7. Размер износа режущего инструмента:
Износ инструмента сильно влияет на погрешность обработки, особенно при изготовлении деталей из жаропрочных и жаростойких материалов. Износ происходит по задней грани инструмента в результате трения между этой гранью и обрабатываемой поверхностью.
При износе резец уменьшает или увеличивает диаметр обрабатываемой детали.
Износ инструмента вносит в наладку станка погрешность, пусть первоначальная наладка инструмента была проведена так, что поле рассеяния размера детали совмещено с началом поля допуска на саму деталь.
Если через некоторое время t1 произвести повторную выверку детали, то поле рассеяние не изменится, но изменится центр группирования, он сместиться в сторону износа инструмента. Чтобы размеры детали не вышли за поле допуска, требуется наладка станка через период времени t1, для компенсации радиального износа инструмента.
8. Жесткость системы спид:
Характеризуется упругими деформациями. Силы резания при обработке вызывают упругие деформации отдельных элементов системы, особенно в местах соединения деталей. При отсутствии необходимой жесткости под действием составляющей силы резания система деформируется, что вызывает погрешности формы и размеров обрабатываемой заготовки.
Жесткость станка зависит от: конструктивного исполнения; предельной тяги отдельных элементов; качества сборки.
В процессе обработки заготовки погрешность формы на каждом последующем ходе инструмента будет уменьшаться, чем выше жесткость станка, тем за меньшее число рабочих ходов можно достигнуть требуемой жесткости.
Тепловые деформации и деформации от внутренних напряжений заготовок:
Тепловые деформации возникают в результате выделения тепла элементов детали гидравлической системы и движущимися частями станка (образование тепла в процессе резания, непостоянство температуры теплового режима в помещении).
Тепловые деформации частей станка в начале его работы протекают интенсивно, затем интенсивность уменьшается и по истечении некоторого времени величина деформации стабилизируется.
Для повышения точности обработки следует прогреть станок до начала обработки на нем детали. Для отвода тепла из зоны резания применяют СОЖ, чистовую обработку необходимо проводить после охлаждения детали.
Заготовкам присущи внутренние напряжения, которые с течением времени постепенно выравниваются и уменьшаются, при этом сама заготовка деформируется.
Для уменьшения внутренних напряжений заготовки необходимо черновую обработку отделить от чистовой.
ГИБКИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ МОДУЛИ (ГПМ) И СИСТЕМЫ (ГПС). СТРУКТУРА ГИБКОГО ПРОИЗВОДСТВА:
ГПМ как объект проектирования и управления представляет собой систему, отличающуюся от другой системы сложностью, комплектностью и многофункциональностью.
Одним из основных требований обеспечивающих типизацию решений в области ГАП является принцип модульности (ГАП комплектуется из отдельных модулей).
Классификация ГАП:
ГАП – производственная часть интегрированного предприятия или самостоятельное предприятие, состоящее из гибких производственных комплексов ГПК, системы и службы обеспечения, взаимодействующие и управляющие всей хозяйственной деятельностью с помощью ЭВМ.
Цель создания ГАП: малолюдные или безлюдные предприятия, способные обеспечить выпуск широкой, постоянно обновляемой номенклатуры изделий.
ГПК – это самостоятельное производственное подразделение, состоящее из ГПС и служб инженерно – технической – инструментальной подготовки производства, а также планово - диспетчерского отдела ПДО.
Функциональность производства и служб, обеспечивается компьютерной системой управления, выполняющей функциональное оперативное планирование, управление оперативной подготовкой производства, учета, анализа и управления ходом производства.
ГАП, ГПК – управленческие задачи, технозадачи не решают.
Гпс – производственная часть ГПК, состоящая из одного или нескольких гибких технологических комплексов (ГТК) и транспортно-складских комплексов (ТСК). Работой ГТК и ТСК управляет компьютероризированный диспетчерский комплекс.
ГПС автономно функционирует в малолюдном режиме, в течении заданного интервала времени, обладает свойством автоматической переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в пределах технической возможностей оборудования.
ГТК – это совокупность однородных по виду техно-обработки или по типу обработанной детали ГПМ, объединенных единым транспортным модулем ТСК, управление производится от единой комплексной системы управления и контроля.
При объединении нескольких ГТК близкого технологического назначения можно получить ГТУ (участок), участок обслуживания одной производственной бригадой.
