Гибкие производственные системы

                              

 

                                 Предисловие

Развитие промышленного производства определяется ростом производительности труда. Производительность технологической операции в любой отрасли промышленности зависит от затрат времени на выполнение главных функциональных действий (основное время), вспомогательных действий (вспомогательное время) и потерь времени, обусловленных плохой организацией труда (организационные потери) и длительным выполнением некоторых дополнительных действий (собственные потери). Сокращения основного времени можно добиться путем совершенствования технологии обработки, а также конструктивными изменениями в оборудовании. Минимизация организационных потерь времени предполагает тщательную проработку условий организации производства, доставки материалов и комплектующих, налаженные кооперационные связи и многое другое, а сокращение вспомогательного времени и собственных потерь связано с механизацией и автоматизацией производства. Автоматизация производства возможна только на основе новейших достижений науки и техники, применения прогрессивной технологии и использования передового производственного опыта. Развитие автоматизации производства приводит к значительному повышению его эффективности. Это связано, с одной стороны, с улучшением организации производства, ускорением оборачиваемости оборотных средств и лучшим использованием основных фондов, с другой — со снижением себестоимости обработки, расходов на заработную плату, энергию, с третьей — с возрастанием культуры производства, качества выпускаемой продукции и т.д.

Во второй половине XX в. основной упор был сделан на более простую, так называемую жесткую, автоматизацию, т.е. автоматизированное выполнение одних и тех же операций на одном и том же оборудовании в течение длительного времени. Именно таковы принципы использования автоматических линий и агрегатных станков в машиностроении. Однако развитие промышленности на современном этапе привело к постепенной замене жесткой автоматизации на гибкую.

Гибкая автоматизация дает возможность быстрого перевооружения производства для выполнения технологических функций с определенной производительностью обработки на основе максимального использования вычислительной техники и электроники.

 

Сущность гибких производственных систем

Гибкая автоматизация производства может быть частичной или комплексной. Ъ последнем случае кроме автоматизации непосредственно технологических процессов автоматизируются также все необходимые вспомогательные процессы и сводятся к минимуму функции обслуживания. Такая автоматизация обеспечивает автоматическую работу производственной системы в течение длительного времени.

Главная особенность ГПС по сравнению с прежними формами организации производства, обеспечивающая высокую производительность (например, автоматические линии), — возможность производства целой группы изделий в произвольном (в соответствии с требованиями дня) порядке и небольшими партиями, причем такая организация производства не оказывает значительного влияния на его экономические показатели. В настоящее время под ГПС понимают системы, включающие средства производства, которые характеризуются легкостью переналадки и адаптации к изменяющимся требованиям производства. Цель использования ГПС — достижение

эффективности производства, сравнимой с эффективностью массового производства, но для небольших партий разнородных деталей.

Наиболее часто ГПС рассматривают как комплексную систему технологических машин (в большинстве случаев — металлорежущих станков), транспортных средств, оснастки и прочих средств производства, которые полностью управляются с помощью компьютера. Станки в этом случае укомплектованы оснасткой для смены заготовок и режущих инструментов, что обеспечивает возможность обработки различных деталей без потерь времени на переналадку станка.

В последнее время ГПС часто трактуют как способ организации производства, обеспечивающий полное управление производственным процессом и рационализирующий этот процесс. Такой подход означает необходимость анализа каждой составляющей производства продукции на данном: предприятии и тщательной временной стыковки с другими составляющими.

Используя ГПС, можно обеспечить:

а гибкость выбора различных заготовок для обработки в течение определенного времени;

а возможность добавления или удаления конкретной заготовки из разработанного ранее производственного задания на обработку деталей;

а гибкость технологического маршрута, т.е. возможность замены станка для обработки конкретной детали, например в случае изменения производственного задания или отказа станка;

сз возможность быстрого внедрения в производство конструктивных изменений в обрабатываемых деталях;

сэ возможность изменений в программе выпуска конкретных деталей;

а возможность производства различных деталей в разных ГПС в рамках одного предприятия.

