Циклов транспортирования внутри цеха и участка

Структура транспортной системы определяется:

¨ конструктивно – технологическими характеристиками изготовляемых в цехе изделий;

¨ масштабом производства;

¨ используемым технологическим оборудованием;

¨ конфигурацией и длиной грузов, которые должны соответствовать размерам отдельных участков цеха, АЛ и ГПС;

¨ частотой заявок на транспортное обслуживание и расположением технологического оборудования.

От конструктивно – технологических характеристик изготовляемых изделий зависит характер связи между технологическим оборудованием (прямой или косвенный). При прямой связи транспорт подает заготовки (детали, сборочные единицы) со склада к оборудованию и после обработки на одном станке (сборке на одной позиции) перемещает их на другой станок (позицию) для последующей обработки (сборки), минуя склад.

Косвенная связь между оборудованием осуществляется через склад при высокой частоте транспортирования. При этом затраты на транспортирование возрастают, однако, при механической обработке в условиях серийного производства такая организация межоперационного транспортирования имеет следующие преимущества:

¨ весь производственный процесс контролируется и управляется с одного пульта управления;

¨ к станку подается минимальное число заготовок;

¨ новая партия заготовок адресуется к станку, когда заканчивается обработка предыдущей партии;

¨ уменьшается вместимость накопителей, упрощается контроль процесса изготовления изделий и управление производственным процессом.

В общем случае в ГПС различают следующие основные структурные (топологические) схемы транспортной системы (рис. 4.6 [1]):

¨ с прямой трассой обслуживания (линейную);

¨ петлеобразную;

¨ разветвленную.

Переход от линейной схемы к разветвленной усложняет систему управления транспортными перемещениями, т.к. в ней часто применяют не одно транспортное средство, а это ведет к созданию мест обгона или разъезда.

Связь между внесистемным транспортом (ВТ) и операционным может выполняться различными способами и средствами. В одних случаях возможна передача груза напрямую (например, связь блоков 1, 2, 11 на рис. 4.5 [1]), а в других случаях груз проходит последовательно через все операционные транспортные средства.

Транспортные схемы могут быть решены конструктивно различными способами. Простая транспортная схема, включающая в себя внесистемный транспорт, доставляет к ГПМ грузы в таре в ориентированном положении (рис 4.7, а[1]).

На ГПМ непосредственно выполняется комплектация (ручная или автоматическая). Такая структурная схема используется для ГПС, где число операций обработки каждой заготовки меняется от 1 до 2-х. Или для первого ГПМ по ходу технологического маршрута.

Схема взаимодействия ВТ и ГПС из трех станков приведена на рис. 4.7, б. Транспортные перемещения между станками выполняет ПР, расположенный в центре системы. Кроме такой компоновки, может быть использовано линейное расположение оборудования с транспортным напольным или портальным роботом.

В транспортной системе с центральным накопителем (ЦНК) в виде замкнутого конвейера или барабана большого диаметра (рис. 4.8, а) транспортные перемещения между ЦНК и станками осуществляют роботы или автооператоры (АО). Заготовки перемещаются после остановки, вращающегося ЦНК.

Недостатком этой системы является большое число вспомогательных перемещений, ограниченная вместимость накопителя, необходимость большой производственной площади. Такая система может применяться в крупносерийном производстве.

Автоматизированные самостоятельные транспортные средства в ГПС отсутствуют при использовании стеллажного склада, штабелер (ШТ) которого работает непосредственно с накопителями станков и позициями загрузки – выгрузки (рис. 4.8, б). Перемещения ШТ, который выполняет прием и выгрузку заготовок, полуфабрикатов и готовых изделий невелики из – за его большой массы, частых остановок и пусков; кроме того, сложно согласуются длина склада и количество применяемого оборудования, которое размещается вдоль склада. Такую систему можно использовать для ГПС небольших размеров (пять, семь станков).

Более универсальной является система, состоящая из стеллажного склада, штабелера, позиций входа – выхода и транспортной тележки (рис. 4.8, в). Такие системы занимают небольшие площади, их легко адаптировать при изменении компоновки и состава ГПС.

Структурные схемы перемещений и конструкция транспорта взаимосвязаны с накопителями системы, поэтому процессы транспортирования грузов при проектировании ГПС следует рассматривать в рамках транспортно – накопительной системы (ТНС).

Петлеобразные и разветвленные трассы, обслуживаемые ТНС, относятся к замкнутым трассам. Автоматизированные ТНС разделяют на линейные и замкнутые (таблица 4.1 [1]).

Примечание. Знак «+» означает, что вариант компоновки возможен, знак «-» - компоновка невозможна.

При линейной компоновке в качестве транспорта применяются машины циклического действия (краны – штабелеры, транспортные манипуляторы, робототрайлеры и т.п.). Замкнутые системы выполняют на базе транспорта прерывного и непрерывного действия (напольные и подвесные конвейеры и т.д.).

Размещение технологического оборудования и ТНС на минимуме занимаемой площади достигается при объемной (многоярусной) компоновке ячеек ГПС. Последовательность выбора компоновки ТНС представлена на рис. 4.9, а типовые схемы компоновок ТНС показаны на рис. 4.10, 4.11 работы [1]

4.4. Расчет состава и количества транспортных средств

В качестве межцехового и межучасткового транспорта применяются:

¨ вильчатые электропогрузчики, с высотой подъема груза до 2,8 м;

¨ электрокары с подъемной платформой, грузоподъемностью 1 т;

¨ безрельсовые поезда без водителя (трассу перемещения определяет кабель, проложенные под полом);

¨ непрерывный конвейерный и периодический конвейерный с расположенными на монорельсе электровозами, доставляющими груз по программе в заданное место (классификация конвейеров приводится в ГОСТ 18501 - 73).