ТСК – это совокупность взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств и средств вычислительной техники, предназначенных для организации движения материальных и сопровождающих их информационных потоков ГПС.
ГПМ – это автономно функционирующая группа гибких обрабатывающих ячеек (ГОЯ), объединенных групповым, локальным, автоматическим устройством загрузки партии заготовок и удаления обработанной детали.
ГОЯ или РТК – это автоматическая многофункциональная на время обработки партии детали единица оборудования, оснащенная автоматическими устройствами для загрузки, заготовления и удаления обработанных деталей, накопителями деталей.
ГОЯ имеет возможность автоматической переналадки на различные изделия ограниченного класса.
ВАРИАНТЫ КОМПОНОВОК ГТК:
1. С продольным расположением ГОЯ
2. С поперечным расположением ГОЯ
а
3
4
При последней структуре оператор с одной точки может контролировать от 3 до 4 обрабатываемых ячеек. Такое расположение ячеек предпочтительно при частых переналадках, в которых участвует человек, с точки зрения техники безопасности есть зоны, которые не пересекаются с транспортной магистралью.
3 схема - это схема с жестким примыканием ГОЯ к автоскладу, является наиболее простой по набору техно- средств, но не обладает необходимой гибкостью, а ограничивает возможные последующие расширения системы.
Большой гибкостью из предложенных компоновок обладают компоновки с использованием транспортирующей системы.
ГОЯ, входящие в состав ГПМ, различаются составом технологического оборудования, способами использования робототехники организации взаимодействия ячеек друг с другом, а также со складской системой, способом подачи заготовок в ГТК.
При выборе структуры, а также компоновочной структуры ГПС, входящих в нее ГТК необходимо учитывать ряд факторов: потребная площадь, удобство обслуживания, стоимость оборудования, сложность вспомогательного оборудования, изменение производственной мощности, удобство контроля за работой оборудования.
Наряду с этим, на структуру компоновочных решений накладываются ограничения техно-возможностей и некоторые особенности использования оборудования.
СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ТП. СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ РТК:
РТК – это совокупность единицы технологического оборудования ПР и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая кратные циклы, т.е это ГОЯ, образуемая станком и роботом и параллельно вспомогательным оборудованием.
Организационным звеном РТК является ПР, который может производить манипулирование деталями, инструментом и оснасткой, а также выполнять вспомогательные функции.
В состав РТК входят подсистемы: формообразования, манипулирования, накопления и выдача деталей, хранение инструмента, контроль и управление.
Подсистема формообразования служит для выполнения обработки детали
Она состоит из: привода инструмента, привода детали, кинематической и механической цепей, преобразователя энергии.
Подсистемой манипулирования предназначена для манипулирования и позиционирования обрабатываемой детали, инструмента, вспомогательного и зажимных приспособлений.
Подсистема накопления и выдачи деталей предназначена для накопления и складирования межоперационных заделов.
Состоит из: транспортно-накопительных устройств, загрузочных устройств, устройств для складирования.
Подсистема хранения инструмента это инструментальные магазины, конструктивно выполненные заодно со станком, или это самостоятельные агрегаты, установленные рядом со станком.
Подсистема контроля служит для контроля обрабатываемой детали, а также диагностирование износа и поломки элементов оборудования.
Подсистема управления служит для согласования работы всех вышеперечисленных систем (управляет ими).
Кроме всех этих систем в РТК должна быть вспомогательная подсистема, для выполнения различного рода вспомогательных работ (удаление стружки, очищение СОЖ, охлаждение масла).
Если РТК выполняет функцию ГПМ, т.е один робот обслуживает несколько станков, то появляется в РТК функция транспортирования, т.е. робот должен перемещать заготовки и изделия от станка к станку.
РТК отличается от станков с ЧПУ высоким уровнем автоматизации. Они могут функционировать в составе ГПМ, а так же ГТК
Главной отличительной чертой РТК является расположение станков относительно ПР.
Простейшей схемой является схема обслуживания одним роботом одного станка, в этом случае мы получаем ГОЯ, робот может встраиваться в станок, либо он является отдельной единицей РТК, тогда компоновка РТК будет напольная (а) или портальная (б).
(
(б)
Портальная компоновка чаще используется для обслуживания 2-4 станков, т.е. траверса портала увеличивает.
Напольные роботы также могут использоваться для обслуживания 2-3 станков, но для них могут использоваться не однотипные станки.
