litceysel.ru
добавить свой файл
1
Раздел 8


Гибкие производственные системы.


Урок 14

Тема: Основные понятия и определения.


Цели урока: разобрать основные понятия и определения, научиться выбирать номенклатуру деталей для обработки на ГПС.

План изложения материала.


  1. Основные понятия и определения.

  2. Классификация ГПС.

  3. Выбор номенклатуры деталей для обработки на ГПС.

Задание на дом: конспект.


1. Основные понятия и определения.

Для повышения производительности и улучшения условий труда возникает необходимость автоматизации производства. Здесь можно выделить следующие этапы:

  1. Автоматизация обработки на станках (станки автоматы и полуавтоматы), при этом другие элементы процесса производства такие, как межстаночное транспортирование, контроль, уборка стружки и т. д. выполняются вручную.

  2. Появление систем автоматизированных машин – автоматических линий (АЛ), автоматических участков (АУ), автоматических цехов (АЦ), автоматических заводов (АЗ). Они создаются для групповой обработки нескольких заранее известных и аналогичных по конструкции и технологии изготовления деталей в условиях крупносерийного и массового производства.

  3. Создание гибких производственных систем (ГПС). Основное свойство ГПС – быстрая переналадка на производство деталей произвольной номенклатуры. Основной областью применения является серийное многономенклатурное производство.

ГОСТ 26228-85 предусматривает следующее определение ГПС.

ГПС - есть совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, РТК, ГПМ, отдельных единиц технологического оборудования и системы обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.



2. Классификация ГПС.

По организационной структуре ГПС различают:

ГПМ – гибкий производственный модуль

ГАУ – гибкий автоматизированный участок

ГАЛ – гибкая автоматизированная линия

ГАЦ – гибкий автоматизированный цех

ГАЗ – гибкий автоматизированный завод.

По уровню автоматизации:

1 – автоматизированная переналадка при изготовлении освоенных деталей,

2 – автоматическая переналадка при изготовлении освоенных деталей,

3 – автоматизированная переналадка при переходе на изготовление новых изделий.

По разновидности:

ГПС для корпусных деталей

ГПС для плоскостных деталей

ГПС для деталей типа тел вращения и т.д.

По комплексности:


  • для выполнения отдельных операций

  • для изготовления отдельных деталей

  • для производства комплекта

  • для сборки

По видам обработки:

  • для литья

  • для ковки

  • для механической обработки и т.д.

Основной составной частью ГПС является ГПМ. Оснащение одного или нескольких ГПМ накопителями заготовок, магазинами инструментов и устройствами их загрузки – разгрузки даёт возможность такой ячейке длительное время работать без оператора. Частный случай ГПМ – РТК (роботизированный технологический комплекс). В ГПМ входят:

  • накопители

  • приспособления – спутники

  • устройства загрузки – выгрузки (в том числе ПР)

  • устройства замены оснастки

  • устройства удаления отходов

  • устройства автоматизированного контроля.


3. Выбор номенклатуры деталей для обработки на ГПС.

При выборе номенклатуры деталей для обработки на ГПС учитывают следующие группы критериев:

  • Общие требования к заготовкам.


  • Критерии технологичности, относящиеся к обрабатываемым поверхностям.

  • Общие требования к деталям.

Общие требования к заготовкам.

  1. Максимальное приближение к размерам детали.

  2. Соответствие заготовок по форме, массе и размерам , а также качеству поверхностей заданному на чертеже (на чертеже деталей в технических требованиях должно быть указано : «Заготовки обрабатываются в ГПС»).

  3. Штампованные заготовки должны быть подвергнуты предварительной термической обработке и очищены от окалины.

  4. Поковки должны подвергаться предварительной механической обработке.

  5. У сварных заготовок типа тел вращения должны быть предварительно обработаны базовые и торцовые поверхности и центровые отверстия.

  6. Отливки должны поставляться после их ТО очищенными и обрубленными, без отбеливания.

  7. На поверхностях отливок не должно быть шлаковых и газовых включений, а также дефектов, препятствующих их креплению в приспособлениях.

  8. Литые заготовки должны поставляться в ГПС с предварительно подготовленными базами.

Общие требования к детали.

  1. Обоснованный выбор материала и качества поверхностного слоя.

  2. Обеспечение достаточной жёсткости конструкции.

  3. Наличие или создание технологических баз, используемых при обработке и захвате ПР.