В ГПС в качестве межоперационного транспорта применяют колесный транспорт (автоматические тележки рельсовые и безрельсовые, манипуляторы, робокары, роботрайлеры) и конвейеры (для выбора типа конвейера можно использовать данные таблицы 4.2 [1])

Автоматические тележки оснащают индивидуальным приводом, они информационно связаны с ЭВМ верхнего уровня ГПС и могут быть адресованы к различным операционным средствам. У рельсовых тележек для изменения маршрута применяются автоматические стрелочные переводы, а у безрельсовых тележек изменение маршрута обеспечивается следующими методами:

¨ индуктивной связью (по заложенному в полу проводнику);

¨ оптоэлектрической связью (движение по белой или флуоресцирующей полосе);

¨ управлением по лучу (лазера, инфракрасного излучения, радиолучу сверхвысокой частоты);

¨ с наведением по маякам радиосвязью;

¨ с жесткими направляющими в виде жолоба или выпуклого трассировочного элемента.

Важным элементом функционирования транспортно – накопительной системы является контроль наличия груза на соответствующих позициях (на основании данных о наличии груза производится включение и отключение транспортных и загрузочных устройств). Для контроля наличия груза чаще всего используются фотодатчики и контактные датчики.

Определение основных параметров транспортной системы в зависимости от скорости перемещения груза и расчет количества транспортных средств производятся по методике работы [1 таблицы 4.3, 4.4 и формул 4.3 – 4.5 с. 87-89]

Производительность транспорта зависит от скорости перемещения груза, рекомендуемая величина которой приведена в таблицах 4.3 и.4.4

5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ [1 c. 90-100]

5.1. Назначение системы инструментообеспечения

Основное назначение автоматизированных систем инструментообеспечения (СИО):

¨ постоянная инвентаризация общего количества слесарно–сборочного, режущего и измерительного инструмента по всей номенклатуре корпусов, оправок и сменных режущих вставок, установленного количества дублеров инструментов;

¨ отслеживание местонахождения инструментов на различном оборудовании:

¨ статистический анализ расхода количества режущего инструмента и его номенклатуры, а также выхода из строя оправок и корпусов;

¨ получение через АСТПП задания на обеспечение всеми видами инструментов оборудования для изготовления изделий и сравнение заданного количества инструментов с имеющимся в наличии;

¨ сборка, разборка, очистка инструментов и при необходимости их заточка и ремонт;

¨ кодирование инструментальных оправок;

¨ складирование, распределение и доставка инструментов, устройств и приборов для их настройки по запросам инструментальных участков и другого технологического оборудования;

¨ управление и связь с децентрализованными участками.

Децентрализованные инструментальные участки выполняют следующие функции:

¨ обеспечение, заказ и накопление всего инструмента, необходимого для изготовления деталей на данном оборудовании;

¨ осмотр, очистка и замена повторно не затачиваемых режущих вставок;

¨ осмотр, очистка и разукомплектование сменных магазинов инструментов;

¨ предварительная настройка инструмента и комплектация им сменных магазинов или своих складов (общих для всех станков данного участка);

¨ обеспечение работы централизованных транспортных средств доставки инструмента, магазинов и средств, перегружающих инструменты в магазины станков;

¨ ремонт инструментальной оснастки.

5.2. Определение номенклатуры и количества используемого

инструмента

Режущий инструмент для станков с ЧПУ и ГПС должен обладать следующими особенностями:

¨ высокой режущей способностью и надежностью;

¨ универсальностью, позволяющей вести обработку за один автоматический цикл;

¨ иметь элементы для устойчивого формирования и дробления стружки;

¨ быть многоцелевым комбинированным и регулируемым;

¨ режущие кромки инструмента должны быть из твердых и сверхтвердых сплавов.

На станках с ЧПУ применяют, как правило, инструментальные наладки последовательного действия. В каждый момент заготовка обрабатывается одним инструментом, что увеличивает гибкость оборудования, но требует других эффективных способов повышения производительности.

При работе на автономных станках с ЧПУ при переходе на обработку партии новых заготовок ранее использованные инструментальные наладки обычно разбирают и настраивают новые. Это приводит к простоям оборудования при проверке на станках работы каждого инструмента.

В условиях ГПС инструментальные наладки должны постоянно сохраняться для всей номенклатуры изготавливаемых в данной системе деталей для того, чтобы обеспечивать автоматическое изготовление годной детали при каждом последующем запуске в обработку новой партии. При этом сокращаются потери времени на наладки, но увеличивается число инструментальных наладок, находящихся в производстве.

В условиях ГПС инструмент назначается автоматически ЭВМ, поэтому при разработке комплекта инструментов нужно соблюдать принцип его технологической однозначности, т.е. каждый технологический цикл должен выполняться определенным инструментом. Состав комплекта определяется суммарной станкоемкостью обработки деталей по различным видам работ. Число инструментов уточняют, исходя из того, что одна инструментальная наладка работает на станке, а другая готовится к следующей операции. Кроме того, должно быть запасное число дублеров, определяемое коэффициентом запаса k_з (для режущего инструмента k_з = 10…30, а для вспомогательного инструмента k_з = 1,4…1,6).

Вспомогательный инструмент в ГПС должен обеспечивать быструю и точную замену режущего инструмента, его настройку вне станка, регулирование положения режущей кромки, возможность закрепления в стандартном и специальном положении.

Система унифицированных вспомогательных инструментов для многоцелевых станков (кроме токарных) включают наборы элементов для инструментальных оправок с конусностью 7:24 и размерами 30, 40, 45, 50 и 60 мм (по ИСО). В каждый из наборов, кроме основной оправки, закрепляемой а шпинделе, входят различные оправки, переходные втулки и патроны для закрепления режущих инструментов (рис.5.1 [1]).

Для многоцелевых токарных станков применяют систему блочного инструмента (рис. 5.2 [1]) державка резца составная имеет корпус 1 и головку 2 (рис. 5.2, а) Корпус постоянно закреплен в револьверной головке 4 (рис. 5.2, б) или суппорте.