Возможности ГПС весьма привлекательны для лидеров современного промышленного производства. С одной стороны, они позволяют объединить высокую производительность с малыми объемами партий деталей мли изделий, с другой — внедрить безлюдные технологии и значительно снизить производственные расходы на заработную плату. А. это дает предприятию возможность быстрее, чем: когда-либо, реагировать на требования рынка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Станки с ЧПУ и обрабатывающие центры сверлильно-фрезерно-расточной группы

            Тенденции развития

Станки сверлильно-фрезерно-расточной группы в процессе совершенствования претерпели значительные изменения с точки зрения как конструкции, так и технологических возможностей. Анализ современных станков позволяет выделить следующие их особенности:

1) большое разнообразие  конструкций в зависимости от  размеров и массы обрабатываемых деталей, свойств обрабатываемого материала, выполняемых операций, уровня автоматизации, количества осей управления и т.д.;

2. различная организация рабочего пространства с целью обеспече 
   ния управления по нескольким осям; облегчения транспортирования 
   стружки; повышения производительности на основе использования 
   много шпиндельных головок, размещенных в инструментальных ма 
   газинах наряду с традиционными инструментами; возможности обра 
   ботки детали с нескольких сторон путем использования поворотных 
   и глобусных столов;
3. использование перспективных структур типа гексапода;
4. изменение конструкций приводов главного движения путем за 
   мены традиционных кинематических цепей, обеспечивающих частоту 
   вращения до 8000... 15 000 об/мин, электрошпинделями с частотами 
   вращения до 100 000 об/мин;
5. изменение конструкций приводов подачи путем замены тради 
   ционных двигателей постоянного и переменного тока на линейные 
   двигатели; уровень рабочих подач доходит до 30 м/мин, а быстрых 
   ходов — до 12О м/мин и более;
6. возрастание точности обработки вследствие применения новых 
   систем управления, использования технологий сверхскоростной об 
   работки, увеличения точности позиционирования узлов станка до 
   =ь О,ОО1 мм и палет с деталями до =ь О,ОО2 мм, минимализации зазо 
   ров в соединениях узлов и элементов станка;
7. повышение статической, динамической и термической жестко 
   сти вследствие компьютеризации и визуализации расчетов станка; 
   повышения жесткости конструкций, стандартизации и унификации 
   используемых узлов, использования новых конструкционных мате 
   риалов (сотовые конструкции, полимербетоны и т.п.);
8. новые механизмы замены палет с изделиями и режущих инст 
   рументов, обеспечивающих резкое сокращение времени замены;
9. использование лазера в качестве инструмента, что позволяет 
   обеспечивать не только прецизионную обработку, но и сварку от 
   дельных элементов детали непосредственно на станке;

10) повышение надежности работы станка на основе широкого ис 
пользования систем периодической и непрерывной (мониторинг) ди-

ф агностики его работоспособности.

                               Компоновочные схемы

В настоящее время используется целый ряд компоновок станков и обрабатывающих центров сверлильно-фрезерно-расточной группы в зависимости от их технологического назначения:

1) с горизонтальной  и вертикальной осью вращения  шпинделя;

 

                         

Рис. 3.16. Компоновочные схемы станков сверлильно-фрезерно-расточной

группы [1]

2. с крестовым столом, имеющим рабочие перемещения в гори 
   зонтальной плоскости вдоль осей X и У, и пинолью шпинделя, пере 
   мещающейся вдоль оси 2 (рис. 3.16, а);
3. со столом, перемещающимся вдоль оси X, шпиндельной баб 
   кой, имеющей перемещение вдоль оси У, и пинолью шпинделя, пе 
   ремещающейся относительно оси 2 (рис. 3.16, б);

4. со шпиндельной бабкой, имеющей перемещение вдоль осей X, 
   У, 2 (рис. 3.16, в);
5. портального типа (рис. 3.16, г).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НАЛАДКА, ЭКСПЛУАТАЦИЯ

И РЕГУЛИРОВАНИЕ СТАНКОВ С ЧПУ

ФРЕЗЕРНОЙ ГРУППЫ

      Устройство и работа станков фрезерной группы

Современные фрезерные станки с ЧПУ предназначены для обработки плоскостей, обработки фасонных поверхностей, изготовления прямых и винтовых канавок и других работ. На станках можно обрабатывать заготовки из черных, цветных и труднообрабатываемых металлов концевыми, цилиндрическими, торцовыми и другими фрезами как встречным, так и попутным фрезерованием. Станки с ЧПУ фрезерной группы по компоновке имеют много разновидностей, которые отличаются пространственным расположением их шпинделей и взаимным расположением основных функциональных узлов.