Выбор той или иной структуры компоновки РТК определяется конкретными условиями производства, обрабатываемой детали, самим ПР, а также станками.
Требования к роботОТизированому оборудОВАНИю:
1. Соответствие конструктивно-технологических параметров робота (грузоподъемность, скорость перемещения рабочих органов, погрешность позиционирования, размер рабочей зоны, тип системы управления и многое другое) их функциональному назначению.
Объем операций, выполняемых ПР, и темп их выполнения в сочитании с затратами на приобретение и внедрения ПР должны обеспечивать экономическую эффективность его применения.
2. Соответствие число степеней подвижности ПР необходимому числу требуемого для выполнения операции.
3. Соответствие манипуляционных возможностей ПР схеме загрузки и зоны обслуживания станка, требование взаимодействия со вспомогательными устройствами при планировке, а так же минимальная площадь
4. Простота и кратность цикла переналадки, надежность и невысокая стоимость эксплуатации, высокий коэффициент использования ПР.
5. Обеспечение требования техники безопасности.
Требования к станкам:
1. Обеспечивать автоматический цикл обработки деталей
2. Обеспечивать автоматическую фиксацию и зажим деталей в рабочей зоне станка
3. Удаление стружки из зоны обработки
Возможность очистки базирующих и крепежных поверхностей от стружки и грязи
Станок должен обеспечивать форму и расположение рабочей зоны, позволяющих их обслуживать с помощью ПР
Автоматическое ограждение рабочей зоны
ТребованиЯ к вспомогательному оборудованию (ВО):
Габаритные размеры вспомогательных устройств должны позволять их стыковку с основным оборудованием и ПР.
Устройства должны иметь датчики, позволяющие производить контроль наличия детали их положение, деталь должна быть зажата во ВО; привязка детали к рабочей зоне ПР; привязка самого ВО к общей схеме РТК, с целью повышения надежности работы РТК в целом.
ВО д. надежно захватывать деталь, рационально ее перемещать, ориентировать и поштучно выдавать, а также поштучно ее размещать в таре и транспортировать.
ВУ должны учитывать возможность сопряжения с транспортирующими цеховыми устройствами, либо общезаводскими транспортирующими устройствами.
Требования к обрабатываемым деталям:
Деталь должна иметь возможность группирования по конструктивно-технологическому назначению, с целью обеспечения групповой формы организации производственного процесса, типизации ТП и использование одинаковых основного и ВО.
Деталь должны иметь ясно выраженные базы и признаки ориентации, позволяющие организовать их транспортировку и складирование в ориентированном виде с использованием стандартной оснастки.
Детали должны быть однородные по форме и расположению поверхности, это необходимо для базирования и захвата детали, что позволяет без дополнительной выверки устанавливать деталь в рабочую зону оборудования, при этом можно использовать широкоуниверсальную технологическую оснастку.
Построение компОновки РТК:
После определения операций, подлежащих роботизации и определения деталей, которые будут обрабатываться на РТК, составляется карта по применению ПР.
В этой карте приводятся все основные сведения о разрабатываемом РТК: схемы планировки, перечень оборудования, эскиз заготовки, эскиз обрабатываемой детали, кинематическая схема захвата ПР, характеристика движения робота, перечень переходов, выполняемых ПР, условия окружающей среды, трудоемкость на 1 деталь).
ГПМ для обработки ротАционной детали средней сложности и точности:
В данном примере ГПМ состоит из нескольких РТК или ГОЯ; РТК выполняет токарные операции деталей типа тел вращения с 20…120 мм, длиной 20…140 мм, массой до 7,5 кг.
В состав РТК входят встраиваемый ПР «Электроника НЦТМ-01», токарный станок, приемный стол для установки кассет с заготовками, плата сопряжения устройств управления ПР с ЧПУ станка, плата сопряжения ЧПУ станка с верхним уровнем управления (управление ГПМ) «Электроника НЦ80-10Д».
Для данной ГПМ характерен тип компоновки, при которой ГПМ образуется из трех РТК или ГОЯ, они группируются вокруг обслуживающего робота.
Доставка заготовок со склада и деталей на склад осуществляется в транспортной таре на поддонах, посредством транспортного робота (робокар).
Основные фазы функционирования ГПМ:
Робокар подъезжает к причальному устройству (ПУ) (фаза характеризуется загрузкой модуля пакетами кассет с заготовками).