При автоматической смене инструмента посредством автооператора 5 из магазина 6 (рис. 5.2, в) заменяется только головка. Каждая головка оснащена сменной, многогранной пластиной 3. По мере изнашивания пластина заменяется или поворачивается. Головки компактные и легкие, а магазины для их размещения малогабаритные. Один и тот же корпус может быть оснащен разными головками. Головка закрепляется на корпусе специальным соединительным узлом. В цилиндрический паз головки 2 входит тяга 7 с цилиндрическим участком на конце. При включении зажима нижние лепестки 8 головки упруго деформируются и прижимают ее к базирующим выступам 9 корпуса 1.

При зажиме головки практически исключается зазор в любом направлении. Для управления системой блочного инструмента используют инструментальные мониторы (рис 5.2, г) – специализированные вычислительные машины для сбора, хранения и преобразования первичной информации о работе системы и выдачи соответствующих команд управления. Монитор позволяет выполнять измерение размеров детали на станке с ЧПУ (рис. 5.2, д).

5.3. Разработка организационных принципов работы системы

инструментообеспечения

В общем случае система инструментообеспечения (СИО) включает в себя:

¨ цеховой склад инструмента (ЦСИ);

¨ отделение по восстановлению инструмента;

¨ участок размерной настройки инструмента;

¨ пункт контроля инструмента;

¨ отделение ремонта оснастки.

Система оперативного обеспечения инструментами станков с ЧПУ включает в себя магазин станка и устройство автоматической смены инструмента (АСИ).

Существует два типа систем оперативного обеспечения инструментом станков с ЧПУ. В системе первого типа смену инструмента в шпинделе станка выполняет автооператор (за 3 – 12 с). При этом поиск следующего инструмента производится в процессе обработки, что сокращает время, затрачиваемое на смену, однако могут возникнуть вибрации вследствие работы магазина и автооператора, неблагоприятно влияющие на качество обработки.

В системе второго типа смена инструмента осуществляется самим магазином, при этом обработка на станке не выполняется. В таких системах магазины должны иметь небольшую вместимость, чтобы не увеличивать время простоя станка при смене инструмента.

СИО располагается на станке и может служить источником вибраций, что отрицательно влияет на динамические характеристики станка.

Оперативные СИО должны отвечать следующим требованиям:

¨ вместимость магазина должна быть достаточной для полной обработки заготовки за один установ без смены инструмента;

¨ незначительное влияние магазина и автооператора на размеры рабочей зоны станка;

¨ при движении шпиндельная бабка не должна попадать в зону смены инструмента;

¨ удобная и быстрая смена комплекта инструмента;

¨ отсутствие перекоса стойки станка при наличии магазина большой вместимости;

¨ надежное функционирование;

¨ удобное обслуживание;

¨ поступление информации о состоянии инструмента.

Выбор типа магазина и его вместимости зависит от компоновки станка, числа инструментов, требуемых для обработки заготовок, и организации потока заготовок (рис. 5.3 [1])

Наиболее распространены магазины вместимостью до 30 инструментов, преимущественно барабанные и дисковые. Цепные магазины чаще всего имеют емкость от 40 до 60 инструментов.

Крупные станки оснащают магазинами с емкостью от 100 до 120 инструментов. В гнездах магазинов станков с ЧПУ хранятся также и измерительные инструменты. Для уменьшения габаритных размеров станков и сокращения времени смены инструментов устанавливают вместо одного магазина большой вместимости два или три магазина с ограниченной вместимостью. С целью устранения вибраций технологической системы, обусловленных работой СИО, применяют магазины напольного типа, которые имеют следующие преимущества:

¨ увеличенную вместимость;

¨ свободный доступ к инструменту;

¨ удобство визуального контроля, обслуживания и ремонта;

¨ возможность использования напольных транспортных средств для обмена инструмента между центральным магазином инструментов (ЦМИ) и магазинами станков.

Системы инструментального обеспечения ГПС организуются обычно по принципу двухуровневой иерархии. На первом уровне каждый станок оснащен индивидуальным магазином. На втором уровне находится автоматизированный склад (накопитель) – центральный магазин инструментов (ЦМИ), который связан с индивидуальными магазинами станков автоматическим транспортным средством (автооператором, портальным роботом, робокаром).

ЦМИ должен быть максимально приближен к технологическому оборудованию ГПС, а его вместимость должна обеспечивать длительное функционирование ГПС в автоматическом режиме. При переходе на изготовления других изделий автоматически по программе выполняется смена магазина инструментов на всех станках ГПС. Смена инструментов может выполняться поштучно, кассетами и полностью всего комплекта.

Общий принцип организации СИО ГПС представлен на рис. 5.4 [1].

СИО состоит из эстакады 1, на которой смонтирован двухлинейный центральный магазин 5, состоящий из расположенных рядами отдельных подвижных блоков (кассет), и имеющий 140 гнезд (шаг между гнездами 125,6 мм).

В гнездо 4 первого ряда ЦМИ вмонтировано устройство для считывания кода инструментальной наладки и передачи информации в ЭВМ.

Все транспортные операции по передаче инструментальных наладок осуществляются двумя автооператорами (№ 1 и № 2), которые перемещаются по направляющим и зубчатым рейкам блоков 2. Первый автооператор выполняет:

¨ поиск, транспортирование и смену инструментальных наладок;

¨ доставку сломанного и изношенного инструмента от станков к подвижным кассетам 7 для вывода из ГПС;

¨ смену наладок в перегрузочных гнездах 9 станков.

Второй автооператор осуществляет передачу инструментальных наладок из первого ряда ЦМИ во второй ряд и обратно.

В токарной группе станков с ЧПУ заменяются инструментальные блоки. На позицию приема этот инструмент поступает в строго фиксированном положении. Из тары промышленный робот выкладывает его на промежуточный стол, затем снимает со станка и помещает в тару подлежащий замене блок, а потом устанавливает доставленный к станку блок.

В цехе, где расположены несколько ГПС, организуется цеховой склад инструментов (ЦСИ).

