Примеры структур гибких производственных систем механической обработки деталей и их характеристики

Так как ГПС в основном применяют в се­рийном производстве, то в основу системы входит станок с ЧПУ. Загрузка и разгрузка его проводится с помощью промышленного робота или автоматизированного загрузочно­го устройства (АЗУ). Смена инструмента осу­ществляется из магазина инструментов или револьверной головки. ГПМ обладает способ­ностью подсоединения к центральной транспортно-складской системе, системе инструмен­тального обеспечения и управляющим устрой­ствам высшего ранга.

Основные характеристики ГПМ: способ­ность работать ограниченное (3 — 12 ч) время без непосредственного участия оператора, ав­томатическое выполнение операций, легкость наладки, устранения простоев и введения из­менений в управление; легкость встраивания в существующие производства и в ГПС более высокого уровня; экономическая эффектив­ность.

Не следует считать, что любой станок с ЧПУ может входить в ГПМ без всяких пере­делок. Основными требованиями ко всем эле­ментам ГПС являются высокая надежность и автоматизация всех основных вспомога­тельных и рабочих ходов. Даже ГПМ должен иметь в своем составе транспортно-накопительную систему, контрольно-измерительную и диагностическую системы, систему удаления стружки. Например, токарный станок с ЧПУ, встраиваемый в ГПС, должен быть снабжен системами контроля состояния инструмента, смены инструмента и удаления стружки.

Простейший ГПМ включает станок с ЧПУ типа «обрабатывающий центр» (ОЦ) с одним или двумя инструментальными магазинами. Станок имеет два рабочих стола (рис. 1,а). За­готовку устанавливают на стол вручную, в то время как на другом столе изготовляется де­таль. Совмещение времени установки с време­нем обработки дает выигрыш в производи­тельности. Более совершенным является ГПМ, содержащий станок типа ОЦ с одним или с двумя магазинами инструментов (рис. 1,б). Шаговый конвейер - накопитель паллет с 4, 6, 8 или 12 заготовками позволяет дли­тельное время вести обработку с ограни­ченным участием оператора. На таких ГГТМ можно обрабатывать различные детали раз­нообразными инструментами.

ГПМ со стендовым (стационарным) нако­пителем веерного типа характеризуется тем, что число стендов-позиций накопления загото­вок может наращиваться постепенно, что по­зволяет уменьшить первоначальные затраты. Заготовки со стендов на станок перегружают­ся с помощью поворотного стола. Загрузка за­готовок в накопитель может осуществляться роботом или роботкаром. Отсутствие меха­низма конвейера упрощает конструкцию, уве­личивает надежность (рис. 2).

ГПМ, показанный на рис. 3, отличается от предшествующих тем, что имеет две системы смены инструмента: одна — из магазина, а вторая обеспечивает замену многошпиндельных головок.

Применение в ГПС оборудования с много­шпиндельными головками обеспечивает воз­можность совмещения переходов обработки и вследствие этого — высокую производитель­ность Смена головок может проводиться из магазина (рис, 4, а и б), поворотом револьвер­ной головки (рис. 4, в), поворотом стола (рис. 4, г). Использование специальных шпин­дельных насадок на станке с горизонтальным шпинделем (рис. 5) позволяет вести обработку вертикально расположенными инструментами, что обеспечивает возможность обработки де­тали с пяти сторон. Этой же цели можно до­стичь применением специального поворотного стола.

Рассмотренные выше ГПМ содержали сверлильно-фрезерно-расточные станки с ЧПУ. Как основное оборудование, в ГПМ широко применяют также токарные станки с ЧПУ и токарно-фрезерные станки типа О1Д. Инструмент меняется из магазина или путем поворота револьверной головки. Применяют станки с одним или двумя шпинделями. На станке с двумя шпинделями обрабатывают одну деталь за два установа или несколько разных деталей. Наличие шпинделя для свер­ления и фрезерования позволяет полностью изготовить деталь типа тел вращения с отверстиями, пазами, канавками, произвольно рас­положенными относительно оси вращения. В таких ГПМ загрузку деталей наиболее часто осуществляют с помощью промышленных ро­ботов (рис. 6).

Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) состоит из двух единиц (и более) основ­ного оборудования, загрузочно-разгрузочных устройств, устройств автоматической смены инструмента, накопительных устройств. Уча­сток может функционировать автономно. Осо­бенностью обработки на ГАУ является возможность изготовления детали на одном или нескольких станках в любой последовательно­сти.

Простейший ГАУ состоит из двух станков типа ОЦ (рис. 7), общего перегружателя заго­товок, закрепленных на паллетах. Каждый ста­нок имеет свой комплект паллет (до 15 шт.). За­готовки загружают на паллеты чаще всего вручную. ГАУ такого типа обеспечивает сни­жение затрат на автоматизированное загрузочное устройство. Применение в ГАУ стан­ков разного технологического назначения по­зволяет обработать на участке детали боль­шой номенклатуры.

