Преимущества ГПС

Примеры.

(слайд 15) Пример кассетного накопителя, используемого в ГПМ для обработки ступенчатых дисков массой до 3 кг и диаметром до 150 мм. Накопитель выполнен в виде кронштейна 1, крепящегося к станине станка, на которую устанавливается многоместная кассета 2 с заготовками 3. Заготовки располагаются в шахматном порядке в направляющих отверстиях, выполненных в верхней плите кассеты. Для выбора заготовок из гнёзд кассеты ПР должен обеспечить последовательное позиционирование в очередную позицию захвата, что достигается, например, использованием позиционной системы ЧПУ ПР. После обработки всей партии деталей кассета заменяется целиком. Для деталей разной конфигурации используются кассеты с различным исполнением базирующих элементов: отверстия, штыри, прорези и др.

(слайд 16) Более сложен накопитель конвейерного типа. Основание накопителя устанавливается на полу. На основании установлены грузонесущие площадки, которые могут перемещаться по направляющим. Площадки связаны цепью, охватывающей звёздочки. Со звёздочками соединён шаговый привод, за один цикл работы которого грузонесущие площадки перемещаются на один шаг, и в позицию захвата ПР подаётся очередная площадка с установленной на ней заготовкой.

При этом длинные валы могут устанавливаться на грузонесущую площадку с помощью промежуточных призм. (слайд 17)

5) Закрепление заготовок производится с помощью быстрозажимных патронов с механическим приводом. Однако они имеют малый диапазон диаметров закрепляемых заготовок. Поэтому для закрепления заготовок разных диаметров применяют:

a. промежуточные патроны. Заготовку предварительно вручную закрепляют в промежуточном патроне со стандартной посадочной частью, за которую он зажимается в патроне станка.

(слайд 19) Dk – диаметр зажима промежуточного патрона; DЗ – диаметр заготовки. Промежуточный патрон выбирается для конкретной конфигурации заготовки и может быть двух-, трёх-, четырех- или шестикулачковым, рассчитанным на зажим как по наружному, так и по внутреннему диаметрам. Точность установки заготовок с использованием промежуточного патрона достаточно высока, и погрешность зажима лежит в пределах 20 мкм.

Недостатком является необходимость в трудоёмкой ручной операции предварительного закрепления заготовок в промежуточном патроне и последующего освобождения обработанных деталей.

b. быстропереналаживаемые автоматические патроны

(слайд 20) В корпусе по направляющим перемещаются кулачки, привод которых осуществляется диском с торцевой спиралью. Диск имеет зубчатый венец внутреннего закрепления, с которым зацепляются сателлиты. Водило сателлитов соединено с червяным колесом, которое входит в зацепление с червяком, образуя самотормозящуюся червяную передачу.

При вращении снаружи ключом головки червяка последний поворачивает водило сателлитов, которые, обкатываясь по центральному зубчатому колесу, поворачивают спиральный диск. Это является наладочным перемещением кулачков на требуемый диаметр зажима заготовки.

Механизм быстрого зажима и разжима кулачков обеспечивает небольшой их рабочий ход и включает центральное зубчатое колесо, шлицевую втулку с винтовыми шлицами и тягу механизированного привода, закреплённого на заднем конце шпинделя станка. При движении тяги влево вместе с ней движется и втулка, поворачивая своими винтовыми шлицами центральное колесо планетарной передачи. При этом водило остаётся неподвижным, а сателлиты вращаются и поворачивают спиральный диск, обеспечивая рабочий ход кулачков. Разжим кулачков происходит при перемещении тяги вправо.

Описанный патрон требует ручной наладки на конкретный диаметр зажимаемой заготовки. Однако трудоёмкость такой переналадки невелика. Используются и другие способы автоматизации зажима обрабатываемых заготовок.

(слайд 21, а) Под управлением устройства ЧПУ станка происходит автоматическая переналадка кулачков. Шпиндель станка поочерёдно фиксируется в трёх положениях, при которых шток поршня цилиндра располагается соосно с одним из трёх отверстий патрона. При ходе штока вниз он выводит клиновую штангу из зацепления с зубцами кулачка.

После этого захват, установленный в одной из этих позиций револьверной головки, подходит к торцу патрона, входит в торцевое отверстие кулачка и перемещает последний в радиальном направлении на требуемую величину. После чего поршень цилиндра возвращается в исходное положение, обеспечивая зацепление клиновой штанги с кулачком патрона и его фиксацию в требуемом положении.

c. обеспечивают автоматическую замену зажимных кулачков патрона при помощи промышленного робота.

(слайд 21, б) Автоматическая смена кулачков патрона, заранее настроенных на нужный размер, показана на схеме. Сменные кулачки располагаются в магазине и автооператором перемещаются в патрон станка.