Возможны три принципиальные схемы организации подачи инструмента с цехового склада на станки (рис. 5.5 [1]):

¨ непосредственно к станкам через участок настройки инструментов (УНИ) цехового склада;

¨ на участки настройки инструментов отдельных ГПС и далее к станкам с загрузкой в стационарные магазины инструментов (МИ) станков или подачей сменными магазинами;

¨ на участки настройки отдельных ГПС и затем через центральный магазин инструментов в стационарные магазины станков (МС).

Для эффективной работы СИО отдельных ГПС и цеха в целом создают библиотеку инструментальных данных и применяют кодированный инструмент, используя различные способы кодирования.

Информационное содержание библиотеки инструментальных данных по режущему и вспомогательному инструменту и порядку их сборки заносится в ЭВМ, которая может автоматически выдавать бланки операционных карт и карт комплектации операции инструментами.

Примеры кодирования инструментальных оправок с помощью различных элементов: набора колец, кодовых гребенок, проточек, лысок и т.д. приведено на рис. 5.6 [1].

Набор колец 2, размещаемых перед хвостовиком 1, увеличивает длину оправки.

Первые пять колец определяют группу инструмента, вторые пять – номер в группе. Посредством такой системы можно закодировать 961 инструмент.

Использование барабана 3 с кольцами 2 (рис. 5.6, б) не увеличивает длину оправки (для кодирования используют хвостовик 1). Каждое кольцо 2 (рис. 5.6, г) соответствует двоичной системе считывания и в рассматриваемом примере номер оправки 8+2+1 = 11.

Кодирование можно выполнить с помощью кодовых гребенок 4, устанавливаемых в пазы хвостовика 1 (рис. 5.6, б). С помощью гребенок набирают номер инструментальной наладки в двоичном коде.

При поиске нужного инструмента на работающем станке датчики магазина дают команду на останов его поворота в момент, когда в положение смены поступает гнездо того номера, который задан программой обработки для данного перехода.

Замена режущих инструментов по мере их эксплуатации производится следующими способами:

¨ по отказам, когда каждый режущий инструмент заменяется по мере его выхода из строя;

¨ «жесткая профилактика, когда группа режущего инструмента с примерно одинаковым периодом его стойкости заменяется одновременно по достижении этого периода, независимо от времени установки каждого инструмента;

¨ параллельная замена, когда все инструменты заменяются одновременно по мере отказа одного из них;

¨ параллельная профилактическая замена, при которой все инструменты заменяют одновременно принудительным порядком в период его стойкость (Т_о), но при случайном отказе одного из них заменяют все остальные;

¨ индивидуальная замена, когда заменяется инструмент, отказавший до достижения периода стойкости, без замены остальных инструментов.

5.4. Разработка структуры и алгоритма функционирования системы

инструментообеспечения

Структуру СИО ГПС в зависимости от потока инструмента подразделяют на следующие группы (рис. 5.7 [1]).

¨ автономную (дифференцированную);

¨ централизованную;

¨ комбинированную.

В условиях автономных структур СИО (рис. 5.7, а) станки в ГПС оснащаются магазинами инструментов (МИ). Номенклатура и число инструментов в магазине определяют технологические возможности каждого станка. Устройства автоматической смены инструмента оперативно обеспечивают изменение реализуемых технологических переходов. Однако эти изменения ограничены номенклатурой инструментов, находящихся в магазине.

С увеличением числа инструментов в магазине оперативные технологические возможности станка расширяются, но увеличиваются простои станков при переходе на обработку новой партии заготовок, что обусловлено необходимостью изменения состава инструмента.

При использовании групповых инструментальных наладок оперативное изменение технологических возможностей станка допустимо в пределах типоразмеров комплекта инструмента, размещаемого в магазине. По мере увеличения вместимости магазинов инструментов расширяется номенклатура обрабатываемых на станке заготовок.

При централизованной структуре СИО (рис. 5.7, в) требуемый инструмент из центрального магазина (ЦМИ) подается в шпиндель станка автономным или программируемым автооператором, обслуживающим все станки ГПС. Обмен инструментов между станками обеспечивает центральный магазин инструментов, что уменьшает общее число инструментов, необходимое для обработки заданной совокупности заготовок. Технологические возможности станков при централизованной структуре СИО примерно равны и это позволяет оперативно программным способом варьировать технологические функции станков. Отказ одного станка практически не влияет на работу остальных станков ГПС. Однако в случае отказа ЦМИ вся ГПС останавливается, а при увеличении числа заявок на один и тот же инструмент от нескольких станков одновременно возможны их простои (которые могут быть уменьшены добавлением в ЦМИ дублеров инструментов, что приведет к увеличению затрат).

Комбинированная структура СИО (рис. 5.7, б) основана на одновременном применении ЦМИ и магазинов инструментов станков (МИ). Поток инструментов в этом случае имеет двухуровневую иерархическую структуру. Каждый станок без задержки обеспечивается инструментом из своего магазина, что сокращает простои станка в ожидании инструмента, а через ЦМИ идет смена инструментов в магазинах станков, что сокращает число необходимых для обработки заданной номенклатуры изделий инструментов.

Согласно правилам эксплуатации станка гнезда его магазина заполняют инструментами в порядке их использования в соответствии с технологическим процессом обработки изделий. За время одного цикла обработки один и тот же инструмент может подаваться в шпиндель станка несколько раз, т.е кратность его использования К ³ 1 (К = 1, 2… i). Это вызывает дополнительные перемещения магазина. Суммарное значение перемещения определяется порядком размещения инструментов а гнездах.

При проектировании СИО может быть использован алгоритм выбора оптимального варианта размещения инструментов в магазине, обеспечивающий минимальное значение его суммарного перемещения (минимальное время поиска адреса очередного инструмента). [1. c. 98].

Сборку и настройку инструмента выполняет слесарь – инструментальщик по настройке (согласно картам и схемам настройки). Настроенные инструментальные наладки размещают в унифицированной таре с ложементами, номера позиций которых соответствуют номерам позиций магазинов, револьверных головок и резцедержателей. Комплектовщик доукомплектовывает их измерительными средствами, технологической документацией (карта технологического процесса, программоноситель) и отправляет в ТНС цеха или участка для распределения по рабочим местам, делая сообщение в управляющий вычислительный комплекс (УВК) о готовности комплекта инструментов для выполнения определенной технологической операции.

