Размерные связи при изготовлении деталей на спутниках в ГПС 2 страница

Схема крепления заготовки тарельчатыми пружинами показана на рис. 2.60. Заготовка f прижимается с помощью гидроцилиндров 4 к базовым упорам 2, привинченным на спутнике 3. Поршни и штоки гидроцилиндров 4 выдвигаются под действием сжатых пружин 5. Для открепления заготовки 1 используется гидропривод. На спутнике 3 установлен гидроцилиндр 6, шток которого взаимодействует на загрузочной позиции спутника со штоком внешнего управляющего

Рис. 2.59. Спутник с винтовым механизмом

зажима заготовки

Рис. 2.60. Схема закрепления заготовки на спутнике тарельчатыми пружинами

гидроцилиндра 8. При смене заготовки шток гидроцилиндра 8 по команде выдвигается и нажимает на шток 7 гидроцилиндра 6. Масло за поршнем гидроцилиндра 6 вытесняется в гидроцилиндры 4. Поршни и штоки гидроцилиндров 4, преодолевая сопротивление тарельчатых пружин, перемещаются внутрь гидроцилиндров, освобождая заготовку 1. После снятия обработанной заготовки и установки на ее место новой давление в гидроцилиндре 8 снижается и тарельчатые пружины 5 закрепляют заготовку.

На рис. 2.61 показана принципиальная схема закрепления заготовки с помощью падравлических прихватов. Давление масла на спутнике создается гидроцилиндром 1, поршень 2 которого перемещается при вращении ходового винта 3, на котором он установлен. Под действием давления масла штоки 4 гидроцилиндров 5 прижимают заготовку 6 к установочным элементам 7 спутника 8. Привод винта 3 гидроцилиндра I, расположенного на спутнике, осуществляется через торцовую муфту 9 с помощью внешнего приводного устройства, входящего в зацепление с муфтой 9 на позиции разгрузки-выгрузки спутника.

Созданное гидроцилиндром 1 давление масла в гидросистеме спутника будет со временем постепенно снижаться вследствие утечек масла в зазорах, уменьшая силу закрепления заготовки. Для длительного (в течение 24 ч и более) закрепления заготовки на спутнике нужно поддерживать давление масла в гидросистеме, компенсируя утечки. Это обеспечивается в гидросистеме с помощью гидроаккуму­лятора 10. Поршень гидроаккумулятора подпружинен. При перемещении поршня 2 гидроцилиндра 1, создающего давление в гидросистеме спутника, поршень аккумулятора 10 смещается вправо, сжимая пружину. В дальнейшем утечки масла компенсируются благодаря тому, что масло из гидроаккумулятора поступает в гидросистему.

Преимущества гидросистем, закрепляющих заготовки на спутниках, следующие: большая сила закрепления, возможность закрепить заготовку в нескольких местах с одинаковой силой, ббльшая гибкость,

Рис. 2.61. Схема закрепления заготовки на спутнике с помощью гидравлических прихватов

чем у механического закрепления (по типу рис. 2.59). Преимущества закрепления с использованием тарельчатых пружин следующие: стабильность силы закрепления, способствующая стабильным контактным и собственным деформациям и снижению поля рассеяния размера установки заготовок на спутник, и высокая надежность, исключающая самопроизвольное открепление заготовки или снижение силы закрепления.

Для автоматического закрепления заготовок на спутниках помимо описанных могут использоваться и различные другие принципы, а также механизмы и системы, их реализующие. Возможно, например, приклеивание заготовки на время обработки к спутнику, заливка пластмассой, закрепление магнитом и др.

Автоматически установить заготовку на спутник удается только, если в процессе установки будут обеспечены условия собираемости заготовки со спутником. Для этого необходимо обеспечить определенные установочные размерные связи в системе спутник—робот—заготовка, в которые входят в том числе координаты позиционирования робота с заготовкой, размеры, определяющие положение спутника во время установки заготовки.

Для автоматического закрепления заготовки на спутнике нужно в момент закрепления обеспечивать соосность шпинделя 5 (см. рис. 2.59) и гнезда 6 спутника. В противном случае шпиндель 5 не может взаимодействовать с гнездом 6 муфты и губки / и 2 не будут автоматически работать. Для соосности гнезда и шпинделя в пределах требуемого допуска нужно, чтобы у всех спутников в данной ГПС гнезда находились на одной и той же высоте от основания спутника. Допуск на этот размер может быть рассчитан по формулам для расчета размерных цепей.