Токарные станки с ЧПУ оснащаются инструментальными магазинами и револьверными головками, в которые устанавливается обрабатывающий инструмент. При этом, как правило, перед установкой производится размерная настройка инструмента вне станка. При использовании станка в ГПМ возникает необходимость автоматизации замены инструмента в магазине и револьверной головке вследствие его износа или поломки, а также при переналадке станка на обработку детали иной конфигурации.

6) Замена инструмента производится следующими способами:

a. дублированием инструментов в инструментальном магазине или инструментальной головке и вводом в работу инструмента-дублёра при износе или поломке основного инструмента;

Способ дублирования инструмента позволяет в процессе обработки партии деталей автоматически перейти на инструмент-дублёр при поломке или затуплении основного инструмента. При этом станок должен быть оснащен автоматической системой диагностики инструмента, а сам процесс замены инструмента осуществляется за счёт штатных, управляемых программой, движений инструментального магазина и револьверной головки. Дополнительных устройств при этом не требуется.

b. сменой отдельных инструментов в инструментальном магазине (инструментальной головке) по мере их выхода из строя или при отсутствии потребности в данном инструменте для дальнейшей обработки;

Способ замены инструмента в инструментальном магазине позволяет не только заменить новыми изношенные или сломанные инструменты, но и изменить состав обрабатывающих инструментов на станке при изменении конфигурации обрабатываемой детали. Для такой замены используются специальные инструментальные манипуляторы, вводимые в состав ГПМ, или ПР, осуществляющий загрузку-разгрузку станка. В последнем случае функции ПР существенно расширяются, и к его возможностям предъявляются повышенные требования. Недостатком способа замены отдельных инструментов является сложность его технического осуществления и большое время, затрачиваемое на комплектацию инструмента в магазине или револьверной головке, что снижает производительность станка.

c. полной заменой инструментального магазина или револьверной головки на новые, оснащённые новым комплектом инструмента.

Замена инструментального магазина или револьверной головки целиком требует минимального времени при переналадке станка и сравнительно просто осуществляется в автоматическом режиме. В этом случае также применяются инструментальные манипуляторы или специальные устройства смены магазина и револьверной головки. Недостаток способа заключается в невозможности полного использования индивидуальной стойкости каждого обрабатывающего инструмента, поскольку все инструменты приходится заменять одновременно, ориентируясь на худший случай.

Для получения оптимальных характеристик системы смены инструмента ГПМ следует комбинировать все три способа, что, однако, приводит к усложнению конструкторских решений системы.

Одним из возможных решений инструментальной системы ГПМ является размещение у станка дополнительного инструментального магазина с запасом инструментов, из которого ПР, обслуживающий станок, по мере надобности извлекает необходимые инструменты и переносит их в инструментальный магазин станка или в его револьверную головку. В дополнительный инструментальный магазин также помещается сломанный или отработавший инструмент, снимаемый со станка. Дополнительные инструментальные магазины крепятся на специальных кронштейнах или стойках.

7) Удаление стружки производится:

a. из зоны резания путём смывания её СОЖ;

Решение этой задачи упрощается за счёт конструктивных особенностей станков токарной группы, поскольку их станины открыты. Часто станины выполнены с наклонным расположением направляющих и не мешают стружке падать вниз на поддон станка или в стружкоприёмник. Чтобы гарантировать удаление стружки, в зону обработки под давлением подаётся СОЖ, которая смывает остатки стружки. При этом хорошо удаляется дроблёная стружка. Чтобы избежать появления витой стружки, используют известные технологические приёмы: выбор специальной геометрии инструмента и режимов обработки, применение инструмента с устройством для дробления стружки, программное прерывание подачи инструмента в процессе резания.

b. с базирующих и зажимных элементов станочной оснастки путём обдува сжатым воздухом;

Для очистки от стружки базирующих и зажимных элементов технологической оснастки они дополнительно автоматически обмываются перед установкой заготовки или инструмента или обдуваются сжатым воздухом с помощью специальных сопел. Известны технические решения, когда сопло со сжатым воздухом устанавливается на схват ПР, осуществляющего загрузку заготовки в патрон токарного станка. При установке заготовки в сопло подаётся воздух, струёй которого обдуваются зажимные поверхности кулачков патрона станка.

c. из рабочей зоны станка – стружкоуборочными транспортёрами.

Удаление накапливающейся стружки из рабочей зоны станка производится стружкоуборочными транспортёрами, которыми оборудуется станок в составе ГПМ. При этом стружка, удалённая из зоны резания, попадает в стружкоприёмник, откуда транспортёром переносится в сменную тару, устанавливаемую вне станка. Стружкоуборочные транспортёры имеют различные конструкции. Наибольшее применение получили шнековые и скребковые транспортёры стружки. При наполнении тары стружкой она заменяется свободной, а заполненная тара удаляется из ГПМ транспортной системой.

Проектирование модулей для обработки корпусных деталей (Слайд 23)

1. Технологическое оборудование – фрезерные станки с ЧПУ, обрабатывающие центры.

2. Загрузка/выгрузка. Для установки и закрепления на станке, а также для транспортирования деталей применяются приспособления-спутники (паллеты).