  4. Сокращение числа установов до минимума.

  5. Наличие элементов удобных для закрепления в приспособлении и использование зажимных элементов, обеспечивающих доступ ко всем обрабатываемым поверхностям.

  6. Отсутствие «глухих» отверстий, и отверстий неперпендикулярных основным координатным осям.
  7. Максимальная унификация формы и размеров обрабатываемых элементов (сокращает число инструментов и упрощает программирование, используя типовые подпрограммы).


  8. Задание размеров с учётом возможностей системы ЧПУ.

  9. Форма детали желательно удобная для автоматического контроля и обеспечения лёгкого удаления стружки.

Таким образом, при анализе технологичности деталей, обрабатываемых в ГПС, необходимо учитывать требования обработки, контроля, захвата и транспортирования, надёжного удаления стружки, максимального упрощения программирования, обеспечение благоприятной работы инструмента.

Контрольные вопросы

  1. Чем отличается АЛ от ГАЛ.

  2. На какие моменты следует обращать внимание при выборе номенклатуры деталей для обработки на ГПС.

  3. Этапы автоматизации производства.


Урок 15

Тема: Структура ГПС


Цели урока: познакомиться со структурно- компоновочными схемами ГПС.

План изложения материала.

  1. Структурно - компоновочные схемы ГПС.

  2. Технологические особенности обработки деталей в условиях ГПС.

Задание на дом: конспект.

1. Структурно - компоновочные схемы ГПС.

Под структурной схемой ГПС понимают расположение компонентов, обеспечивающих наиболее рациональное функционирование всей системы. Она в основном определяется типом обрабатываемых деталей и ТП их изготовления.

ГПС включает в себя следующие элементы:

  1. Основное и вспомогательное технологическое оборудование.

  2. Транспортно-складскую систему.

  3. Систему инструмента и оснастки.

  4. Автоматизированную систему управления.

  5. Системы обеспечения функционирования.

Основное и вспомогательное технологическое оборудование

Для решения различных технологических задач ГПС может комплектоваться различным оборудованием, например, однотипными взаимозаменяемыми многоцелевыми станками с ЧПУ, разнотипными специализированными станками с ЧПУ, универсальными и специальными (например, для снятия заусенцев) и т.д. Оборудование располагают по ходу ТП. Рассмотрим типовые технологические схемы расположения оборудования в ГПС.





параллельная линейная однорядная



линейная многорядная (сетевая) звёздообразная




круговая роторная


Транспортно-складская система

Транспортно-складская система (АТСС) состоит из


  • автоматизированного склада,

  • устройств, для промежуточного хранения деталей и заготовок (стеллажи, столы, накопители и т.д.),

  • транспортной системы.

Рассмотрим :

Принципиальные схемы для автоматических складов




а) б) в)


а) с одним однорядным стеллажом,

б) с двумя однорядными стеллажами,

в) стеллажный с мостовым краном штабелёром.

Существуют конструкции без использования подъёмно транспортных устройств, например, проходные гравитационные и т.п.

Компоновочные варианты АТСС

Варианты расположения магазинов-накопителей



около каждого станка, на группу станков,



единый в начале участка





промежуточный.


В качестве транспортных средств используют конвейеры, самоходные автоматические тележки, перемещающиеся по рельсовым путям, безрельсовые тележки – робокары с электронным управлением, автоматизированные подвесные транспортные линии, специальные устройства (лотки, склизы и т.д.), передающие детали непосредственно со склада на промежуточные места хранения.

Основные схемы транспортных систем.




а) б) в) г)


а) локальная линейная,

б) единая линейная,

в) единая круговая с внешним контуром,

г) единая круговая с внутренним контуром.


В ГПС большое применение получили промышленные роботы. Они используются для обслуживания станков, и в качестве транспортных и разгрузочно-погрузочных средств. Они бывают стационарные напольного и портального типа, и на самоходных транспортных тележках.


Система инструмента и оснастки

Номенклатура, конструкции и требования к инструментам, применяемым в ГПС, аналогичны номенклатуре, конструкции и требованиям к инструменту для станков с ЧПУ. Однако отметим особо инструмент модульной конструкции. Его применение создаёт возможность увеличить количество его конструкций при наименьшей номенклатуре составляющих элементов. Державка такого инструмента постоянно установлена в револьверную головку, а инструментальные головки, автоматически сменяемые с помощью автооператоров, размещены в инструментальном магазине.



