3. Вопрос 2 Особенности проектирования технологических процессов изготовления деталей на автоматических линиях и станках с чпу

Автоматическая линия (АЛ) — это непрерывно действующий комплекс взаимосвязанного оборудования и системы управления, требующий полной временной синхронизации операций и переходов. Наиболее эффективными методами синхронизации являются концентрация и дифференциация ТП.

Дифференциация технологического процесса, упрощение и синхронизация переходов — необходимые условия надежности и производительности. Однако есть свои рациональные пределы дифференциации ТП и упрощения переходов. Чрезмерная дифференциация приводит к усложнению обслуживающего оборудования, увеличению площадей и объема обслуживания.

Целесообразная концентрация операций и переходов, может быть осуществлена путем агрегатирования, применения многоинструментальных наладок.

Для синхронизации работы в автоматической линии (АЛ) определяется лимитирующий инструмент, лимитирующий станок и лимитирующий участок, по которым устанавливается реальный такт АЛ, мин,

60Ф

где Ф — действительный фонд работы оборудования, ч; N — программа выпуска, шт.

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) обеспечивают высокую степень автоматизации и широкую универсальность, резко сокращая путь от чертежа до готовой детали в условиях как единичного, так и серийного производства.

Станки с ЧПУ дают высокую точность и качество изделий и могут использоваться при обработке сложных деталей с точными ступенчатыми или криволинейными контурами. При этом снижается себестоимость обработки, квалификация и число обслуживающего персонала. Автоматизация подготовки управляющих программ (УП) делает возможным автоматизировать весь комплекс работ: от проектирования до изготовления и контроля.

Особенности обработки деталей на станках с ЧПУ определяются особенностями самих станков и, в первую очередь, их системами ЧПУ, которые обеспечивают:

• сокращение времени наладки и переналадки оборудования, включая время программирования обработки, что весьма важно для работы переналаживаемых АПС;

• увеличение сложности циклов обработки, что в наибольшей степени реализуется на многооперационных станках с ЧПУ (обрабатывающих центрах) при обработке сложных деталей со многими обрабатываемыми поверхностями;

• возможность реализации ходов цикла со сложной траекторией, что позволяет обрабатывать детали любой сложности;

• возможность унификации систем управления станков с СУ другого оборудования, например промышленных роботов (ПР), транспортеров, накопителей, автоматизированных складов, что позволяет использовать станки с ЧПУ в составе АПС и реализовать в этих автоматизированных производственных системах роботизированные ТП;

• возможность использования ЭВМ для управления станками с ЧПУ, входящими в состав АПС, что позволяет значительно расширить технологические возможности всей АПС, увеличить сложность и номенклатуру деталей, обрабатываемых в АПС, автоматизировать и оптимизировать разработку маршрутной и операционной технологий, транспортно-технологических схем роботизированных процессов.

Исключается возможность подгонки, регулировки. Строго должны быть соблюдены принципы выбора и постоянства баз, которые определяют качество собираемых изделий и надежность работы сборочных роботизированных технологических комплексов (РТК).

Выполнение операций сборки должно проходить от простого к сложному: детали — в подузлы, подузлы — в узлы, узлы — в агрегаты и агрегаты — в изделие. В зависимости от сложности и габаритных размеров изделий выбирают форму организации сборки: стационарную или конвейерную. Стационарная сборка возможна без перемещения изделия, с подводом сборочных узлов и деталей к базовой сборочной единице (детали, узлу и т.д.). Конвейерная сборка возможна, когда роботы обслуживают рабочие места с различной ориентировкой и погрешностью позиционирования деталей и узлов.

При разработке ТП сборки в РТК предпочтительна высокая концентрация операций, определяющая модели роботов, их функции, точность, оперативность, быстродействие. Особенно важно уточнить временные связи элементов РТК, так как и они могут определить операционные возможности, модели и количество сборочных промышленных роботов (ПР). С этой целью возможно построение циклограммы как отдельных роботизированных рабочих мест и ПР, так и всего РТК в целом. На основе операционной технологии и циклограмм РТК может быть проведена подготовка управляющих программ для сборочных роботов с ЧПУ и для всего РТК.

Перспективным направлением роботизации сборки является использование ПР, построенных по блочно-модульному принципу, а также обучаемых ПР.

6. Выбор технологического оборудования и промышленных роботов для автоматизированного производства

Выбор технических средств для АП — один из важнейших этапов, определяющих структурно­компоновочные решения, организационные и технологические возможности, эксплуатационные расходы и другие показатели производства.

Исходной информацией для выбора оборудования и промышленных роботов являются сведения об изготовляемых деталях и организационно-технологических условиях их изготовления. Подбор и группирование деталей для изготовления на автоматизированном участке производится с учетом следующих характеристик:

• конструктивно-технологическое подобие деталей, т.е. сходство по габаритным размерам, массе, конфигурации, характеру конструктивных элементов, требованиям к точности обработки и качеству обрабатываемых поверхностей, числу обрабатываемых поверхностей;

• максимальная степень завершенности маршрута обработки деталей на автоматизированных участках (АУ) без прерывания маршрута обработки для выполнения каких-либо специфических операций (термообработки, доводки и др.);

• подобие используемой оснастки и инструментов;

• наличие у деталей четко выраженных признаков ориентации, однородных по форме и расположению поверхностей для базирования в приспособлениях-спутниках или захвата захватными устройствами ПР. Подобранная группа деталей с учетом годовой программы выпуска, размеров, частоты повторяемости каждого типоразмера и числа переналадок должна обеспечить загрузку оборудования при двух- или трехсменной работе.