Вертикально-фрезерные станки 654ФЗ, 6М13ГН1-Н (рис. 79) с оптимальной компоновкой с крестовым столом и вертикальным шпинделем обеспечивают наибольшую жесткость и повышенную точность обработки, удобство обслуживания, смену инструмента' и установку заготовок. Вертикально-фрезерные станки консольного типа ФП-17МН (рис. 80), ФП-7МН, ФП-27МН, ФП-37МН предназначены для обработки деталей средних размеров, имеют перемещающийся стол (ось I), поперечное перемещение ползуна (ось У) и вертикальное перемещение шпинделя и пиноли (ось I]. При этом в компоновку станка удачно вписываются устройства для перемещения по осям.

Обрабатывать большие детали с соотношением сторон от 1:10 и более на обычных станках трудно, а внекоторых случаях невозможно. Для обработки таких деталей изготавливают длинномерные станки, у которых в процессе обработки все перемещения осуществляет инструмент, а деталь остается неподвижной. Станина таких станков собрана из отдельных секций, имеющих длину до 4 м. К станине привернуты винтами стальные закаленные направляющие, по которым перемещается портал. Вдоль станины имеется плоскость, предназначенная для установки измерительной системы.

 

 

 

Рис. 79. Вертикально-фрезерный станок с   ЧПУ мод.   6М13ГН1-Н

Для отсчета величины перемещения используют вращающиеся трансформаторы, сельсины или индуктосины. Продольно-фрезерные станки портального типа (ФП-9М, ПФП-5С, ФП-242 и др.) предназначены для обработки деталей типа лонжеронов, панелей, балок и т. п., у которых длина в несколько раз превышает ширину. Конструктивно станки выполнены с неподвижным порталом (ФП-9М) и подвижным столом и вертикальным расположением шпинделя, находящимся на подвижной траверсе, с подвижным порталом (ПФП-5С, ФП-242) и поперечным перемещением вертикальной шпиндельной головки. Станки ПФП-5С и ФП-242 двух-портальные.В связи с интеграцией обработки на фрезерные станках с ЧПУ мощность и крутящий момент должны обеспечивать выполнение различных операций (фрезерование, растачивание, сверление и т. п.). Для каждой управляемой координаты применяют свой привод подачи, причем эти приводы, работающие от управляющей системы, должны обеспечивать высокую точность позиционирования и быстродействие. Для этого применяют сочетание регулируемых двигателей постоянного тока с беззазорными редукторами (станки 654ФЗ, 6М13ГН1-Н, ФП-17МН, ФП-7МН, ФП-27МН, ФП-37МН и др.). Мощность приводов определяется не только силой резания, но и требованиями, связанными с разгоном и торможением, нагревом и коммутацией двигателей постоянного тока. Применение редукторов с беззазорными зубчатыми передачами и шариковых винтовых пар значительно повышает жесткость кинематической цепи привода и приводит к устранению зазоров в ее элементах.

 

 

Рис.  80.  Вертикально-фрезерный   станок консольного   типа  с  ЧПУ

мод. ФП-17МН

Длинномерные    станки      (ФП-9М,  ПФП-5С)   имеют быстродействующие гидравлические приводы подач. Для продольного перемещения в станках применена рейка с беззазорными шестернями (косозубыми). Поперечное и вертикальное перемещение шпиндельной головки осуществляется шариковыми винтовыми парами. Для измерения положения рабочего органа длинномерного станка с ЧПУ используется обратная связь с датчиками положения, имеющими линейную зависимость выходного сигнала от перемещения.