В качестве оснастки в основном используются УСП, УСПО и приспособления, автоматически переналаживаемые по командам ЭВМ.


Автоматизированная система управления

Управление ГПС осуществляется при помощи ЭВМ. Обычно это многоуровневая система, состоящая из большой ЭВМ, расположенной за пределами ГПС, микро ЭВМ, управляющей циклом работы АТСС, микропроцессоров и программируемых командоаппаратов, управляющих отдельными элементами системы.


Системы обеспечения функционирования

Для обеспечения нормального функционирования всего комплекса помимо перечисленных требуется ещё целый ряд систем. Рассмотрим некоторые из них.


Система контроля качества продукции.

Она включает в себя:

- Контроль до начала обработки.

Он предназначен для создания условий бесперебойной работы оборудования, т.к. детали с повышенным припуском могут вызвать поломку инструмента и станка.

- Контроль во время обработки.

Для этих целей часто станки оснащают системами автоматизированного контроля (САК), приборами активного контроля, измерительными щупами, различными датчиками осуществляющими контроль деталей непосредственно в процессе обработки на станке.

- Контроль после обработки.

Он предусмотрен для гарантии качества выпускаемой продукции. Его осуществляют вручную или при помощи контрольно - измерительной машины (КИМ) при контроле определённого количества деталей в партии. КИМ может быть включена в ГПС. С её помощью определяют форму детали, её размеры, установление соответствующих параметров изготовленной детали эталонным. Исполнительным органом КИМ являются щуповые исполнительные головки высокой чувствительности, которые могут быть механическими, оптическими, электронными.

Система транспортирования стружки.

В зависимости от конкретных условий возможны следующие системы отвода и транспортировки стружки:


  • в контейнерах, когда стружка от отдельных станков собирается в специальную тару (ящик, тележку и т.д.),

  • на конвейерах, проходящих вне станков ГПС и имеющие отводящие конвейеры того или иного типа от отдельных станков,

  • на конвейерах, проходящих под станками в специальных тоннелях.

Виды конвейеров представлены на следующем слайде (слайд 12).

ГПС может включать в себя дополнительные элементы, например, промывочное отделение, термическое и т.д.

2. Технологические особенности обработки деталей в условиях ГПС

Проектирование ГПС предшествует технологическая подготовка производства, которая включает в себя следующие этапы:

  • обоснование номенклатуры обрабатываемых деталей и их конструктивно-технологический анализ,

  • формирование общего для всех обрабатываемых деталей набора переходов групповых операций и вариантов группового маршрута обработки,

  • выбор оборудования для каждой группы операций и определение оптимального группового маршрута,

  • разработку операционной технологии,

  • анализ возможности работы во вторую и третью смены без обслуживающего персонала.

Выбор номенклатуры деталей рассмотрен нами ранее. Разработка общей маршрутной технологии включает в себя формирование схемы обработки каждой поверхности, определение последовательности их обработки для каждой детали семейства, объединение переходов обработки поверхности в групповые операции. Поверхности всех деталей подразделяются на постоянные (общие по размерам и расположению) и переменные (различные по размерам и расположению). Следует иметь в виду, что:
  • Для обрабатываемых поверхностей ,постоянных для большинства деталей семейства, используют одинаковые технологические решения, режущий инструмент, схему базирования, режим обработки, оборудование рекомендуемые типовыми технологическими процессами массового производства.


  • Для переменных обрабатываемых поверхностей предпочтение отдают более универсальным методам обработки. Желательно, чтобы изменение размеров или расположения этих поверхностей не требовало применения нового оборудования и инструмента, вызывало бы лишь изменение настроечных параметров технологической системы и режима обработки, что не всегда возможно. Поэтому, например, при обработке корпусных деталей используют сменные шпиндельные коробки.

Для выбора последовательности обработки поверхностей необходимо задать:

  • единую последовательность обработки для всего семейства деталей,

  • все варианты технологически допустимых последовательностей обработки деталей с указанием их приоритета.

В итоге предварительно формируют переходы обработки каждой детали семейства и общий перечень переходов для всех деталей. В него могут входить переходы, которые могут потребоваться при изготовлении перспективных деталей.