Центральный ПР перегружает паллеты с кассетами заготовок на центральный стол РТК (загрузка РТК первыми кассетами с заготовками центрального ПР последовательно перегружающего верхние кассеты с ПУ на центральные столы РТК и дает команду на начало обработки заготовок).
Центральный робот перегружает оставшиеся кассеты на буферные загрузочного устройства, в результате ПУ освобождается для приема кассет с обработанными деталями).
Прием на ПУ кассет с обработанными деталями и загрузка РТК кассетами с новыми заготовками до последней, до тех пор циклично, и завершается перед началом обработки последней кассеты каждой РТК.
Робокар вызывается, отправление кассет с обработанными деталями на склад и разгрузка кассет с заготовками (пока обрабатываются последние кассеты).
Разгрузка кассет на буферные, загрузочные устройства. Далее цикл продолжается, начиная с 4 фазы.
Затем создается алгоритм работы ПР или РТК, на основании алгоритма создается циклограмма работы РТК или ГПМ.
Алгоритм отображает последовательность выполнения движений ПР, последовательность работы основного и ВО, выполнение команд на включение и отключение тех или иных устройств и механизмов комплекса.
Алгоритм представляется в виде блок схемы.
Далее составляется циклограмма. Циклограмма предназначена для учета временных характеристик работы РТК. На циклограмме указывают все возможные движения ПР, основного и вспомогательного оборудования.
ПР |
Перемещение руки |
Вверх |
Ц |
|
Вниз |
И |
|||
Поворот манипулятора |
По час. стрелке |
К |
||
Против ч.с. |
Л |
|||
Изгиб кисти |
О |
|||
Схват |
Деталь |
Гориз. |
Г |
|
Вертик. |
Р |
|||
Заготовка |
Зажим |
А |
||
Разжим |
М |
|||
Станок |
Зажим заготовки в патроне |
М |
||
Разжим детали в патроне |
А |
|||
Работа станка |
|
|||
Вспомогат. оборудование |
|
|
||
Время
Средства автоматизации, используемые в ГПС (гибкие произв. системы):
ГПС (система) представляет собой сложную техническую систему, предназначенную для комплексного выполнения технологических процессов обработки деталей или ТП сборки изделий.
ГПС определяется как различное сочетание станков и отдельных единиц технологического оборудования с ЧПУ, РТК, ГПМ и систем обеспечения их функционирования в автономном режиме в течении определенного времени.
ГПС имеет возможность автоматической переналадки в процессе обработки детали произвольной номенклатуры в определенных пределах.
Нормальная работа и правильное взаимодействие всех составных частей ГПС обеспечивается комплексом автоматизированного управления; автоматизированной транспортно-складской системой, системой инструментального обеспечения, автоматизации обеспечения контроля заготовок, автоматизация управления отходов, диагностика оборудования и режущего инструмента – автоматизация системы.
Наиболее высокая эффективность ГПС достигается при применении станочного оборудования, способного значительную часть суток работать в авторежиме, без вмешательства и постоянного контроля со стороны оператора. Лучше всего этому удовлетворяют многооперационные станки (обрабатывающие центра). Они позволяют производить обработку детали с нескольких сторон за одну установку. Производительность этих станков возрастает в несколько раз за счет применения многоиснтрументальных сменных наладок.
ГПС в значительной степени зависит от гибкости технологического оснащения (от станочных приспособлений, инструментального обеспечения).
Применение ГПС: автомобильная, инструментальная, станкостроительная, аэрокосмическая промышленность (из-за высокой серийности).
ГПС для механической обработки может включать в себя отдельные станки с ЧПУ, РТК и ГПМ.
Обычные станки с ЧПУ (компоновка на универсальных станках) трудно включать в состав ГПС необходимо создавать станки с ЧПУ, которые удовлетворяли требованиям работы ГПС.
Среди токарных станков для состава ГПС – это станки повышенной точности (16К20Ф3 или Т1 – Москва, 16Б16Ф3 или Т11 – Самара).
Для токарных станков рекомендуется для встройки в ГПС в приводе главного движения использовать асинхронные электродвигатели с частотным регулированием, либо электродвигатели с постоянным током, приводы продольных и поперечных подач с высокомоментными электродвигателями пост. тока; режущий инструмент должен размещаться как минимум в автоматических револьверных головках в 6-10 позициях, в инструментальных магазинах. Они должны быть снабжены системами ЧПУ (2Р22 ввод с программы с клавиатуры, магнитные ленты).