При ручной установке заготовок на спутники нет необходимости в рассмотрении и расчете размерных связей, но при автоматизации такой расчет необходим.

Для того чтобы установить заготовку на спутник, необходимо выполнить автоматически определенную последовательность действий. Робот должен ввести заготовку в тиски спутника, затем тиски на спутнике зажимают и после этого разжимают захват робота. Определение последовательности и расчет продолжитель­ности действий требует рассмотрения взаимодействия процессов во времени. Для осуществления требуемого взаимодействия процессов нужна информация.

Закреплять кулачками заготовку на спутнике нужно только после того, как робот поставит заготовку в кулачки. Команда на включение привода зажима кулачков должна быть подана после получения сигнала о том, что робот поставил заготовку. Сигнал от робота до­лжен быть передан в систему управления, в которой по получении этого сигнала должна включаться команда на включение шпинделя механизма зажима.

Таким образом, автоматизировать установку заготовки на спутник, как и любой другой процесс, можно только, если обеспечить согласование размеров, времени и информации в рассматриваемой системе устройств, реализующих автоматический процесс.

Контрольные вопросы

1. Что представляют собой размерные связи автоматического сборочного процесса?

2. В чем заключаются размерные связи процесса автоматического изготовления деталей в машиностроении?

3. Как выбрать способ транспортирования деталей на сборку — в ориентированном или неориентированном положении? Какая информация для этого необходима?

4. Какие факторы влияют на выбор способа ориентирования деталей?

5. Каким образом может повлиять на конструкцию изделия решение собирать изделия автоматически?

6. В каких случаях может потребоваться повышение параметров точности изготов­ления детали, предназначенной для автоматической сборки по сравнению с параметра­ми точности, определенными исходя из ее служебного назначения?

Глава 3. Основы проектирования временных связей автоматизированных производственных процессов

3.1. Цель и задачи построения временных связей процесса

Основные функции ГПС и ее основною элемента ГПМ следующие: механическая обработка заготовок; загрузка заготовок и выгрузка деталей с основного и вспомогательного оборудования; подача загото­вок и деталей на позиции загрузки-выгрузки; складирование и накоп­ление заготовок и деталей; контроль качества деталей; контроль состояния элементов ГПС; контроль выполнения технологических процессов; управление технологическим процессом, материальными и информационными потоками; обеспечение станочной, контрольной и вспомогательной оснасткой; диспетчирование материальных и информационных потоков; связь с верхними уровнями управления; удаление отходов.

Несмотря на разнообразие, можно выделить три основные компоновки, характеризующиеся типом применяемого устройства манипулирования (УМ) заготовкой ч его расположением относительно рабочей зоны основного оборудования (рис. 3.1). Первый тип компоновок ГПМ (рис. 3.1, а) строят на базе токарного станка ЧПУ с магазином инструментов и УМ портального типа с расположением портала параллельно оси вращения шпинделя станка. Такая линейная компоновка оправдала себя на практике как наиболее компактная и наиболее доступная для технического обслуживания. В настоящее время приблизительно 70 — 80 % всех ГПМ для токарной обработки строят по такой схеме.

Второй тип компоновок (рис. 3.1, б) характеризуется применением УМ портального типа, работающих в прямоугольной простран­ственной системе координат. Такая схема характеризуется максимальным удобством с точки зрения размещения периферийного оборудования, обслуживаемого УМ (накопители, позиции контроля и др.), а также меньшими временами обслуживания вследствие меньших перемещений по сравнению с перемещениями при линейной

Рис. 3.1. Типовые компоновки ГПМ для токарной обработки: 1— токарный станок с ЧПУ; 2 — манипулятор; 3 — периферийное оборудова­ние

компоновке. К недостаткам та­кой схемы относятся большая стоимость ГПМ за счет увеличения стоимости УМ и увеличение занимаемых площадей.

Третий тип компоновок (рис. 3.1, в) характеризуется применением напольных или встроенных УМ, расположенных перед рабочей зоной многоцелевого станка (МС).