Спутник представляет собой стальную плиту, снабжённую направляющими и имеющую установочные, базирующие и зажимные поверхности для закрепления спутника в станочных приспособлениях. Обрабатываемая деталь крепится на спутнике и проходит все стадии обработки вместе с ним. В настоящее время наблюдается унификация спутников. Так, широкое распространение получила стандартная Европейская паллета (Европаллета, слайд 24).

Различают спутники станочные (входящие в комплектацию ГПМ), транспортные и вспомогательные. Чаще всего используются универсальные паллеты, применяемые и для транспортирования, и для закрепления деталей на станке. Это обеспечивает гибкость транспортной подсистемы, поскольку, с одной стороны, все паллеты имеют унифицированную рабочую поверхность, а с другой – столы системы транспортирования и манипулирования приспособлены для использования паллет конкретного типа.

В случае использования станочных паллет, входящих в ГПМ, заготовка крепится на них вне пределов рабочей зоны, параллельно с обработкой другой детали. После этого она перемещается в рабочую зону, где автоматически фиксируется для обработки. Стандарт ISO 8526-1:1990 предусматривает целый ряд элементов для базирования и закрепления как самих паллет, так и обрабатываемых деталей, и направлен на ещё большую универсализацию конструкции паллет.

(Слайд 25) В зависимости от площади зеркала их рабочие поверхности могут иметь резьбовые отверстия, радиальные Т-образные пазы, взаимно параллельные Т-образные пазы с шагом 63...160 мм, Т-образные пазы и шпонки, сдвоенные Т-образные пазы, идущие в радиальном направлении, а также могут быть гладкими.

(Слайд 26) К станочным паллетам предъявляются высокие требования по точности позиционирования, жёсткости, виброустойчивости, сопротивлению действию сил резания; они не должны реагировать на воздействие СОЖ и образующейся в ходе обработки стружки. Типовая конструкция станочных паллет показана на рисунке. Такие паллеты имеют точность позиционирования 0,002 мм и обеспечивают надёжное закрепление деталей при обработке. Установка осуществляется с помощью плоской пружины на четырех призматических базирующих элементах на столе ГПМ. Паллеты используются для токарной, фрезерной, шлифовальной и электроэрозионной обработки.

Транспортные паллеты состоят из корпуса 1 и пластиковых вставок 2, количество которых определяется количеством транспортируемых объектов. В каждой вставке выполнено гнездо 3 соответствующей формы, служащее для размещения деталей и обусловливающее их строго определенное положение в процессе транспортирования. Использование пластика, обладающего высоким сопротивлением изнашиванию, обеспечивает сохранность гнезд, которые могут повреждаться при частых сменах деталей, снижает массу паллеты, повышает её ремонтопригодность.

Вспомогательная паллета представляет собой стальную раму, в которой размещается деталь. Вспомогательные паллеты используются для создания межоперационных заделов при безлюдной обработке деталей, поскольку они значительно дешевле станочных паллет.

Для установки заготовки на спутник используется вспомогательное приспособление, конструкция которого определяется конфигурацией конкретной заготовки. Наибольшее применение при этом получили универсальноналадочные приспособления (УНП). Основной частью этих приспособлений являются накладные плиты, на которые устанавливаются сменные наладки, базирующие и зажимные элементы и сборочные единицы. УНП выпускаются серийно в виде комплектов деталей и сборочных узлов.

Комбинируя все эти элементы в разных сочетаниях, получают приспособление, необходимое для установки и базирования на спутнике детали конкретной конфигурации (слайд 27, пример вспомогательного приспособления).

3. Компоновка модуля. (Слайд 29)

Основу модуля составляет ОЦ 1, на столе 2 которого устанавливается приспособление 3 для автоматического базирования и закрепления спутников с заготовками. ОЦ имеет встроенный инструментальный магазин 4, в котором хранится сменный инструмент. Управление ГПМ осуществляет устройство ЧПУ (УЧПУ) станка.

Для автоматизации процесса загрузки-разгрузки обрабатывающего центра заготовками используется приемно-передающий стол (ППС) и накопитель (Н). ППС обеспечивает передачу на стол станка спутника с заготовкой и приём спутника с обработанной деталью. Запас спутников с заготовками хранится в накопителе Н. Отсюда спутники поочерёдно через ППС поступают на стол станка. После окончания обработки детали спутник через ППС возвращается в свободную позицию накопителя.

Накопитель может и отсутствовать. В этом случае связь станка с автоматизированной транспортной системой АТС происходит непосредственно через ППС.

Поскольку модуль ориентирован на изготовление более или менее обширной номенклатуры деталей при работе в автоматическом режиме в течение длительного времени, то набора обрабатывающих инструментов, хранящихся в штатном инструментальном магазине станка, бывает недостаточно. Кроме того, возникает необходимость замены сломанного и изношенного инструмента. Поэтому в составе ГПС предусматривается система обеспечения инструментом СИ, элементы которой могут входить непосредственно в состав модуля.