Затем переходы объединяют в групповые операции по признаку возможности их выполнения на оборудовании одного типа и за одну установку при определённой схеме базирования и закрепления. При этом желательно, чтобы значения времени выполнения операций были близки или кратны друг другу. При объединении переходов учитывать следующее:

  1. каждый постоянный переход выделяют в отдельную операцию, если для всех деталей он может быть выполнен на станке одной модели, причём коэффициент загрузки станка должен выть не менее некоторого значения, определённого на основе технико-экономического расчёта. Так при обработке семейства зубчатых колёс К=0,7 для переменных переходов и К=0,55 для постоянных переходов;

  2. Каждое сочетание из двух трёх переходов можно объединить в групповую операцию, если эти переходы могут быть выполнены на станке одной модели при К не менее 0,8 для переменных переходов и 0,65 для постоянных (для зубчатых колёс).
  3. Первый вариант маршрута обработки формируют исходя из условий максимальной концентрации переходов и групповой операции. Следующие получают путём отделения переходов в самостоятельные операции с учётом изложенных правил. В результате получают несколько возможных вариантов группового маршрута обработки.


Выбор оборудования и определение оптимального группового маршрута обработки (третий этап) проводят с учётом следующего:

- для постоянных переходов (или групп переходов) используют специальное оборудование, применяемое в условиях массового производства, а для переменных переходов (или групп переходов) применяется переналаживаемое оборудование с автоматическим циклом обработки;

-оптимальность модели выбранного оборудования для каждой групповой операции определяют путём расчёта приведённых затрат на обработку всей номенклатуры деталей в течение периода эксплуатации.

При разработке операционной технологии (четвёртый этап) определяют структуру операции, выбирают режущий инструмент и системы его обслуживания, назначают режимы резания.

Маршрутный ТП состоит из черновых и чистовых операций. Последовательность перемещения инструмента при выполнении технологических переходов определяется максимально возможным временем и обеспечением при этом точности обработки. При обработке группы отверстий несколькими инструментами с одной, двух или более сторон детали эти инструменты не меняются. Это связано с тем, что поворот стола происходит быстрее, чем цикл смены инструмента. Для группы отверстий с точными межосевыми расстояниями, где по технологии каждое отверстие обрабатывается несколькими инструментами, в ГПМ следует каждым инструментом обрабатывать все отверстия и только затем менять его, так как при смене инструмент может сместиться с координаты.

При выборе технологических маршрутов необходимо стремиться к совмещению обработки различных поверхностей одним инструментом. Так, центрование отверстий совмещается с формированием фаски, фрезерование применяют как для обработки плоскостей, так и для обработки отверстий. При заданных точных межосевых расстояниях между отверстиями предпочтительно производить растачивание пластинами вместо зенкерования, так как при зенкеровании отверстий создаётся неравномерный припуск перед чистовым растачиванием. Чистовое растачивание обязательно при заданном межосевом расстоянии до 0,2 мм, так как при обработке зенкером и развёрткой этот допуск не будет выполнен. Черновые операции обязательно начинают с фрезерования плоскостей, имеющих наибольший припуск, причём желательно торцовой фрезой. Затем проводят черновую обработку отверстий, внутренних выборок, канавок и торцов. В деталях, подвергающихся ТО, оставляют припуск на чистовую обработку. При чистовой обработке сначала обрабатывают плоскости, затем высокоточные отверстия. Резьбовые отверстия обрабатывают обычно в чистовых операциях перед доводочными переходами, чтобы возникающие деформации деталей не влияли на форму других поверхностей.


Значительное упрощение ТПП достигается типизацией основных переходов, создаётся предпосылка для автоматизации производства, что особенно важно при использовании ГПС.

Контрольные вопросы


  1. Назовите элементы, входящие в ГПС.

  2. Расскажите о системе контроля качества в ГПС.

  3. От чего зависит выбор типа оборудования в ГПС.


Урок 16

Тема: Разбор структуры ГПЛ.


Цели урока: познакомить со структурой ГПЛ.

План изложения материала

  1. Разбор структуры ГПЛ для обработки деталей типа «Вал.

  2. Разбор структуры ГПЛ для обработки деталей типа «Корпус.

Задание на дом:

А.Л. Дерябин, М.А. Эстерзон «Технология изготовления деталей на станках с ЧПУ», М., Машиностроение, 1989г. стр. 253…256, 262…268.


1. Изучение структуры ГПЛ для обработки деталей типа «вал».