Укрупненный анализ структур ГПС показывает, что разнообразие их компоновок определяется типом применяемой автоматической транспортно-складской системы (АТСС) и относительным расположением ГПМ и транспортного пути, что определяет схему обслуживания ГПМ и складского хозяйства транспортными средствами. Исходя из этого выделяют три основные компоновки: линейную (рис. 3.2, а), кольцевую (рис. 3.2, б), сетевую (рис. 3.2, в).

Состав оборудования для систем ГПС следующий: 1) система обработки, включающая ГПМ и станки с ЧПУ; 2) транспортная система, включающая: транспортный путь (гибкий или "жесткий путевод), транспортные средства (роботизированные тележки, портальные или подвесные манипуляторы, спутники), позиции и станции перегрузки и ориентации палет и спутников; 3) система складирования, включающая: склады заготовок и деталей, склады технологической оснастки, склады инструмента, промежуточные (буферные) накопители; 4) система контроля, включающая: устройства контроля и контрольно-измерительные машины (КИМ), позиции контроля и подготовки инструмента; 5) система управления, включающая: центральную ЭВМ (ЭВМ управления ГПС), системное обеспечение управлением, базу данных управляющих программ, программное
Рис. 3.2. ГПС: Типовые компоновки токарных

ГПМ

1 — ГПМ; 2 — транспортное средство; 3 — склад;

4 — штабелер склада

обеспечение диспетчирования и планирования, программное обеспечение диагностики оборудования и хода технологического процесса; 6) система ликвидации отходов, включающая моечные станции, машины для снятия заусенцев, конвейер для уборки стружки.

Наиболее часто применяют линейную и кольцевую (см. рис. 3.2, а, б), но в связи с развитием АТСС, в которых применяют безрельсовые роботизированные тележки, все большее предпочтение отдается сетевым схемам.

Понятие временных связей применительно к ГПС с широким диапазоном номенклатуры изготовляемых деталей определяют при помощи загрузки оборудования. Загрузка оборудования для одного и того же ГПС может колебаться в больших пределах в зависимости от партий запуска, числа и номенклатуры изготовляемых деталей. Понятие производительности, измеряемой в штуках в единицу времени, применимо к одноменклатурному производству.

Потери непроизводительного времени в ГПС и ГПМ составляют 7 — 40 % общего фонда времени работы в одну или две смены. При этом размеры партий менее 40—60 шт. существенно снижают произ­водительность и экономичность ГПМ. Как правило, оптимальное число деталей в партии следующее: для ГПМ - 50 - 500, для ГПС (типа ГАУ) — 500 — 2000. Наиболее экономически оправданными являются партии, соответствующие верхним границам приведенных диапазонов. При нижних границах эффективность ГПС значительно уменьшается вследствие того, что увеличивается доля непроизводи­тельного времени, затрачиваемого на переналадку оборудования, транспортирование заготовок и деталей и другие организационные потери. Наиболее значительны потери времени в мелкосерийном производстве, поскольку они соизмеримы со временем загрузки оборудования. Кроме того, здесь уже не могут использоваться такие
методы устранения диспропорций в загрузке оборудования, как задействование дополнительных единиц оборудования и создание межоперационных заделов, что широко применяется в крупносерий­ном и массовом производстве.

Рассмотрим более детально структуру непроизводительного времени, а именно — время, затрачиваемое на переналадку в ГПМ, и время простоев оборудования. Все время, связанное с переналадкой оборудования, выражается в виде подготовительно-заключительного времени на одну деталь в штучно-калькуляционном времени

t_i = t_{n зi}/A_i + t_mi, где A_i — величина партии запуска i-го наименования.

Здесь t_{n 3i} — для станков с ЧПУ и ГПМ определяют по формуле t_{n 3i} = t_ni + t_opri + t_{n oi}, где t_ni — время переналадки станка и технологической оснастки; t_opri- — время получения и сдачи заготовок и технологической оснастки, ознакомление с чертежом; t_{n oi} — время пробной обработки первой заготовки. Время переналадки

t_ni = t_Ki + N_KHit_ml +s_pit_pi где t_Ki, t_инi, t_pi — время соответственно переналадки крепеж­ной оснастки, замены одного инструментального блока, расточки кулачков; N_hh;-, S_pi- — число соответственно заменяемых инструментальных блоков и расточек кулачков (булева переменная).