Разборку отработанных инструментальных наладок выполняет слесарь – инструментальщик (сортирует разобранный инструмент по степени пригодности и передает его по назначению).

5.5. Определение состава и количества средств, используемых в системе

инструментообеспечения

Состав и количество средств, используемых в СИО, определяется суммарным количеством инструментов, необходимых для обработки заготовок всей номенклатуры изделий в течение месяца:

N_и = N₁+ N_д.и, (5.1 [1])

где N₁ - число инструментов для обработки всей номенклатуры изделий;

N_д.и – число дублеров инструментов для обработки месячной программы изделий;

N₁ = k_н t_об.ср/ t_и.ср, (5.2 [1])

где k_и – число наименований изделий;

t_об.ср – среднее время обработки одного наименования изделия, мин;

t_и.ср – среднее время работы одного инструмента, мин;

N_д.и = n_д.и+k_н, (5.3 [1])

где n_д.и – среднее число дублеров инструментов на одно изделие (инструменты с малой стойкостью – метчики, развертки и т.п.).

Суммарное количество инструментов (N_и) должно разместиться в гнездах центрального магазина инструментов ГПС, который располагается обычно над станками, что позволяет экономить производственную площадь, при таком расположении магазина его выполняют одноярусным. Число рядов гнезд магазина может быть любым (зависит от суммарного количества инструментов и габаритов магазина). ЦМИ желательно использовать для хранения комплекта инструментов, необходимых для обработки заготовок всех предусмотренных наименований изделий. Если этого не удается выполнить конструктивно, то необходимо организовать хранение части инструмента вне ГПС.

Подача инструмента в ЦМИ, расположенный над станками (рис. 5.4), и его вывод осуществляются подъемными устройствами – кассетами (основной характеристикой их является число гнезд для инструмента). Для равномерной работы автооператора, помещающего инструмент из подъемного устройства в ЦМИ и выдающего новый инструмент, желательно иметь две кассеты.

Производительность кассеты, количество автооператоров, работающих около станков ГПС, и между линиями ЦМИ определяется по данным работы [3, с. 136…148].

После выполнения расчетов по количеству технических средств приступают к разработке компоновочных решений СИО и их оценке.

Минимальный оборотный фонд режущего инструмента каждого типоразмера составляет:

N_ф.min=N₁+N₂ +N₃, (5.4 [1])

где N₁, N₂, N₃ – соответственно число комплектов инструмента на рабочем месте, на участке настройки, в его страховом запасе.

Максимальный оборотный фонд каждого типоразмера режущего инструмента составляет:

N_фmax = N_фmin + N_м, (5.5 [1])

где N_м – среднемесячная норма расхода режущего инструмента.

Оборотный фонд вспомогательного инструмента принимают из расчета двух комплектов в зоне обслуживания и двух комплектов настроенных инструментов на каждый станок с ЧПУ.

Участки оснащают следующими средствами:

¨ приборами для настройки инструмента;

¨ стеллажами для хранения инструмента режущего и вспомогательного;

¨ контрольными плитами;

¨ приемными столами;

¨ тележками для транспортирования инструмента внутри участка.

Площадь участка, занимаемая СИО (м²):

S_СИО = n_c(А_и+А_д+А_р)+n_пА_р + S_стел, (5.6 [1])

где n_c – число станков с ЧПУ;

А_и – норма площади на один станок для хранения инструмента, м²;

А_д - норма площади на один станок для хранения технологической документации, м²;

А_р - норма площади на одно рабочее место настройки инструмента вне станка;

n_п – число приборов для настройки режущего инструмента

S_стел – площадь многоярусных стеллажей, устанавливаемых на полу участка, определяется по размерам стеллажа в плане после расчета его вместимости.

Нормы площадей на один станок, типовые планировки участков, состав оборудования и оргоснастки приведены в справочной литературе [4, 5].

6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА В АВТОМАТИЗРОВАННЫХ

ПРОИЗВОДСТВАХ

6.1.Основные технико–организационные направления автоматизации

контрольных операций

Система контроля качества изделий (СККИ) проводит:

¨ приемочный и операционный контроль качества изделий с проверкой соответствия чертежам и техническим требованиям;

¨ выдачу информации по результатам контроля качества изделий;

¨ хранение информации об изготовляемых изделиях (их конфигурации, технических требованиях, результатах выполнения контрольных операций);

¨ настройку контрольно–измерительных устройств и выполнение правил их эксплуатации.

В цехах может быть организован контроль качества изделий следующих видов:

¨ в зависимости от решаемой задачи – приемочный, профилактический и прогнозирующий;

¨ в зависимости от взаимодействия с изделием – активный (прямой и косвенный) и пассивный (после каждой операции технологического процесса);

¨ в зависимости от вида измерительной информации – параметрический (количественный и допусковый) и функциональный;

¨ в зависимости от конструктивного решения – внутренний (самоконтроль) и внешний;

¨ в зависимости от реализации во времени – непрерывный (в процессе функционирования) и периодический (тестовый).

Классификация контрольных устройств, используемых в механосборочном производстве, приведена на рис. 6.1 [1].

В условиях автоматизированного производства на первый план выдвигаются задачи автоматизации контрольных операций путем использования автоматических устройств различных типов, позволяющих снизить трудоемкость контроля и повысить его качество.

Принцип выполнения контрольных операций, а, следовательно, и соответствующего типа контрольного устройства выбирается в зависимости от точности изготавливаемых изделий, их формы, размера, числа контролируемых параметров, условий измерения, требуемой производительности и экономичности. Допустимая погрешность метода измерения составляет от 0,1 до 0,15 допуска контролируемого параметра изделия.

Значительный эффект достигается при использовании устройств активного контроля, когда параметры качества проверяются в процессе выполнения технологического процесса (рис. 6.2 [1]).