На участке, показанном на рис. 8, объеди­нены устройства для смены паллет, применена единая система автоматической смены инстру­ментов для нескольких (до четырех) станков. Инструмент меняется с помощью специального ПР. В отличие от рассмотренного ранее ГАУ здесь один комплект паллет используют для нескольких станков. Это сокращает за­траты времени на перезакрепление заготовки и повышает точность взаимного расположе­ния поверхностей, обработанных на разных станках. Взаимозаменяемость станков сокра­щает простои участка при отказах какого-либо стояка или необходимости его ремонта.

ГАУ, предназначенный для выполнения не­скольких операций, показан на рис. 9. Исполь­зуют станки с разными технологическими воз­можностями, взаимно дополняющие друг дру­га. Применяется одна транспортно-накопительная система. Заготовки перегружаются с помощью поворотных устройств. В рассма­триваемом ГАУ, кроме основного оборудова­ния, предназначенного для полной обработки сложных заготовок с шести сторон, предусмо­трены контрольно-измерительная машина и установка для мойки и удаления стружки с заготовки и с паллеты после обработки на ка­ждом станке. На этом участке могут работать станки типа ОЦ или шлифовальные, про­тяжные и другие станки.

Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) состоит из нескольких ГПМ с единым устрой­ством загрузки и транспортирования загото­вок. Группы деталей обрабатывают в при­нятой последовательности по фиксированному программой циклу. Для повышения произво­дительности в ГАЛ используют станки с многошпиндельными головками. Такая ли­ния имеет более высокую производительность вследствие потери гибкости. На гибкой авто­матической линии с жестким конвейером по­дачи заготовок (рис. 10) обработка проводится последовательно на каждом или некоторых рабочих местах. На ГАЛ, как правило, обрабатывают детали с общими технологическими признаками. В основе организации производ­ства лежит групповой технологический про­цесс (ГОСТ 3.1109-82) - технологический процесс изготовления группы изделий с раз­ными конструктивными, но общими техноло­гическими признаками. ГАЛ обычно исполь­зуют для ограниченной номенклатуры деталей с годовым выпуском несколько десятков ты­сяч в год. Гибкость ГАЛ определяется типом используемого оборудования.

На ГАЛ, представленной на рис. 11, часть оборудования расположена на параллельных потоках, а часть — на одном потоке обработ­ки. В этом случае возможны различные ком­бинации. Определяющим является необходи­мость последовательно-параллельной обра­ботки деталей, что позволяет совмещать одноинструментные и многоинструментные станки, работающие с использованием специальных головок. Сочетание разных станков позволяет повысить коэффициент их использования. На линии обрабатывают до 10 тыс. деталей в год. С увеличением партии запуска за счет умень­шения затрат на наладку эффективность при­менения таких линий повышается.

Высокопроизводительная ГАЛ для крупно­серийного производства деталей включает не­сколько ОЦ с многошпиндельными головками (рис. 12). Подача заготовок на позицию за­грузки ГАЛ осуществляется с помощью роботкары. Заготовка перемещается по линии жестким конвейером. На станках проводится одновременная обработка заготовок с не­скольких сторон с использованием много­шпиндельных головок. При переходе на обра­ботку новых деталей требуется смена от­дельных или всех многошпиндельных головок, что вызывает потерю гибкости ГАЛ, но зато обеспечивает высокую производительность. Многошпиндельные головки, не находящиеся в рабочей позиции, поступают на позицию контроля, на которой весь изношенный ин­струмент заменяется.

На рис. 13 показана ГПС для обработки деталей типа тел вращения с использованием станков разных групп. Подача заготовок осу­ществляется в кассетах. Промышленный ро­бот забирает заготовки из кассет и подает их на станки. Снятую со станка деталь ПР укладывает обратно в кассету. На линии ис­пользован накопитель — один для всех стан­ков. Часто применяют индивидуальные нако­пители (тактовые столы) около каждого станка. В наиболее совершенных ГПМ промыш­ленный робот используют также для смены инструмента. Управление всеми станками осу­ществляют от ЭВМ, что позволяет детально, по часам, дням, неделям и месяцам планиро­вать загрузку станков и точно определять со­стояние производства, время подачи заготовок в ГПС и подачи деталей на сборку.

Достаточно часто для транспортирования заготовок и деталей используют роботкары. Несколько роботкар обеспечивают доставку заготовок с автоматизированного склада, перемещение заготовок от одного станка к другому. Преимуществом роботкар является перемещение их по имеющимся в цехе проездам. Трасса их перемещения рассчитывается на ЭВМ. Часто разгрузка заготовок (обычно уложенных в тару) проводится в специальную накопительную позицию около станка. В представленной на рис. 14 ГПС автоматизированы все потоки информации на ка­ждом уровне управления, руководства. ГПС включает автоматизированную транспортно-складскую систему (АТСС), систему автомати­зированного проектирования (САПР), автоматизированную систему технологической подго­товки производства (АСТПП). Автоматизация конструкторских работ, технологической под­готовки производства, обработки на станках, непосредственно управляемых от центральной ЭВМ, позволяет в наибольшей степени использовать преимущества ГПС.