Для механической обработки деталей типа «тело вращения» средних размеров предназначены автоматизированные участки типа АСВ. Это ГПС для выполнения предварительных и окончательных токарных операций, резьбонарезания, сверления, развёртывания, фрезерования пазов, лысок, контуров и т.д.

Рассмотрим типовой участок АСВ-26. В него входят 12 ГПМ.

  1. Сверлильно – фрезерные станки,

  2. Токарные полуавтоматы,

  3. ПР,

  4. автоматизированная транспортная система,

  5. секция приёма – сдачи деталей,

  6. секция транспортёра – манипулятора,

  7. секция удаления стружки,

  8. отделение комплектации и наладки инструмента,

  9. управляющий вычислительный комплекс на базе ЭВМ (для управления и планирования работы ГПС и для ТПП).


Станки расположены попарно и перпендикулярно к конвейеру – накопителю. Один манипулятор обслуживает 4 станка, обеспечивая погрузку и доставку на рабочее место тары с заготовками, инструментами, оснасткой.


В этом комплексе ТПП осуществляется ЭВМ, лишь на первом этапе происходит разовое заполнение бланка исходных данных непосредственно с чертежа детали. Система автоматически выявляет около 150 видов ошибок в исходных данных. Для привязки системы ТПП для АСВ, имеющих другие условия эксплуатации, необходимо изменить справочные данные, качающихся станков, оснастки, режимов резания, а также разработать для каждой новой модели станка с ЧПУ постпроцессор и скорректировать требуемые технологические алгоритмы.

Участки АСВ можно ещё назвать РТК. Компоновки РТК могут быть с напольными или подвесными ПР. Напольное исполнение целесообразно для загрузки одного станка заготовками небольшой массы. В остальных случаях применяют подвесную компоновку ПР. Возможны две компоновочные схемы РТК: линейная и круговая. Первая является предпочтительной по размерам занимаемой площади и удобству обслуживания.

Задание: Разобрать планировку РТК для случая, когда ПР обслуживает 1 станок.




    1. лоток для передачи детали на другой станок,

    2. съёмник,

    3. станок,

    4. магазин – накопитель,

    5. ПР.

Участок типа АСВР выполнен по линейной схеме с подвесным ПР.




  1. ПР,

  2. фрезерно – центровальный станок,

  3. два токарных полуавтомата,

  4. входной магазин – накопитель,

  5. система поиска заготовок,

  6. позиции, в которых находятся заготовки,

  7. ЧПУ ПР,

  8. электроавтоматика станков,

  9. устройство светозащиты,

  10. промежуточный магазин – накопитель,

  11. выходной магазин – накопитель.

2.Изучение структуры ГПЛ для обработки деталей типа


«корпус» в условиях ГПС.

Разработан ряд типовых ГПС, представляющих собой автоматизированные участки состоящие из:


  • технологического оборудования,

  • транспортно-складской системы,

  • управляющего вычислительного комплекса.

Автоматизированные участки типа АСК представляют собой операционные ГПС для черновой, получистовой и чистовой обработки корпусных деталей, преимущественно из серого чугуна. На этих участках выполняют фрезерные, расточные, сверлильные, резьбонарезные и другие операции, как правило, с трёх – четырёх сторон без переустанова детали. Транспортно – складская система служит для создания запаса деталей на несколько смен хранения полуфабрикатов, подачи их на рабочие места и выдачи готовых деталей. Она обеспечивает автономность каждого станка. Система управления централизованная от ЭВМ (включает ТПП).


Участок АСК – 20.

  1. четыре ГПМ (ИР500ПМФ4),

  2. один ГПМ (ИР800ПМФ4),

  3. транспортная тележка,

  4. консольно–поворотный кран,

  5. рольганги,

  6. автоматизированный многоярусный склад с краном штабелёром,

  7. управляющий вычислительный комплекс на базе ЭВМ,

  8. помещение технологического бюро подготовки управляющих программ,

  9. стенд для сборки приспособлений,

  10. стеллаж для хранения оснастки,

  11. элеваторный склад для хранения крепёжных элементов сборных приспособлений.





Установка и снятие деталей и инструмента осуществляется на АСК с помощью столов-спутников. Инструмент передаётся специальным приспособлением. Стружку удаляют путём отсоса. Пристаночный накопитель имеет восемь позиций.


Урок 17, 18, 19

Практическая работа 18


Разработка планировки участка по типу ГПС.


Урок 20

Зачётное занятие.


Итоговая аттестация по дисциплине.