Среди токарных станков с ЧПУ распространены болгарские станки ST161, ST201, ST251 с широкими технологическими возможностями (главное отличие – гл. привод имеет двигатель пост. тока и 2-х скоростную переборную головку, привода подач являются следящими и имеют высокомоментный двигатель пост. тока, на поперечном суппорте смонтирована 12-позиционная инструментальная головка с электромеханическим приводом поворота). Для станков данной серии разработана спец. Инструментальная система, охватывающая широкую номенклатуру режущего инструмента, необходимого для выполнения всего многообразия технологических операций.
В состав инструментальной системы входят блоки с различным положением измерительных головок для контроля за размерами обрабатываемой дет али.
Станки серии ST имеют ряд особенностей в конструкции, которые обеспечивают удобное присоединение к ним ПР, накопителей, питателей заготовок и другие для ГПС работы.
С этой целью направляющие продольного суппорта в вертикальной плоскости вынесены за ось шпинделя (для отвода стружки из зоны резания).
Токарные станки ST дают возможность обработки детали сразу с двух концов, для этого станок имеет контователь, спроектированный на базе задней бабки. Основным элементом контователя является устройство для захвата детали, которое унифицировано со схватом, установленным на станке ПР.
МНОГООПЕРАЦИОННЫЕ СТАНКИ:
В них реализуется принцип последовательной концентрации разнородных технологических операций.
Особенностью конструкции обрабатывающий центров (ОЦ) является наличие инструментального магазина, в котором может размещаться большое количество инструментов, благодаря этому ОЦ обеспечивают возможность обработки деталей различной сложности формы за одну установку.
В силу возможности своей кинематики, конструкции и системы управления ОЦ обладают следующими преимуществами:
1. высокая производительность;
2. высокая степень автоматизации;
3. сокращение вспомогательного времени;
4. повышение точности обработки;
5. повышение гибкости оборудования (из-за быстрой переналадки станка на обработку другой детали).
В зависимости от расположения осей шпинделя, числа и характера движения подвижных узлов, числа управляемых координат, имеется мноогообразие компоновочных решений ОЦ.
Как правило, эти станки имеют развязанную кинематику, т.е. функциональный орган станка имеет свой собственный электродвигатель, все привода имеют бесступенчатое изменение частоты вращения шпинделей и скоростей подач.
Основной отличительный признак ОЦ – наличие инструментального магазина, а также устройство для смены инструменты.
Виды инструментальных магазинов:
Б
арабанного типа (до 20-30 инструментов)
Ц
епного типа/конвейер (100-200 инструментов)
Определение необходимого числа инструментов в магазине производится в зависимости от технологического назначения станка. Практика использования ОЦ показывает, что при обработке деталей средней сложности с преобладанием операций по обработке отверстий достаточно 10-15 инструментов, а для более сложной детали в две смены – 30-40 инструментов или до 100.
В настоящее время основную группу многооперационных станков составляют станки сверлильно-фрезерно-расточные (2С132ПМФ2, 15VB).
Очень распространенные ОЦ: станки Ивановские – ИР500, ИР1000 – имеют в поперечном суппорте револьверные головки до 12 инструментов каждая по торцу и 12 по периферии. Некоторые инструменты имеют свой привод, револьверные головки сменные – 2 шт. (одна – на суппорте, вторая – в инструментальном магазине).
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА:
Обрабатываемая деталь и заготовка хранятся в магазинах-накопителях – ЗУ (захватывающие устройства).
ЗУ накопителя обеспечивают накопление деталей для непрерывной работы в течении нескольких часов.
Конструктивно ЗУ выполняются с учетом формы и размеров деталей, емкости расположения относительно станка, простоты перенастройки; длительность цикла выдачи деталей в зону захвата роботом не должна превышать длительности работы ПР и станка.
В накопительных устройствах детали в зоне захвата должны быть ориентированны относительно приспособления, для их фиксации и установки на станке.
При выборе емкости накопительного устройства необходимо учитывать непрерывность работы РТК в течении половины рабочего дня или более.
Д
а) наклонно
б) вертикально
в) горизонтально
Накопительные устройства отличаются друг от друга расположением деталей от общей горизонтали.
Все детали в накопительных устройствах должны быть размещены в едином порядке.