В состав модуля входит также автоматизированная обслуживающая система ОС, которая в первую очередь обеспечивает очистку зоны обработки от стружки и удаления стружки за пределы модуля.

При встраивании модуля в ГПС он взаимодействует с АТС, через которую осуществляется поток материальных предметов, необходимых для работы модуля (заготовки, детали, оснастка), с автоматизированной системой инструмента СИ и информационной магистралью АСУ ГПС.

4) Накопители (магазины).

Для автоматической работы модуля в течение заданного времени необходимо иметь запас заготовок. Эти заготовки на спутниках хранятся в накопителе. Сюда поступают спутники с обработанными деталями для временного их хранения. При использовании модуля в составе ГПМ с развитой транспортно-складской системой накопитель модуля может отсутствовать, однако при автономном использовании модуля в режиме безлюдной технологии их необходимо применять. Ёмкость накопителя выбирается такой, чтобы обеспечить заданную продолжительность работы модуля в автономном режиме. При этом в накопителе могут содержаться разные заготовки, необходимые для обеспечения выпуска заданной на данный период номенклатуры деталей.

В состав накопителя входят устройства для установки спутников, их перемещения и для обеспечения приёмки-выдачи спутников при взаимодействии с внешней транспортной системой и с приёмно-передающим столом станка.

(Слайд 31) Схемы компоновок накопителей различны. Чаще на практике используются горизонтальные накопители (1 – накопитель спутников; 2 – спутник; 3 – позиция загрузки-разгрузки станка; 4 – позиция загрузки-разгрузки накопителя; 5 – транспортная магистраль; 6 – транспортный манипулятор; 7 – продольный роликовый конвейер для спутников; 8 – угловой подъёмный механизм; 9 – поперечный цепной конвейер ускоренного перемещения спутников).

Основу кругового накопителя (а) составляет круговая платформа с позициями для установки спутников. Число позиций накопителя зависит от его размеров. Часто используются накопители на восемь позиций. Такой накопитель имеет привод для периодического поворота платформы на угол, соответствующий шагу позиций, и механизмы перемещения спутников между накопителем и позициями 3 и 4, через которые обеспечивается обмен спутниками с внешней транспортной системой и со станком (через приёмно-передающий стол или непосредственно). Специальное устройство 4 обмена спутниками с транспортной системой может отсутствовать, и тогда спутники подаются непосредственно в свободную позицию накопителя.

Большую ёмкость при сравнительно небольших габаритах имеет накопитель карусельного типа. Основу такого накопителя представляет замкнутый конвейер, который обеспечивает пошаговое перемещение спутников. Конструкция карусельного накопителя получается сложнее, чем конструкция кругового накопителя. В таких накопителях часто используются цепные конвейеры с грузонесущими платформами. Карусельные конвейеры могут применяться при обработке заготовок массой до 500 кг.

В накопителе (в) перемещение спутников осуществляется транспортным манипулятором. В каждый момент времени в таком накопителе движется только один спутник. При этом транспортный манипулятор 6 обеспечивает захват спутника 2 из позиции накопителя 1 и перемещение его к позиции 3 обслуживания станка, а также обратные перемещения. Загрузка накопителя производится через одну из его позиций. Сам накопитель прост по конструкции, не содержит приводов и движущихся деталей, однако конструкция транспортного манипулятора сложна, и стоимость накопителя может быть значительной. Известные накопители такого типа имеют до 10 позиций.

Роликовый конвейер-накопитель (г) имеет два продольных роликовых конвейера 7, которые соединяются двумя поперечными цепными конвейерами 9, обеспечивающими ускоренное перемещение спутников. Для передачи спутников с роликового конвейера 7 на цепной 9 служат угловые подъёмные механизмы 8. Накопитель имеет также механизм перемещения спутников на приёмно-передающий стол станка. Ёмкость накопителя составляет до 12 спутников.

Накопители могут быть подвижными и неподвижными (соответственно с движением деталей или с его отсутствием). Независимо от степени подвижности накопители бывают линейными и замкнутыми. Линейные неподвижные магазины используются как буферные накопители, сглаживающие неравномерность в требованиях на поставку и вывоз деталей, сокращающие время простоя оборудования из-за ожидания разгрузки-выгрузки накопителей. При необходимости большой вместимости применяют замкнутые магазины, содержащие на тактовом устройстве от 4 до 30 мест для спутников. Такие магазины используются для ГПМ на базе многоцелевых станков. Их большая вместимость позволяет создать запас заготовок, достаточный для работы модуля в течение 8-10 часов. Таким образом можно обеспечить автоматическую подачу спутников с заготовками, например, в третью смену, без привлечения транспортных средств.

Замкнутые магазины занимают большую площадь, поэтому чаще стараются применять поворотные двухместные накопители.