В ГПМ, имеющем значительное количество периферийного оборудования, каждая подсистема претерпевает изменения при переходе к изготовлению другой детали (рис. 3.3). Изменения эти заключаются в установке требуемых для обработки какой-либо г-й партии загото­вок, инструментов, патронной или центровой оснастки, управляющих программ, захватов ПР, в регулировке упоров и установке диапазонов регулирования параметров элементов. При этом конкретная операция переналадки может содержать в себе такие операции, как поиск, выдачу и транспортирование необходимой оснастки в зону ГПМ. Сумму времени на всех операциях переналадок в r-м ГПМ можно

представить следующим образом: t_ni =, где n число подсистем ГПМ,

требующих переналадки; t_nj- — время переналадки /-го элемента или подсистемы в г-м ГПМ (инструментальной головки, патронной оснастки и т.п.).

Наличие переналадки означает несоответствие установленной оснастки, параметров и диапазонов регулирования параметров эле­ментов оборудования в ГПМ тому составу оснастки, параметрам и диапазонам регулирования, которые требуются для обработки той или иной партии заготовок. Рост числа и времени переналадок озна­чает снижение гибкости системы. С целью повышения универсальности и гибкости технологических систем большинство современных эле­ментов ГПМ имеют расширенные функциональные возможности.

Рис. 3.3. Схема изменения состояния ГПМ, его элементов и характеристик при поступлении заготовки нового вида

Непроизводительные потери времени в ГПС, обусловленные простоями каждого г-го ГПМ, без учета времени его переналадок, можно представить в следующем виде:

4-

I

где f_QCi — время простоя i-го ГПМ вследствие рассогласования работы модулей в ГПС или нерационально составленного расписания; t_oc/Ti — время простоя ГПМ, обусловленное наличием операции транспортировки (обработка ожидаемой партии заготовок на предыдущем ГПМ завершена, но партия заготовок в данный момент находится в процессе транспортирования).

Оба этих слагаемых в (3.1) являются непостоянными величинами и зависят от организации расписания. Величина t_ni, как мы уже отметили выше, также не является постоянной величиной. Поскольку целью является сокращение непроизводительных отрезков времени и повышение за счет этою загрузки ГПС, а значит и каждого ГПМ, то необходимо t_ni t_oci и t_{oc Т1} рассматривать в совокупности со всеми временами, т.е. в общей временной структуре ГПМ. Тогда подобную структуру можно выразить в виде времени занятости ГПМ, приходящегося на j-ую партию заготовок:

Где t¹_з.ni- -время загрузки партии деталей в ГПМ: t¹_oprij – время организационного обслуживания 1-го ГПМ для изготовления партии деталей j-го наименования; t¹_TciJ — время настройки технологической системы i-ro ГПМ; t¹_yji — время установки заготовок манипулятором на станок; t¹_Mij— время обработки заготовки на станке (время отра­ботки УП); t¹_kiJ — время контроля заготовки (детали) в ГПМ; t¹_ciJ — время сьема заготовки (детали) манипулятором со станка;t¹_oi — время отдыха оператора на г-м ГПМ; t_р'_пi — время разгрузки партии заготовок (деталей) в i-м ГПМ. Индекс "1" означает, что эта величина пересчитывается на одну партию заготовок (деталеоперацию).

На рис. 3.4 приведена циклограмма работы ГПМ по временной структуре (3.2). Из всех составляющих только величины i_0C[, t_0CTl и t_ni являются в (3.2) переменными величинами и благодаря их сокра­щению до определенного минимума, как показано в верхней части циклограммы, можно повысить загрузку ГПМ. Все остальные времена в (3.2) не зависят от характера расписания и процесса переналадок, могут быть нормируемы, зависят от технических и конструктивных характеристик элементов ГПМ и не зависят от организации процесса. Подобное выделение t_ni как переменной величины во временной

структуре ГПМ f_rnMj- говорит о связности ее с временной структурой расписания ГПС, где t_ГПМi характеризует продолжительность отдельных работ.

Поскольку параметрами любого расписания ϴ являются обслуживающие устройства, отдельные работы, интервал расписания во времени, а также потери времени, то для ГПС можно представить

следующую структуру расписания:

— интервал времени планирования между началом т_н и концом плана — т_к; N — множество ГПМ в ГПС; — время занятости i-го ГПМ над партией заготовок.

Дата добавления: 2014-11-18