перед всеми отраслями материального производства поставлена важная задача - повышение производительности труда и экономия трудовых ресурсов. Это основная цель ускорения НТП в машиностроении, это и главный показатель достигнутого технического и организационного уровня производства.

Резкое расширение номенклатуры и увеличение сложности машиностроительной продукции привели к тому, что преобладающим типом машиностроительного производства становится не массовое (крупносерийное), а мелкосерийное многономенклатурное производство сложных, непрерывно обновляемых объектов производства.

Комплексная автоматизация мелкосерийного многономенклатурного производства, основанная на широком применении микропроцессорной техники и ЭВМ для непрерывного управления ТП, оборудованием и производством в целом - это есть автоматизированное производство с гибко-пространственной технологией.

ГПС первого поколения создавались на базе многооперационных станков типа обрабатывающий центр. ГПС представляет собой сложную систему организационно-техническую, состоящую из основных и вспомогательных компонентов и за основу построения принят блочно-модульный принцип.

Первичной единицей комплексирования при создании ГПС принят гибкий производственный модуль (ГПМ). Модули подразделяются на основные, производящие определенную продукцию или вид информации (станочные, технологической подготовки и управления ТП), и вспомогательные (транспортно-накопительная система, склад...).

Из основных и вспомогательных ГПМ комплектуются гибкие автоматизированные линии (ГАЛ), участки (ГАУ), цеха (ГАЦ).

Основными критериями их эффективности использования являются:


  • увеличение соотношения производительность / стоимость;

  • увеличение доли технологических процессов (по машиноемкости и трудоемкости), охваченных гибким производством, по отношению к технологическим процессам базового вида производства.

Для дальнейшего развития ГПС требуется:

  • снижение затрат и расширение масштабов производства ГПМ и других компонентов за счет повышения их технологичности, унификации и ограничения числа подобных ГПМ;

  • совершенствование процессов создания ГПМ, ГАУ, ГАЛ и ГАЦ на основе применения систем САПР, блочно-модульного построения;
  • обеспечение совместимости основных и вспомогательных ГПМ, элементов оборудования, программного обеспечения путем стандартизации регламентирующих конструктивных решений, габаритных и стыковочных размеров и т.д.;


  • повышение надежности их компонентов и структурных единиц ГПС;

  • совместное использование оборудования для создания участков с предметно-подетальной специализацией;

  • обеспечение возможности использования в новых разработках существующих устройств;

  • расширение области применения и увеличение доли ГПМ, ГАУ и ГАЛ в различных технологических переходах;

  • снижение требований к уровню специальной подготовки к квалификации операторов и обслуживающего персонала.

Функционирование ГПС второго поколения даст возможность мобильно осуществлять перенастройку оборудования и технологии на изготовление новой партии деталей различной номенклатуры в пределах определенных конструктивно-технологических групп деталей и технологических возможностей оборудования.

Снижение времени перенастройки позволит свести к минимуму времени простоев оборудования при смене или модификации объектов производства

В зависимости от структурного уровня производства ГПС может состоять из следующих основных и вспомогательных компонентов:

  • на уровне завода - из автоматизированных цехов основного и вспомогательного производства, системы автоматизированного проектирования, интегрированной системы планирования, управления и обеспечения производства, интегрированной системы автоматизации технологической подготовки производства и из автоматизированной системы технического обслуживания и ремонта оборудования, транспортной и складской системы;
  • на уровне цеха — из автоматизированных участков, комплексов и линий основного производства, автоматизированной системы управления и обеспечения, автоматизированных участков технологической подготовки производства, автоматизированных участков комплектования, транспортирования и складирования, участков технического обслуживания оборудования, участков удаления отходов производства;


  • на уровне участка, комплекса, линии - из ГПМ на базе основного технологического оборудования, автоматизированной системы управления технологическими процессами и оборудованием, модулей подготовки производства, систем инструментообеспечения, обеспечения заготовками, материалами, оснасткой, обслуживания и обеспечения работы оборудования, удаления отходов производства

Автоматизированные участки технологической подготовки производства ГПС должны включать в себя: автоматизированные рабочие места технологов с системами автоматизированного проектирования технологии и управляющих программ для оборудования и автоматизированные места конструкторов по проектированию инструмента и оснастки, а также модули, технологического оборудования для изготовления и отладки средств оснащения производства.

АСУТП гибкого автоматизированного участка, линии, цеха, состоит из модулей программного обеспечения' и комплекса технических средств ЭВМ и управляющих машин.

Высокая гибкость рассматриваемых автоматизированных производств, т.е. способность к быстрой перестройке и переналадке при полном или частичном изменении объекта производства обеспечивается факторами:

  • связь всех производственных модулей на базе автоматического технологического оборудования в единый производственный комплекс с помощью автоматизированной системы управления

технологическими процессами и оборудованием;

  • блочно-модульный состав всех основных и вспомогательных

компонентов;

  • максимальное использование технологических возможностей

оборудования;

  • унификацию программного обеспечения;

  • применение систем автоматического проектирования основных

элементов и средств подготовки управления и обеспечения

производства;
  • программируемость технологии основных и вспомогательных процессов;


  • возможность выявления неисправностей оборудования с помощью средств вычислительной техники и замены вышедших из строя элементов новыми исправными унифицированными.

Мобильность производства обеспечивается свободной планировкой оборудования, принудительной синхронизацией его работы, осуществляемой системой управления связью всех модулей технологического оборудования через автоматические накопители.

ГПС требует:

  • создания малооперативной программируемой технологии основных и вспомогательных процессов, а также процессов управления

информацией,

  • пересмотра состава и структуры труда, категории его сложности и

оценки с учетом того, что инженерный труд в ГПС становится

составной, неотъемлемой и определяющей частью основного

производственного процесса;

  • нового более высокого, уровня технологического проектирования

производства;

  • создания НПО для обеспечения технологического проектирования, разработки, серийного тиражирования и внедрения программных средств, серийного производства всех компонентов ГПС;

  • повышение качества и надежности функционирования всех компонентов ГПС.

Создание ГПС не означает использование полностью безлюдной технологии, должен быть персонал на операциях контроля, комплектования, общего наблюдения за ходом производства, но производительность должна быть выше в 5-6 раз при 2-3 сменной работе производства.

В ГПС люди освобождаются от тяжелых, вредных и монотонных работ (по загрузке, транспортированию).

Т.О. ГПС второго поколения представляют собой организационно-техническую историческую производственную систему, позволяющую в мелкосерийном многономенклатурном производстве использовать принципы массового специализированного производства и специфичные методы автоматизации основных и вспомогательных производственных процессов, а также информационных процессов управления обеспечения.