Типовым решением магазина ГПМ для обработки корпусов является стационарный магазин с комплектом паллет, поворачивающихся вокруг оси магазина, и толкателем либо линейный магазин, обслуживаемый тележкой с устройством для смены паллет.

Рассмотренные схемы являются наиболее распространёнными и встречаются в различных вариантах исполнения. Наряду с этими схемами накопителей используются и другие. Например, встречаются накопители вертикального типа, в которых спутники размещаются на вертикальном конвейере.

Накопитель взаимодействует с транспортной системой ГПС. Для обмена спутниками между приёмной позицией накопителя и транспортным средством необходимо обеспечить точное позиционирование последнего относительно позиции накопителя.

(Слайд 32) Грузонесущая платформа 1 установлена на транспортном средстве 5 с помощью центрирующих конусов 4. Аналогичные центрирующие конусы 3 имеют стойки 2 приёмной позиции накопителя. В транспортном положении грузонесущая платформа 1 опирается на конусы 4, и уровень её верхней части располагается выше конусов 3. После того как транспортное средство прибыло на приёмную позицию и остановилось, включается механизм опускания платформы 1, и она, опускаясь на конусы 3 стоек 2, самоустанавливается на приёмной позиции. В этом положении возможно перемещение спутника с платформы на позицию накопителя и наоборот.

После приёма очередного спутника на грузонесущую платформу транспортного средства происходит её подъём, и она самоустанавливается на опорных конусах 4 транспортного средства 5. В этом положении и осуществляется транспортирование груза.

При использовании накопителя должен обеспечиваться доступ к его произвольной позиции для поиска конкретной заготовки. Для этого накопители снабжаются устройствами определения кодов спутников. А система управления накопителем имеет возможности поиска и выбора любого нужного в данный момент спутника, на какой бы позиции он ни находился.

Одна из наиболее распространённых систем идентификации основана на использовании системы штриховых кодов. Цифры в двоичном штриховом коде записываются как комбинация тёмных штрихов (1) и светлых промежутков (0). Наряду с основными знаками используются вспомогательные (разделяющие и ограничивающие запись). Принципы записи обычно нормализованы на уровне предприятия либо государства. В таблице (слайд 30) приведены примеры штриховых кодов согласно стандартам ISO.

Группа штрихов, имеющая смысловую завершённость, разделяется специальными (разделительными) символами, что позволяет считывать код в любом направлении. Для удобства визуального анализа кода символы разделяются короткими штрихами, расположенными сверху кода.

Система считывания и декодирования штрихового кода включает сканирующую лазерную головку, формирующую качающийся узкий световой пучок; этикетку с кодом, отражающим или поглощающим этот световой пучок; оптико-электронный преобразователь, формирующий аналоговый электрический сигнал; системный контроллер.

Этикетка с кодом размещается (наклеивается) на паллете либо непосредственно на детали (в случае обработки без паллет) и считывается сканером. Сканирующая головка снабжена источником излучения волны определенной длины, световой поток которого передается по волоконно-оптическим кабелям или через систему линз. Для повышения помехозащищённости системы применяются оптические фильтры. Системный контроллер выполняет функции дешифрации кода, корреляции с эталоном, обработки данных и передачи информации. Информация пересылается в главный компьютер, который определяет дальнейший путь перемещения детали.

5) Загрузка спутников.

На столе станка устанавливается автоматическое приспособление для установки, базирования и зажима спутника с заготовкой. Спутник в приспособление поступает с промежуточного приёмно-передающего стола, находящегося рядом со станком. Перемещение спутника на стол станка может осуществляться либо с помощью рабочих движений шпинделя станка, либо с помощью специальных механизмов подачи, вмонтированных в приёмно-передающий стол. Конструктивно более прост первый вариант.

(Слайд 35) Загрузка станка с использованием рабочих движений шпинделя станка происходит следующим образом: рядом со столом станка устанавливается приёмно-передающий стол 8, снабженный салазками 7, на которых закреплены две платформы 6 с направляющими для установки спутников 4. Салазки 7 могут перемещаться вдоль продольной оси стола станка по основанию 10 с помощью гидроцилиндра 9.

Платформы 6 поочередно устанавливаются гидроцилиндром 9 в позицию, соосную с зажимным приспособлением 5, находящимся на столе 11 обрабатывающего центра. Для загрузки станка платформа с установленным спутником перемещается в исходную позицию.

В шпиндель 1 станка вместо инструмента из инструментального магазина поступает специальная оправка 2, снабженная замком для захвата спутника. Поперечным движением шпинделя станка под управлением программы оправка выводится в позицию захвата спутника, и её замок соединяется с кронштейном 3 спутника. Обратным движением шпиндель перемещает захваченный спутник с платформы 6 на направляющие приспособления 5. После зажима спутника оправка расцепляется с кронштейном спутника и удаляется из шпинделя станка в инструментальный магазин, а затем начинается обработка.