На основе подобранной группы деталей с учетом видов обработки и трудоемкости проводится выбор типа требуемого оборудования, приспособлений, промышленных роботов, характера и маршрута транспортирования деталей. На этом этапе определяется компоновка автоматизированного производственного участка, проводится расчет вместимости автоматизированного склада, числа спутников, оптимизация пространственного расположения оборудования.

Для определения состава оборудования, включаемого в автоматизированные переналаживаемые системы, необходима показательная проработка ТП всех деталей, обрабатываемых в системе. В первую очередь, разрабатывают ТП на деталь, имеющую наибольшее число обрабатываемых поверхностей; при этом намечают первоначальную специализацию оборудования и выявляют необходимые технологические характеристики для оборудования с ЧПУ. Технологические процессы для остальных деталей группы строят в соответствии с принятым типовым маршрутом и с учетом намеченной специализации оборудования.

Исходя из разработанных ТП, выявляют технологические характеристики станков, на основании которых проводят подбор станков из имеющегося парка (в соответствии с каталогом станков с ЧПУ) или разрабатывают и используют специализированное оборудование с ЧПУ.

При подборе станков необходимо учитывать возможность их встройки в АПС. Для этого они должны иметь однотипные автоматические устройства для загрузки и закрепления спутников, одинаковые устройства ЧПУ и достаточную вместимость магазинов инструментов. Таким образом, в состав АПС включают станки с ЧПУ, параметры которых обеспечивают реализацию ТП обработки определенной группы деталей. Туда же могут встраиваться и универсальные станки или специализированное оборудование, не оснащенное ЧПУ, а также станки без устройств для автоматической загрузки деталей.

Необходимое число основного оборудования проектируемого участка подсчитывают отдельно по номенклатуре и каждому типоразмеру с учетом затрат штучного времени Тшт по отдельным операциям ТП, выполняемым на данном оборудовании, программы и номенклатуры выпускаемых деталей или изделий.

Выбор основного технологического оборудования. Анализ многообразия деталей, подлежащих автоматизированной обработке, и известных автоматизированных участков показывает, что можно выделить два основных типа производственных участков, отличающихся оборудованием, средствами автоматического транспортирования, структурно-компоновочными решениями: автоматизированные участки для изготовления деталей типа тел вращения (например, валов) и корпусных деталей.

5. Технологический контроль конструкторской документации

Назначение технологического контроля. Технологическим контролем называется контроль конструкторской документации, при котором проверяют соответствие разрабатываемой конструкции изделия требованиям ее технологичности.

Технологичность конструкции изделия — это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

Конструкторская документация не регламентирует методы и способы изготовления изделия, а также последовательность их применения. Это относится и к технологической документации.

Но данные, содержащиеся в конструкторской документации, в значительной степени влияют на их выбор и применение, поэтому необходимы и обязательны взаимная увязка и согласование конструкторской и технологической документации.

Технологические требования в конструкторской документации разработчик учитывает до начала проектирования технологических процессов. Проверка исчерпывающего и точного учета конструктором этих требований и составляет задачу технологического контроля.

При решении основной задачи — отработки конструкции изделия на технологичность — каждое изделие следует рассматривать как объект проектирования, объект производства и объект эксплуатации (рис. 19).

Рис. 20. Классификация технологичности конструкций изделия

Между характеристиками технологичности конструкции и предъявляемыми к ней основными требованиями существует определенная взаимосвязь (табл. 6).

Следовательно, технологичность является основой наилучшего использования конструкторско- технологических резервов для наиболее полного решения задач повышения технико-экономических показателей качества изделия и его изготовления при соблюдении технических требований. В связи с этим достижение высокой технологичности — основная цель технологической отработки конструкции в период подготовки производства.

Таблица 6

Взаимосвязь характеристик технологичности конструкций и предъявляемых к ней требований

Технологически маршрут изготовления деталей типа тел вращения обычно состоит из предварительной или окончательной токарной обработки, сверлильно-фрезерных операций, термообработки и шлифования. Для автоматизированного изготовления таких деталей неприемлем способ закрепления их в приспособлениях-спутниках. Это связано с тем, что детали типа тел вращения при обработке закрепляются в патронах и получают вращение вокруг оси. Поэтому основной путь автоматизации процесса изготовления деталей типа тел вращения — использование станков с ЧПУ и ПР. Заготовки располагаются на призмах или в пазах в накопителях без жесткого закрепления.

Выбор промышленных роботов для обслуживания технологического оборудования. Промышленные роботы чаще всего применяют для автоматизации загрузки-выгрузки изделий на технологическое оборудование, они могут выполнять также смену инструмента и контроль изделий на оборудовании. Применение ПР выравнивает и стабилизирует работу оборудования, увеличивает загрузку оборудования, обеспечивает гибкость (быструю переналадку) при смене изделия, улучшает условия труда в автоматизированном производстве. При этом ПР должны иметь:

• достаточный технический уровень для обслуживания сложного технологического оборудования;

• соответствующие технические характеристики (грузоподъемность, скорость срабатывания, точность позиционирования, тип программного устройства);

• стыкуемость с обслуживаемым оборудованием по всем параметрам;

• высокую надежность, достаточную универсальность, малое время переналадки;

• возможность повышения технико-экономических показателей обработки (низкий уровень брака, высокая производительность).

При выборе ПР необходимо учитывать:

• соответствие массы манипулируемого объекта грузоподъемности ПР;

• соответствие зоны, в которой должно проводиться манипулирование, рабочей зоне робота;

• соответствие траектории, скорости и точности движений кинематическим и точностным возможностям ПР;

• возможность захватывания детали захватным устройством;

• возможность построения траектории перемещения схвата робота между заданными точками в рабочей зоне.

Для автоматизированного участка целесообразно использовать группу однотипных ПР, так как упрощается их обслуживание и наладка.