В процессе шлифования наконечники измерительной головки 4 постоянно контактируют с поверхностью обрабатываемой детали.

Автоматические контрольные устройства могут иметь контактные и бесконтактные датчики (пневматические, индуктивные, емкостные, лазерные), с помощью которых может быть произведен контроль детали до обработки, в процессе обработки или сборки, а также после обработки или сборки.

В ГПС широкое распространение получили контрольно – измерительные машины (КИМ) и специальные измерительные головки, смонтированные в инструментальной оправке, установленной в магазине станка.

При контроле изделий на технологическом оборудовании с помощью измерительных головок необходимо иметь в виду, что точность измерения зависит от наличия СОЖ и стружки на детали, температурных деформаций, обусловленных нагревом контролируемой детали и узлов станка, точностных параметров самого станка.

Контроль с помощью измерительных головок осуществляется главным образом при обработке заготовок сложных и дорогостоящих деталей после выполнения каждого перехода с целью предотвращения брака. Информация, получаемая с измерительных головок, позволяет оперативно вносить поправки в управляющую программу устройства ЧПУ станка.

Типовая конструкция измерительной головки показана на рис. 6.3 [1].

6.2. Построение структурно – функциональных алгоритмических моделей контрольной системы

Контроль качества изделий может быть организован непосредственно на рабочей позиции (месте), в специальных контрольных пунктах (КП) или отделениях, в испытательных отделениях.

При проектировании СККИ особое внимание необходимо обращать на создание алгоритмов переработки измерительной информации используемой в дальнейшем для управления производственным процессом. В техническом задании на проектирование СККИ должны быть указаны:

¨ все выходные величины системы контроля (измеряемые величины; алгоритмы преобразования измерительной информации; возможные неисправности и причины их возникновения);

¨ параметры каждой выходной величины (точность ее определения, частота выдачи оператору либо в подсистемы АСУ, форма выдачи и т.д.);

¨ используемый метод измерения и рекомендуемый для применения датчик контролирующего устройства и т.п.

Формулировать указанные требования к метрологической системе должны ее разработчики совместно с технологами и управленческим персоналом.

При составлении алгоритма работы СККИ необходимо ориентироваться на основные этапы технологического процесса измерений, приведенные на рис. 6.4.

При входном контроле материалов (на складе) проверяют их соответствие сертификату по габаритным размерам, массе и основным физико–химическим параметрам (марка материала, химический состав, твердость), а также по внешнему виду.

При контроле заготовки проверяют ее внешний вид (наличие раковин, выбоин, сколов и других дефектов, исключающих возможность обработки), геометрические размеры (длину, базовые поверхности для схвата промышленного робота и крепления в зажимных устройствах станков), массу.

Контрольную операцию на станке начинают с контроля правильности установки заготовки, т.к. возможны погрешности установки в результате попадания стружки или вследствие дефектов заготовки. Для устранения указанных факторов в автоматизированном производстве применяют обдувание и промывку СОЖ захватного устройства и базирующих элементов технологической оснастки.

При изготовлении особо точных деталей на станке размещают систему датчиков, контролирующих давление в каждой опоре, и по результатам контроля с помощью микропроцессора рассчитывают направление и силу зажима, что уменьшает погрешность установки.

С целью сокращения времени контрольных операций в ряде случаев можно контролировать один или несколько размеров детали с наименьшими допусками на обработку, не выполняя контроля остальных размеров. Однако при этом следует учитывать характеристики станка, системы ЧПУ и режима обработки, возможный износ инструмента и т.п.

Высокая насыщенность автоматизированного механосборочного производства контрольно – измерительными средствами вынуждает создавать в цехах контрольно – поверочные пункты, предназначенные для следующих целей:

¨ периодической или сменной поверки средств измерения;

¨ принудительного изъятия из эксплуатации изношенных или непригодных средств измерения и их изоляции в установленном порядке;

¨ осуществления надзора за правильной эксплуатацией средств измерения и их хранения в СИО и на рабочих позициях;

¨ проведения инструктажа операторов по применению средств измерения;

¨ выявления причин брака при изготовлении продукции;

¨ периодической поверки и наладки применяемых контрольных приспособлений, измерительных приборов и автоматов;

¨ систематического выборочного инспекционного контроля изготовляемых изделий.

6.3. Основные параметры и планировочные решения системы контроля качества изделий

Основные параметры элементов СККИ выбирают, исходя из технических условий на приемку материалов, полуфабрикатов, готовых изделий, собранных сборочных единиц, а также требований к производительности выполнения контрольных операций.

В качестве автоматических контрольных средств в автоматизированном поточном производстве применяют контрольно – сортировочные автоматы (компараторы), а в ГПС – контрольно – измерительные машины (КИМ).

В контрольно – сортировочных автоматах измерительная база выполнена идентично геометрическим параметрам измеряемого изделия, и сам автомат настраивают по установочному эталону или образцу. Основными элементами автоматов являются загрузочные, транспортные, измерительные и сортировочные механизмы. Измерительный механизм для контроля конусности детали путем измерения разности диаметров в двух точках показан на рис. 6.5 [1 c. 105].

Контролируемое изделие устанавливают в скобу 2, закрепленную шарнирно в корпусе 1, К детали в двух точках прижато измерительное коромысло 3, вертикальный рычаг которого оказывает давление на контактный рычаг 4, вращающийся вокруг оси 5. При повороте рычага его контакты касаются винтов 6 и 7. Устройство настраивают по эталону цилиндрической формы. При этом контактный рычаг занимает нейтральное положение, а при наличии конусности у измеряемой детали рычаг поворачивается и замыкает цепь управления. Разность диаметров контролируемой детали компенсируется поворотом скобы 2 вокруг оси 8. В контрольно – сортировочные автоматы могут вводиться предельные значения измеряемых размеров, используя их для разбраковки изделий на годные и бракованные, или для их сортировки на группы по размерным параметрам.

