46. Гибкая производственная система
Гибкие производственные системы (ГПС) — наиболее эффективное средство автоматизации серийного производства, позволяющее переходить с одного вида продукции на другой с минимальными затратами времени и труда.
ГПС позволяет снизить потребность в квалифицированных станочниках и станках, повысить качество продукции. Производительность станков с ЧПУ, входящих в ГПС, в 1,5—2 раза выше суммарной производительности такого же количества индивидуально работающих станков с ЧПУ.
Гибкая производственная система — это комплекс технологических средств, состоящих из одного-двух (не более) многоцелевых станков с ЧПУ или других металлорежущих станков с ЧПУ, оснащенных механизмами автоматической смены инструмента, автоматической смены заготовок и транспортирования их со склада до зоны обработки с помощью различных транспортных средств, например самоходных роботизированных тележек. Этот комплекс связан с единым математическим обеспечением, способствующим работе оборудования в автоматическом режиме с минимальным участием человека.
ГПС оснащены современными системами ЧПУ, управляющими перемещениями механизмов станка, инструментом, транспортом, си стемами загрузки — выгрузки. Такие системы ЧПУ имеют дисплеи, помогающие оператору увидеть отклонения в работе станка, мониторные устройства, обеспечивающие диагностирование режущего инструмента, контроль размеров обрабатываемых заготовок непосредственно на станке и т. д.
Действующие в настоящее время гибкие автоматические системы значительно различаются по уровню технических возможностей. Рассмотрим, например, схематические планировки четырех вариантов ГПС с различными техническими возможностями (рис. 10.30).
Вариант «а» представляет собой участок станков с ЧПУ работой которых управляет центральная ЭВМ. Эта же ЭВМ планирует загрузку станков на участке и управляет работой ремонтной службы. Транспортирование заготовок, деталей инструментов и их складирование выполняются с помощью обычных неавтоматических средств. Установка и снятие заготовок на станках осуществляются рабочими.
Вариант «б» отличается от варианта «а» только наличием автоматической транспортно-складирующей системы заготовок и деталей.
По варианту «в» дополнительно используются промышленные роботы, заменяющие операторов.
Наконец, в варианте «г» реализованы все функции развитого ГПС: управление станками с предварительным проектированием и программированием процессов обработки, автоматическое транспортирование, а также установка и снятие заготовок, планирование работы участка, автоматическое обеспечение станков инструментами с помощью второй транспортно-складирующей системы.
Основной составной единицей при создании гибких производств является комплекс оборудования или так называемый гибкий (автоматический переналаживаемый) производственный модуль, представляющий собой комплекс взаимосвязанных машин:
а) металлорежущий станок;
б) промышленный робот;
в) местное транспортно-накопительное устройство для подачи заготовок и удаления деталей, а также для накопления их запаса у станка.
Заготовки в специальных контейнерах 4 (прямоугольные ящики с ячейками) подаются на правую ветвь кольцевого транспортера-накопителя 5, откуда они периодически поступают на тележку 3 робота 2.
Робот берет из ячейки заготовки, устанавливает их на станок 1, снимает после обработки со станка и укладывает в те же ячейки контейнера. Когда заготовки всех ячеек обработаны, тележка робота с контейнерами переходит в крайнее левое положение (показано пунктиром). Здесь стол освобождается от деталей и получает новый контейнер с заготовками.
Контейнер с готовыми деталями передается на левую ветвь кольцевого транспортера-накопителя. Подача контейнеров с заготовками на кольцевой транспортер-накопитель и удаление с него контейнеров с готовыми деталями осуществляются краном-штабелером общей транспортно-складирующей системы ГПС. Такой производственный модуль может использоваться и как отдельный станок-автомат. В этом случае обслуживание кольцевого транспортера-накопителя осуществляется обычным краном или вилочным погрузчиком.
Гибкие производственные модули обычно применяются при изготовлении деталей типа тел вращения. Этому способствует геометрическое подобие заготовок таких деталей.
3.2. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
Стремление избавиться от перечисленных в предыдущем разделе недостатков привело к созданию кинематических методов повышения производительности, прочности инструмента и повышения износостойкости, а также за счет применения многозубых лезвийных инструментов.
Кинематический метод основан на создании определенной кинематики движения инструмента, при которой режущая кромка перемещается относительно поверхностей резания, из-за чего отдельные участки режущей кромки то входят, то выходят из зоны обработки. К этим методам относятся инструменты, работающие по принципу огибания, многозубые, а также ротационные инструменты. Особенностью ротационных инструментов является наличие резцов, имеющих возможность вращения вокруг фиксированной оси.
Вращение происходит принудительно или под действием сил резания. Режущая кромка этих резцов является дугой окружности или дугой фасонной поверхности. К настоящему времени накоплен определенный опыт в использовании такого инструмента, разработано большое количество различного вида инструментов, от простых резцов до торцовых фрез, работающих по принципу протягивания.
Однако, широкое внедрение этих инструментов в промышленное производство сдерживается тем, что режущие ротационные элементы устанавливаются на подшипники качения, что существенно усложняет конструкцию и увеличивает ее габаритные размеры. Главным недостатком является возникновение вибраций (подшипники качения имеют зазоры между шариками и беговыми дорожками). Кроме того, нельзя обрабатывать поверхности, имеющие буртики или перепады диаметров.
Заметное повышение производительности произошло, когда стали применяться многозубые инструменты такие, как протяжки, зенкеры, развертки, фрезы. Это связано с тем, что увеличение подачи оказалось возможным за счет распределения припуска между зубьями, в связи с чем усилие резания, приходящееся на один зуб, может быть уменьшено. Так как минутная подача равна произведению числа зубьев и подачи на зуб, то результирующая производительность за счет большого количества зубьев значительно увеличивается. Несмотря на то, что многозубые инструменты являются сложными по конструкции и дорогостоящими в изготовлении, работают с неравномерными нагрузками, они нашли широкое применение в производственной практике.
Однако не все методы обработки, известные в литературе, нашли свое воплощение в производстве. Из инструментов, применяемых для механической обработки резанием, наиболее производительным является протягивание, позволяющее за один проход протяжки полностью снимать весь припуск с обрабатываемой детали. Высокая производительность этого инструмента обусловлена наличием большого количества зубьев и значительной длиной режущих кромок, одновременно участвующих в процессе резания. При этом, для увеличения срока службы, одновременно снижают подачу на зуб и скорость резания. Подача на зуб конструктивно заложена в самой протяжке, в результате чего достаточно только одного продольного перемещения протяжки относительно детали. Главный недостаток процесса протягивания – наличие больших усилий резания.