Когда обработка заканчивается, оправка возвращается в шпиндель станка, и с её помощью освобождённый из приспособления спутник возвращается на свободную платформу приёмно-передающего стола. Затем происходит расцепление замка оправки, и гидроцилиндр 9 перемещает салазки 7 таким образом, чтобы в позицию захвата установилась платформа со спутником, несущим очередную заготовку, после чего происходит очередной цикл загрузки станка.

(Слайд 36) Приёмно-передающие столы с встроенным механизмом подачи устроены более сложно. Они имеют напольную конструкцию. На основании 7 смонтированы направляющие, по которым перемещается каретка 6, снабжённая двумя платформами для спутников, разделенными планкой 5.

Каждая платформа имеет поперечные роликовые направляющие 3, на которые устанавливаются спутники, с возможностью перемещения в поперечном направлении по отношению к продольной оси приёмно-передающего стола. Для стыковки приёмно-передающего стола со столом станка используется промежуточный кронштейн 2, также снабжённый направляющими.

Приёмно-передающий стол имеет два электромеханических привода подачи. Привод 4 служит для поперечного перемещения спутника вдоль оси Z, а второй привод обеспечивает продольное перемещение каретки 6. Для ручного управления приводом предусмотрен пульт управления 1.

При загрузке станка каретка 6 с помощью продольного привода перемещается таким образом, чтобы против направляющих кронштейна 2 установилась платформа, несущая спутник с установленной заготовкой. Затем включается поперечный привод 4 и перемещает спутник через промежуточный кронштейн 2 на направляющие зажимного приспособления станка. Поданный спутник зажимается в приспособлении, происходит расцепление привода 4 со спутником, и привод возвращается в исходное положение. Разгрузка стола станка после обработки происходит в обратной последовательности.

Конкретная схема перемещения спутников в процессе загрузки-разгрузки обрабатывающих центров (Слайд 37: 1 – загрузочная позиция приёмно-передающего стола с очередным спутником; 2 – стол обрабатывающего центра; 3 – стойка обрабатывающего центра; 4 – разгрузочная позиция приёмно-передающего стола; 5 – поворотный приёмно-передающий стол) выбирается в зависимости от планировки оборудования, направленности технологических транспортных потоков транспортирования заготовок и обрабатываемых деталей и других условий эксплуатации станков. Перемещения спутника в процессе загрузки-разгрузки показаны стрелками.

6) Замена инструмента.

При использовании обрабатывающего центра в составе ГПМ возникает необходимость автоматизации операции смены инструмента в инструментальном магазине станка. Наиболее часто реализуются два основных способа: смена инструмента в магазине через шпиндель станка и непосредственная смена инструментов в магазине с использованием вспомогательного инструментального манипулятора.

(Слайд 39) При использовании первого способа инструментальный комплект доставляется к станку на стандартном спутнике в едином транспортном потоке с заготовками. Однако в этом случае спутник оснащен инструментальной кассетой, в ложементы которой установлены нужные инструменты (1 – спутник; 2 – инструментальная кассета; 3 – сменный инструмент). Инструменты в кассете фиксированы в определённом положении, но могут выниматься из ложемента движением вверх.

Спутник устанавливается на стол станка и закрепляется. Свободный от инструмента шпиндель станка под управлением программы смены инструмента перемещается таким образом, что его приёмный конец надвигается на хвостовую часть инструментальной оправки, и становится возможным захват инструмента в шпинделе. После захвата шпиндель движется вверх, вынимает инструмент из ложемента и затем перемещается в позицию перегрузки инструмента из шпинделя в штатный инструментальный магазин станка. Доставленный инструментальным манипулятором станка инструмент перегружается в свободное гнездо инструментального магазина, а в шпиндель вставляется инструмент, который необходимо удалить из инструментального магазина. Шпиндель переносит этот инструмент в свободный ложемент инструментальной кассеты, и программа переходит к замене следующего инструмента. Операция повторяется до окончания смены всех доставленных в кассете инструментов.

Спутник устанавливается на стол станка. Инструменты из него один за другим перемещаются в инструментальный магазин при помощи шпинделя станка, а их место занимает инструмент, удаляемый из магазина.

Этот способ прост и требует минимума дополнительных средств (инструментальная кассета), однако занимает много времени, значительно снижая производительность станка.

(Слайд 40)

Непосредственная смена инструмента в инструментальном магазине станка с использованием специального инструментального манипулятора свободна от этого недостатка и позволяет заменять инструмент прямо во время обработки детали. Однако техническое осуществление способа значительно сложнее. (1 – внешний инструментальный магазин; 2 – робот-автооператор; 3 – инструмент с оправкой; 4 – перегрузочное гнездо; 5 – инструментальный манипулятор; 6 – цепной инструментальный магазин станка).

Запас сменного инструмента хранится в линейном магазине 1, вдоль которого перемещается робот-автооператор 2. Он извлекает нужный инструмент 3 из внешнего магазина и переносит его в перегрузочное гнездо 4, где считывается код инструмента, и система управления проверяет правильность подачи инструмента.

