лекция Додонов част 2, страница 3

Большая номенклатура изготовляемых деталей и высокая отдача обо­рудования, включенного в ГПС, как правило, требуют оснащения ее авто­матизированным складом (АС) заготовок и деталей, а также инструмента и оснастки, необходимых для бесперебойного функционирования ГПС (см. рис. 7.2, г).

Дальнейшим логическим шагом развития ГПС по пути повышения надежности функционирования и осуществления своевременного обеспечения всеми элементами технологического процесса является включение в ее состав систем обеспечения функционирования (СОФ ГПС и ГПЯ), системы автоматизированного контроля (САК), автоматизированной системы удаления отходов (АСУО), а также включение ГПС в автоматизированную систему управления производством (АСУП) (см. рис. 7.2, д). Качественно новые возможности ГПС достигаются при интегрировании в системе их управления автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТГШ), включающей соответствующие системы автоматизированного проектирования (САПР) - конструирования, технологии и т.п. В этом случае достигается высший - третий уровень автоматизации производства (см. рис. 7.2, е). Рис. 7.2 показывает, что рост уровня автоматизации достигается значительным усложнением конструкции и системы обеспечения функционирования ГПС и ГПЯ, а значит, увеличением их стоимости. Поэтому задаваемый уровень автоматизации должен быть экономически обоснован.

Модули для токарной обработки.

Предназначены для обработки деталей типа тел вращения. Практика построения токарных модулей показала, что они строятся на базе серийных или специальных станков.

В последнее время появилась новая компоновка: шпиндели устанавливаются сверху, давая возможность перемещения по осям X и Y. Такие станки называются инверсными(inverted vertical turning machine).

Инверсные станки имеют следующие преимущества: стружка из зоны обработки свободно падает вниз, не попадая на направляющие; шпиндельные узлы, подвижные по осям X и Y, выполняя свои основные функции, могут служить транспортно-загрузочным средством в ГПМ; сокращается продолжительность транспортных операций.

В этой компоновке традиционный вертикальный станок, как бы перевернутый вверх ногами, выполняет различные операции точения и измерения в автоматическом цикле. Традиционные токарные операции возможны на одном станке, обеспечивающем комплексную обработку заготовки. Инверсные станки по изложенной схеме позволяют производить не только токарную обработку и измерение, но и фрезерование, растачивание, лазерную и индукционную закалку, шлифование и мойку. Установку заготовки и снятие детали выполняет многофункциональный шпиндельный блок своим рабочим шпинделем. Заготовка поступает на позицию установки по огибающему станок конвейеру, однако транспортные перемещения здесь более короткие, что позволяет сократить вспомогательное время. Измерения осуществляются выборочно в процессе обработки(с точностью, обеспечиваемой КИМ) поворотным измерительным щупом, с минимальными затратами времени. Перед измерением деталь обдувают воздухом. Точность измерения составляет ±2 мкм. Максимальный разброс точности позиционирования не превышает 1 мкм. За один установ заготовки производится её черновая и чистовая обработка.

Модули для сверлильно-фрезерно-расточной обработки. Рассмотрим традиционные конструкции ГПМ для обработки корпусных деталей.

ГПМ на базе многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков должны отвечать специфическим требованиям: наличие магазинов ПС, шпиндельных головок; возможность замены комплектов инструмента или целиком инструментальных магазинов; замена тары для стружки и емкостей для СОЖ при переходе на обработку различных материалов; очистка от стружки опорных поверхностей спутников и позиционных приспособлений; корректировка положения заготовки в спутнике и т.д. Обязательное требование к ГПМ – возможность его встраивания в ГПС. Поэтому модуль должен иметь стандартные сопрягающие устройства для стыковки с АТСС, с центральной ЭВМ, а также с отдельными системами ЧПУ станков, ПР и транспортных устройств. ГПМ создают на основе модульного принципа.

На рисунке приведена компоновка ГПМ , построенного на базе серийного горизонтального многоцелевого сверлильно-фрезерно-расточного станка с ЧПУ. ГПМ оснащен дополнительным накопителем приспособлений-спутников. Устройство смены спутников представляет собой двухпозиционный поворотный стол, связывающий станок с накопителем. На спутник можно устанавливать как заготовку, так и кассету с инструментом. Кассета в нужный момент подается на стол станка, а затем манипулятор заменяет инструмент.

Для горизонтальных ГПМ предпочтительна компоновка с одной подвижной ( по координате X или Z) стойкой портального типа, с подвижным ( по координате X или Z) поворотным (дискретно или непрерывно по координате В – см. рисунок) столом и с центрально расположенной вертикально перемещающейся ( по координате Y) шпиндельной бабкой (симметричной конструкции) с невыдвижным шпинделем.

Для возможности обработки деталей с пяти сторон без переустановки, некоторые горизонтальные ГПМ оснащены автоматически поворачивающейся головкой, благодаря чему шпиндель может переходить из горизонтального положения в вертикальное, а также станками со сменными многошпиндельными коробками.

Гибкие производственные системы.

ГПС строятся по агрегатно-модульному принципу, что имеет ряд преимуществ. Рассмотрим последовательность создания ГПС.

На рис. 9.14 приведены стандартные узлы, на базе которых строятся горизонтальные ГПМ в зависимости от конкретных требований заказчика. Некоторые узлы являются общими для всей гаммы, другие относятся только к определенным ее типоразмерам.