Контрольно – измерительные машины, применяемые в ГПС, обладают большой рабочей зоной измерения и вместе с тем имеют независимую от объекта измерения измерительную базу. Геометрические параметры изделия определяются относительно этой измерительной базы через координатную систему измерительной машины (рис. 6.6 [1]).

В КИМ относительная база может быть введена в обработку данных измерений на ЭВМ, что делает контрольно – измерительную машину универсальным средством измерения.

На столе 8, смонтированном на основании 1, установлена измеряемая деталь 7. Измерительная головка 5 может перемещаться по оси Z. На станине 2 расположен ползун 4, перемещающийся по оси Y. Все перемещения по осям X, Y, Z фиксируются на цифровом табло 3 и дисплее 13, которые связаны с ЭЦВМ 10, пультом управления 9, цифропечатающим механизмом (ЦПМ) 12 и перфоратором 11.

В ГПС применяют следующие конструктивные разновидности КИМ: консольную, портальную, на колоннах и с горизонтальным шпинделем.

В цехе большая часть контрольных измерений проводится на контрольном пункте (КП).

Контрольные операции всегда включают в технологическую карту изготовления изделия.

Методом хронометрирования можно определить норму времени на ту или иную контрольную операцию и, установив необходимое число измерений у всей номенклатуры выпускаемых изделий, определить состав и число средств для контроля качества изделий.

Количество контрольных пунктов (КП) определяется по формуле:

, (6.1 [1])

где t_k – среднее время контроля одной детали, мин;

Количество деталей, проходящих через контрольный пункт за год:

k_д.k = k_д/q, (6.2 [1])

где k_д – число деталей, обрабатываемых в цехе или на участке за год;

q – число деталеустановок, через которое деталь выводится на контроль;

q = q₁/ (k₁k₂), (6.3 [1])

где q₁ – число деталеустановок, через которое деталь выводится на контроль по требованию технолога;

k₁» 1,15; k₂» 1,05 – поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно контроль первой деталеустановки, обработанной в начале смены, и вывод на контроль в связи с работой нового инструмента;

Ф_э – эффективный годовой фонд времени работы КП, ч.

Численность контролеров можно определить следующим образом: в ГПС 7 – 10 %, а в поточном производстве 5 – 7 % от количества основных станков. Применение автоматизированных средств контроля уменьшает потребность в контролерах. Число работников технического контроля подсчитывают по каждому цеху, но в состав работающих по цеху не включают.

Площадь стандартных КП составляет 6 м². В поточном производстве КП размещают в конце автоматической линии или предметно – замкнутых участков, что соответствует маршрутной технологии. В ГПС контрольные пункты желательно располагать у окон для лучшего естественного освещения рабочих мест контролеров и по пути движения деталей в сборочный цех или на склад.

Помещения для контрольно – поверочных пунктов (КПП) также желательно располагать около окон, а полы в них выполнять из паркетной доски, покрытой лаком, или резиновым линолеумом для облегчения удаления пыли. Облицовочные материалы должны быть полуматовой фактуры, чтобы в помещении не было бликов.

Температура в помещении КПП должна составлять 25±1°С, а относительная влажность воздуха 45±5 %. Скорость воздушных потоков должна находиться в пределах от 0,1 до 0,2 м/с. общая освещенность должна быть не менее 500 лк, а в качестве источников искусственного освещения следует использовать люминесцентные лампы белого света.

Площадь КПП определяется путем расчета: от 0,1 до 0,2 м² на один станок механообрабатывающего цеха, но не менее 25 м², а число контролеров, работающих в КПП составляет от 8 до 12 % от всех контролеров цеха. Система контроля качества изделий предусматривает проверку работоспособности отдельных собранных узлов выпускаемой продукции в динамике. Такие испытания проводят в испытательных отделениях, которые должны находится в отдельных изолированных помещениях, оборудованных сетью коммуникаций.

7. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ

7.1. Технико–организационные направления ремонтно – технического

обслуживания

Организационные формы ремонта зависят от серийности производства, состава и особенностей имеющегося оборудования. Основные различия в организации ремонта состоят в распределении ремонтных работ между ремонтно – механическим цехом (РМЦ), цеховыми ремонтными базами (ЦРБ) и корпусными ремонтными базами (КРБ). В зависимости от этого распределения различают централизованную, децентрализованную и смешанную организацию выполнения ремонта.

Централизованная организация предусматривает выполнение всех ремонтных работ и межремонтного обслуживания оборудования силами и средствами: механическая часть (РМЦ); электрическая – электроцеха.

Децентрализованная организация заключается в выполнении всех указанных работ силами механиков и энергетиков цехов (корпусов) или ЦРБ (КРБ).

Смешанная организация характеризуется тем, что все ремонтные работы, кроме капитальных ремонтов, выполняют механики и энергетики ЦРБ и КРБ. Изготовление запасных частей и капитальные ремонты однотипного оборудования производят силами РМЦ и электроцеха.

В цехах со значительным числом станков одной модели и другого вспомогательного оборудования одной модели целесообразно использовать узловой (агрегатный) ремонт. Это сокращает простои оборудования в ремонте и не нарушает производственного цикла. Сборочные единицы агрегата, требующие ремонта, снимают и заменяют запасными (новыми или отремонтированными), что существенно сокращает сроки ремонта, т.к. собственно ремонтные работы отделены от разборочных и сборочных.

Техническое обслуживание и ремонт оборудования в ГПС, имеющих станки с ЧПУ, предусматривает в первую очередь проведение работ по техническому обслуживанию, а во вторую - ремонт оборудования. Для улучшения работ по обслуживанию оборудования с ЧПУ создают специальные бригады, в состав которых входят специалисты по механике, гидравлике, электротехнике, автоматике, электронике.

Техническое обслуживание УЧПУ включают в себя обязательные ежедневные и периодические профилактические осмотры; регулировку, поднастройку узлов, блоков и механизмов, у которых быстрее проходит изменение параметров или изнашивание.