Если требуемый код инструмента подтверждается, то перегрузочное гнездо с установленным инструментом поворачивается в горизонтальное положение, и инструментальный манипулятор 5 передаёт инструмент из перегрузочного гнезда 4 в свободное гнездо инструментального магазина 6 станка. Удаление инструмента из инструментального магазина происходит в обратной последовательности.

(Слайд 41) Ещё один способ замены инструмента – иструментальный робокар (1), оснащенный инструментальной стойкой (3) на 10–50 инструментов и роботом (2) с тремя степенями свободы.

При перемещении робокара вдоль инструментального склада рука робота захватывает инструмент из ячеек склада и помещает его в ячейки инструментальной стойки 3. После окончания загрузки робокар транспортирует инструмент к ОЦ, имеющему инструментальный магазин 4, обслуживаемый инструментальным манипулятором 5, обеспечивающим перенос инструмента из магазина 4 в шпиндель станка 6.

Загрузку инструмента из инструментальной стойки 3 в гнёзда станочного инструментального магазина 4 осуществляет рука робота 2. При этом возможно обратное перемещение удаляемых из магазина 4 инструментов в инструментальную стойку 3.

Кроме рассмотренных узлов, на рисунке выделены также: 7 – стол станка с установленным спутником, 8 – приёмно-передающий стол, 9 – транспортный конвейер для стружки.

В последнее время применяются ГПМ с многошпиндельными головками, обеспечивающими одновременную обработку детали несколькими инструментами. При этом инструментальная система обеспечивает хранение и смену многошпиндельных головок на станке. В состав системы входит склад многошпиндельных головок с устройством их приёма-выдачи и автооператор для смены головок на станке.

При организации инструментальной системы важной является проблема идентификации инструмента. Для этого используются три основных способа. Первый заключается в том, что инструментальная наладка имеет кодовый датчик того или иного конструктивного исполнения. Так, например, на корпусной части оправки может быть выполнена лыска с резьбовыми отверстиями, куда вворачиваются резьбовые штыри для набора кода. Код инструментальной наладки считывается устройством считывания, например, в виде электромеханической схемы. В этом случае инструмент может загружаться в любое гнездо инструментального магазина.

При втором способе каждому гнезду инструментального магазина соответствует вполне определённый инструмент, и для выбора нужного инструмента происходит управляемое позиционирование инструментального магазина.

В основе третьего способа лежит переменное кодирование гнезда под инструмент. При этом устройство ЧПУ хранит динамическую систему таблиц, в которых каждому инструменту соответствуют коды инструмента, коррекция длины и радиуса инструмента, признак годности для дальнейшей работы, признак резервирования, код гнезда магазина, несущего инструмент. При смене инструмента предыдущий инструмент устанавливается на место последующего, а в таблицы автоматически вносятся изменения.

В последнее время для кодирования инструментов используются микросхемы памяти, куда заносится информация о номере, длине и диаметре инструмента, а также о других его характеристиках, например, стойкости. Блок с микросхемой диаметром 10–12 мм и толщиной 8–10 мм встраивается в инструментальную оправку. Информация считывается электронным устройством.

7) Удаление стружки.

(Слайд 43) Наиболее благоприятные условия для удаления стружки создаются при обработке вертикальных поверхностей детали. При этом стружка по большей части падает вниз, где устанавливаются стружкосборники. Для защиты направляющих и горизонтальных поверхностей станка устанавливаются дополнительные экраны (1 – шнековый транспортер для стружки; 2 – наклонные защитные экраны; 3 – шпиндель обрабатывающего центра; 4 – заготовка).

Однако полностью решить проблему стружкоудаления за счет её естественного падения вниз не удаётся. Дополнительно используют смыв стружки смазочно-охлаждающей жидкостью или сдув сжатым воздухом.

Для этого вокруг шпинделя часто располагаются несколько сопел, в которые подается жидкость, обеспечивая смыв стружки с поверхности детали и инструмента. Сжатый воздух можно применять для удаления мелкой и лёгкой стружки. При принудительном стружкоудалении необходимо ограждать рабочую зону.

Из рабочей зоны стружка удаляется путём смыва СОЖ или обдува сжатым воздухом. Также возможна установка резинового скребка для смёта стружки в инструментальный магазин и оттуда в шпиндель станка или использование для этой цели ПР.

Хорошие результаты даёт удаление стружки с помощью различных щёток, скребков и пр. Например, резиновый скребок может устанавливаться в инструментальный магазин станка и после обработки детали вызываться в шпиндель. Перемещая скребок под управлением программы, очищают стол станка и другие поверхности. Если станок обслуживается ПР, то удаление стружки с помощью щётки и скребка может быть одной из его функций.

Сложно удалять стружку из отверстий, особенно из отверстий малых диаметров. При этом наличие стружки в отверстии может существенно усложнить операцию резьбонарезания метчиком.