На рис. 9.15 показан ГПМ для сверлильно-фрезерно-расточных работ, построенный по агрегатно-модульному принципу с использованием стандартных узлов (см. рис. 9.14). На рис. 9.16 показана схема фрагмента ГПС, построенной на базе приведенного на рис. 9.15 ГПМ, где происходит постепенное, по мере необходимости, наращивание количества модулей, добавляются станки, станции хранения паллет, увеличивается длина транспортера и устанавливается контролер управления участком. Стандартные узлы относятся к основным узлам ГПМ, определяющим производительность и точность обработки. Элементы систем управления (системы ЧПУ, различные датчики, электрошкафы и др.), шпиндельные узлы, комплекты приспособлений и загрузочные устройства встраиваются в станки при проектировании их по каталогам и покупаются у специализированных предприятий.

При создании специальных узлов ГПМ, следовательно и ГПС (например, зажимных приспособлений), используется агрегатно-модульный принцип.

В зависимости от схемы расположения оборудования в ГПС (рис. 9.17) транспортирование заготовок и других компонентов материального потока организуется по жесткому или по гибкому маршруту. При комбинированном потоке на отдельных участках ГПС маршрут может не изменяться, а на других может быть изменен. В этом случае транспортную систему планируют так, чтобы заготовки могли подаваться к оборудованию в различной последовательности, пропуская какую-либо единицу оборудования ГПС. На основе использования различных компоновочных решений разработаны типовые схемы размещения оборудования в ГПС различного технологического назначения для мелко-, средне- и крупносерийного производства.

Проектирование ГПС

Повышенный интерес к разработке средств, реализующих гибкую «безлюдную» технологию, объективно основан на современной ситуации, сложившейся в мировом промышленном производстве, характеризующемся, с одной стороны, быстрой сменяемостью заказов и, с другой стороны, возрастающим дефицитом и стоимостью квалифицированной рабочей силы.

Для проектирования ГПС необходимо достаточное количество исходной информации, поэтому проводятся так называемые предпроектные исследования. Они начинаются с анализа производства, так как проектируемая ГПС должна прежде всего вписаться в структуру производства организационно. В результате анализа выясняется номенклатура, численность, партионность, конструктивно-технологические особенности деталей, особенности сборочного производства, его ритмичность, организационно-технические характеристики.

Получение достаточной информации для проектирования ГПС является сложной задачей и требует самостоятельных исследований. Входную информацию можно разделить на две группы:

информация об изделии (детали), которое необходимо изготовить в ГПС. Сюда входят показатели качества, периодичность изготовления, число деталей, изготовляемых по неизменным чертежам, и приблизительные затраты (средняя себестоимость изделий);

информация, необходимая для проектирования отдельных подсистем. Сюда относятся данные о надежности отдельных элементов подсистем и др.

В настоящее время, проектируя ГПС, не удается получить полную информацию как по первой, так и по второй группе. Причем недостаток информации об изделиях, которые необходимо изготовить, приводит к неточной формулировке служебного назначения ГПС. Такого рода ошибки приводят к тому, что спроектированные ГПС не будут оптимальным. Важно знать подсистемы, функционирующие в ГПС, и иметь возможность рассчитать их характеристики.

Рассматривая ГПС как сложную систему, можно представить ее совокупностью отдельных подсистем (рис. 2.1). Для создания общей методологии проектирования ГПС необходимо не только исследовать каждую из подсистем, но выявить и описать связи между ними.

Из указанного следуют основные задачи решения проблемы создания ГПС.

В области технологии:

разработка теоретических основ технологической подготовки производства (ТПП);

разработка САПР ТП для деталей, обрабатывае­мых в ГПС;

решение задач обеспечения требуемой точности изготовления деталей на этапах установки, настройки и обработки;

разработка теоретических основ построения систем инструментообеспечения и оснастки;

разработка автоматизированных систем подготовки управляющих программ для оборудования.

В области транспортно - накопительных систем:

разработка робототехнических систем для транспортно - складского обеспечения ГПС на основе перспективных средств микропроцессорного управления и современной элементной базы;

классификация деталей и производств, позволяющая разрабатывать унифицированную тару для транспортирования каждой группы деталей (палеты, кассеты, магазины, накопители, бункера, поддоны и т. д.);

разработка формализованного представления элементов и транспортно-складских систем;

разработка системы автоматизированного выбора транспортно - складской системы для заданных групп деталей, числа деталей в партии, технологии и оборудования

В области программно - математического обеспечения (ПМО) управления ГПС:

разработка эффективных операционных систем реального времени (ОС РВ) для микроЭВМ с учетом их проблемной ориентации в сетях управления гибким производством;

разработка сетевых ОС РВ, удовлетворяющих требованиям эксплуатации в системах управления ГПС (по скорости реакции на запросы, по удобству адаптации к конкретной версии системы управления, по удобству организации взаимодействия задач на разных машинах и т. д.);

разработка концепции распределенной (многомашинной) базы данных гибкой системы и концепции соответствующей СУБД;

разработка специальных систем имитационного моделирования ГПС;

приложения современных методов теории расписаний к планированию управления технологическими процессами;

оптимизация размещения по складам и накопителям для наиболее эффективного выполнения задач управления;

оптимальное управление транспортными операциями;

диагностические задачи, обеспечение надежности и поддержание «безлюдного» режима средствами системы управления.