Проверку работоспособности станка с ЧПУ проводят при плановых осмотрах, ремонтах и проверках не реже двух раз в месяц. Профилактическую регулировку узлов, механизмов и устройств, подверженных наиболее интенсивному изнашиванию, производят при плановых осмотрах станков, но не реже, чем через шесть месяцев для станков классов П и В и через четыре месяца для станков класса А.

Проверку работоспособности комплекса станок – УЧПУ выполняют в автоматическом режиме по тестовой программе на холостом ходу приводов станка.

Содержание тестовой программы и порядок проверки определяют: для отечественных станков заводы изготовители, для зарубежных – служба главного технолога.

В ГПС рекомендуется непрерывный режим работы, поэтому профилактику, техническое обслуживание и ремонт оборудования выполняют главным образом в первую смену. При этом из работы выводятся лишь станки, механизмы или устройства, требующие проведения профилактики или ремонта.

Техническое обслуживание и ремонт всего оборудования и транспортных устройств включает в себя выполнение типовых ремонтно – эксплуатационных работ механических частей, электротехнического и электронного оборудования, гидро - и пневмосистем. Их выполняют согласно общим рекомендациям по ремонту и обслуживанию данного вида оборудования.

Комплектность, порядок разработки и содержание руководств по ремонту и эксплуатации должны соответствовать требованиям ГОСТ 2.601 – 68; ГОСТ 2.602 – 68; ГОСТ 7599 – 82; ГОСТ 15150 – 69; ГОСТ 17216 – 71; ГОСТ 17433 – 80; ГОСТ 17516 – 72; ГОСТ 7600 – 85Е, а также ГОСТ на комплектующие изделия (электрические, гидравлические, электронные и др.).

Техническое обслуживание ГПС включает периодический контроль, а в технически обоснованных случаях регламентированное обслуживание по ГОСТ 18322 – 78, который устанавливает обслуживание следующих видов:

¨ плановое (ежесменное);

¨ периодическое (ежедневное, еженедельное, ежемесячное, ежеквартальное и др.);

¨ заявочное (внеплановое), которое проводят службы главного механика и главного энергетика по заявкам мастера или наладчика ГПС.

В обслуживание входят:

¨ очистка, мойка оборудования или его частей;

¨ контроль и диагностирование технического состояния ГПС и его частей;

¨ наблюдение за выполнением правил и условий эксплуатации;

¨ анализ качества СОЖ и смазочных материалов, их замена и замена фильтрующих элементов;

¨ контроль качества воздуха, применяемого для пневмосистем, осмотр и затяжка резьбовых соединений;

¨ контроль состояния ограждений и электропитания;

¨ обслуживание комплектующих изделий ГПС в соответствии с руководством по эксплуатации этих изделий.

Периодическое обслуживание выполняют по заранее разработанному предприятием – потребителем графику, утвержденному главным механиком. Плановое обслуживание следует выполнять во время перерывов в работе (либо в выходные дни основного производства).

Технический осмотр серийных микро - и мини – ЭВМ, ПР, станков с ЧПУ и других электронных элементов, входящих в ГПС, выполняют в соответствии с положением о порядке обслуживания технологических комплексов, машин, оборудования и приборов, автоматизированных с применением микропроцессорных средств. Исполнитель среднего и капитального ремонтов обязан устанавливать гарантийный срок работы отремонтированного оборудования (не менее 0,9 срока гарантии на новое оборудование).

Диагностирование оборудования – это уточнение сроков выполнения всех видов работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования, непосредственно при его эксплуатации с помощью современных методов и средств технического диагностирования.

Для диагностирования устанавливают специальные датчики или используют датчики системы управления оборудованием, а для обработки диагностической информации применяют во многих случаях ЭВМ.

Типовые схемы управления оборудованием, в которых предусмотрены функции технического диагностирования, приведены на рис. 7.1[1].

В качестве информационной машины использована ЭВМ (рис 7.1, а), а управление циклом работы ГАЛ производится от электрошкафа с релейной аппаратурой. Дополнительно встроенная в систему управления ЭВМ (или программируемый командоаппарат ПК) получает диагностическую информацию от датчиков, конечных выключателей, реле, кнопок переключения и т.д. Во второй схеме (рис. 7.1, б) управление циклом работы ГАЛ осуществляет программируемый командоаппарат, а управление эксплуатацией – ЭВМ.

В обоих случаях ЭВМ выполняет диагностирование технического состояния оборудования, основанное на контроле продолжительности цикла работы соответствующего агрегата.

При разработке и создании новых ГПС техническое диагностирование должно обеспечивать:

¨ определение критериев оценки качества выполнения технологического процесса;

¨ поиск и локализацию мест дефектов, включение резерва, изменение режимов работы агрегатов или оповещение персонала о месте отказа;

¨ выбор критериев оценки состояния оборудования;

¨ определение рациональных сроков обкатки каждой единицы оборудования;

¨ проверку качества регулировки и отладки оборудования;

¨ получение эталонных значений параметров и эталонных характеристик для диагностирования.

Основные контролируемые параметры (для диагностирования и прогнозирования технического состояния оборудования ГПС):

¨ продолжительность цикла;

¨ неисправности в системе управления оборудованием;

¨ состояние и смена инструмента.

Структура системы автоматического диагностирования (САД) неисправностей металлорежущих станков приведена на рис. 7.2 [1]. такая система особенно важна для ГПС, работающей в режиме ограниченного вмешательства обслуживающего персонала.

Для выполнения диагностирования в автоматическом режиме разработаны различные алгоритмы, основной задачей которых является проверка соответствия действий управляющих команд заданным командам. В основу таких алгоритмов можно положить следующие параметры:

¨ нормированные силовые нагрузки;

¨ относительное положение инструмента и заготовки при заданных режимах резания;

¨ тепловое состояние отдельных элементов оборудования;

¨ амплитудно – фазовые частотные характеристики узлов и систем.

В системах управления современным оборудованием предусмотрены диагностирование исполнения управляющих команд и тестовый контроль программных и аппаратных средств.