(Слайд 44) Специальное устройство для удаления стружки из отверстий и её сбора представляет собой контейнер 3, снабжённый стандартным хвостовиком 4 и хранимый в инструментальном магазине ОЦ. Контейнер устанавливается в шпиндель станка и подводится к поверхности обрабатываемой детали 1 до соприкосновения с поверхностью резинового шланга 2. После этого в центральную трубку подаётся воздух под давлением, происходит выдувание стружки из отверстия и перенос её в контейнер.

Ёмкость контейнера достаточна для сбора стружки в течение двух смен. Стружка, удалённая из рабочей зоны станка, падает в стружкоприёмники транспортёров и удаляется за пределы станка. Дальнейшая транспортировка стружки возможна либо с помощью робокаров, либо с помощью различных конвейеров. При этом система стружкоудаления на базе использования робокаров отличается гибкостью и не требует больших затрат на своё осуществление.

При обработке корпусных деталей возникает необходимость в очистке самих деталей от стружки после обработки. Для этой цели используют мойку детали в моечных камерах или с помощью ПР, очистку деталей с помощью ПР или специальные качающиеся платформы, где с наклоняемой детали стружка ссыпается.

Опыт промышленной эксплуатации ГПС в развитых странах позволил выявить их преимущества по сравнению с традиционным производством. Эти преимущества можно сгруппировать по 4-м критериям:

1) Увеличение мобильности производства:

- сокращение сроков освоения новой продукции и поставки её потребителю за счёт совместного использования АСТПП-САПР-ГПС;

- повышение гибкости производства за счёт сокращения времени переналадки, благодаря чему минимальный размер партии сокращается до 1 заготовки. Дело в том, что потери на переналадку станка с ЧПУ зависят от размера партии заготовок. Если партии небольшие, то число переналадок и, соответственно, суммарные простои станка увеличиваются. Следовательно, растёт и средняя стоимость обработки одной заготовки. С увеличением размера партии суммарное время переналадок уменьшается. Однако вместе с тем растёт объём незавершённого производства, а следовательно, увеличиваются связанные с ним оборотные средства. В итоге оптимальная величина партии запуска заготовок в обработку получается в случае, когда сумма потерь от простоев станка и потерь, связанных с незавершённым производством, минимальна.

- улучшается качество управления производством за счёт ускорения прохождения информации по всем отделам на основе компьютерной интеграции и сокращения объёмов всякого рода «бумажной» работы;

- увеличиваются производственные мощности как за счёт высвобождения станков, инструментов, приспособлений и оснастки для других производственных задач, выпуска другой продукции, так и за счёт возможности постепенно наращивать производственные мощности путём добавления станков и прочего оборудования;

- появляется возможность модернизации предприятий на базе новейших достижений науки и техники без остановки производства и при минимальных капитальных затратах.

2) Увеличение фондоотдачи производства, выражающееся в том, что:

- сокращается время производственного цикла. Время «от ворот до ворот» сокращается в среднем в 30 раз – от нескольких месяцев до нескольких дней или от нескольких недель до нескольких часов;

- сокращаются основные фонды. Сокращение необходимого количества станков по сравнению с обработкой того же количества деталей на станках с ЧПУ составляет 20-50%. Более интенсивное использование основного оборудования происходит за счёт повышения коэффициента загрузки оборудования (увеличивается до 85-90% вместо 30-40%);

- уменьшается номенклатура и количество режущего инструмента (за счёт более полного использования периода его стойкости и отказа от принудительной смены инструмента);

- сокращаются межоперационные заделы между станками (тем самым сокращаются объёмы оборотных средств). В результате на 30-40% сокращаются производственные площади.

3) Значительно увеличивается эффективный годовой фонд времени работы станков за счёт:

- увеличения загрузки оборудования до 80-90%;

- сокращения всех видов потерь времени;

- повышение коэффициента сменности до 2-3х (соответственно при 2-3хсменной работе) и возможности работы в «безлюдном» режиме в выходные и праздничные дни.

4) Рост производительности труда за счёт повышения производительности на всех стадиях производства, в т.ч. при проектировании, технологической подготовке, обработке, сборке, контроле, а также на всех вспомогательных работах (складирование, транспортировка).

Опыт эксплуатации современных САПР для сложных изделий показывает, что производительность труда конструктора увеличивается в 4-5 раз, а в отдельных случаях – в 10 раз.

Нередки случаи, когда число операторов, обслуживающих ГПС, сокращается в 10-12 раз по сравнению с необходимым числом станочников в расчёте на равный выпуск продукции.

5) Повышение качества продукции обеспечивается за счёт того, что

- надёжность управления станками повышается настолько, что квалификация оператора уже не является главным фактором повышения качества продукции. Обеспечивается высокая стабильность качества, не зависящая от психофизического состояния человека;

- качество продукции становится функцией качества содержания и обслуживания станков, режущего инструмента, крепёжных и установочных приспособлений, точности управляющих программ, т.е. переходит из рук рабочего в руки инженерно-технического персонала.

Дата добавления: 2017-01-14