Технические системы обеспечения работоспособности ГПС

Рабочая программа. АТСС ее назначение функции и структура построения. Классификация АТСС по способам транспортирования и по видам компоновки. Требования, предъявляемые к оборудованию АТСС. Центральные склады и местные накопители. Расчет складов. Выбор и обоснование методов идентификации и адресации грузов.

АСИО ее назначение функции и структура построения требования, выбор оборудования Требование к АСИО. Определение рациональной структуры системы. Модульные принципы построения инструментальных систем. Разработка организации функционирования АСИО. Идентификация и адресация инструментов.

АСУО ее назначение функции и структура построения требования, выбор оборудования Требование к АСУО. Методы определения количества отходов. Удаление стружки из зоны резания. Транспортирование и утилизация стружки. Оборудование подачи, очистки и утилизации СОЖ. Оборудование для удаления и утилизации абразивной пыли. Принципы компоновки модулей АСУО в ГАП.

АТСС – основная функция заключается в организации накопления и перемещения обрабатываемых изделий в ГПС.

Автоматические склады предназначены для накопления исходного сырья, основных материалов и заготовок, вспомогательных материалов, порожней тары, хранения инструментов и приспособлений, сменных захватов для промышленных роботов, накоплений готовых изделий, временного хранения отходов производства, бракованных деталей.

Роботы-штабелеры транспортируют грузовые единицы; загружают и выгружают стеллажи, приемные устройства технологического оборудования, транспортные механизмы; распределяют грузовые единицы между основным технологическим оборудованием. В их состав могут входить автоматические краны-штабелеры, мостовые краны и др.

Накопители предназначены для накопления грузовых единиц перед технологическим оборудованием, создания технологических заделов, необходимых для ритмичной и бесперебойной работы оборудования, сглаживания нарушений технологического ритма. В качестве накопителей могут быть использованы также приемные устройства, транспортные устройства (например, конвейерные накопительные линии, набираемые из отдельных секций) и др.

Перегрузочные и загрузочно-разгрузочные устройства позволяют изменять направление движения грузовой единицы без ее поворота, поворачивать грузовую единицу на 90-360 градусов, загружать и выгружать краны-штабелеры, транспортные роботы, конвейерные механизмы, связывать между собой погрузочно-разгрузочное транспортное и технологическое оборудование.

Транспортные роботы (рельсовые) транспортируют грузовые единицы, загружают и выгружают приемные устройства технологического оборудования, транспортные механизмы, распределяют грузовые единицы между основным технологическим оборудованием.

Транспортные перегрузочные рельсовые роботы предназначены для межоперационного транспортирования грузовых единиц, автоматической загрузки (разгрузки) конвейеров, штабелирования грузовых единиц.

Транспортные перегрузочные напольные (конвейерные) роботы предназначены для автоматической загрузки (разгрузки) тары на движущийся подвижной транспорт по заданной программе, транспортирования и накопления грузовых единиц.

Автоматические безрельсовые транспортные средства (робокары) позволяют осуществлять транспортирование грузов с автоматического склада к модулям обработки и обратно по командам центральной ЭВМ или бортового компьютера.

Конвейеры и подвесные дороги могут быть цепными, роликовыми, ленточными, пластинчатыми, подвесными и напольными, с автоматическим адресованием др. Их основными функциями является транспортирование и накопление грузовых единиц.

Главными параметрами модулей АТСС является грузоподъемность (масса брутто) и габариты в плане перерабатываемой грузовой единицы.

В таблице 2 приведены области применения транспортно-складского оборудования по типам производства.

Таблица 2 – Области применения транспортно-складского оборудования по типам производства.

Существуют следующие принципы организации складирования: централизованный, децентрализованный и комбинированный.

Централизованный принцип организации заключается в том, что все заготовки хранятся в одном центральном складе цеха (или участка цеха). Обмен заготовками между различными группами оборудования также осуществляется через центральный склад. Этот принцип организации складирования используется в многономенклатурном производстве с небольшим грузопотоком и при малых сроках и объемах хранения заготовок. Для снижения величины грузопотоков необходимо заготовки хранить и передавать группами на одном поддоне. Схемы участков с централизованным принципом хранения приведены на рисунке 12.

1 – технологическое оборудование;

2 – склад;

3 – кран-штабелёр;

4 – транспортная тележка.

Рисунок 12 – Схемы планировочных решений с центральным складом.

Децентрализованный принцип хранения заготовок предусматривает наличие складов только на производственных участках. Такие склады обычно называются межоперационными накопителями. Кроме специальных межоперационных накопителей используются также накопители и тактовые столы, входящие в состав производственных модулей. Такой принцип хранения используется при наличии больших грузопотоков. Схемы участков с децентрализованными принципами хранения приведены на рисунке 13.

Комбинированный принцип хранения предусматривает наличие централизованного склада и межоперационных накопителей. Преимущество такого принципа заключается в большой гибкости и эффективности изготовления изделий широкой номенклатуры.

Необходимость передачи заготовок через склад вызвана тем, что непоточное производство характеризуется нестабильными входящим и выходящим грузопотоками.

Основной причиной нестабильности грузопотоков является многономенклатурность производства и, как следствие, изменяющаяся станкоемкость выполнения операций. Поэтому условие функционирования автоматизированного склада состоит в том, чтобы принимать с транспортной системы материальный поток с одними параметрами, размещать и хранить грузы и выдавать их обратно в транспортную систему с другими параметрами.

Выбор принципов организации хранения заготовок следует проводить на основании расчетов емкости складов. При этом оптимальным принципом считается тот, который предполагает меньшее количество ячеек склада.

Ёмкость склада рассчитывается с учетом того, что ГАП должен устойчиво функционировать в условиях изменения номенклатуры изготавливаемых деталей и объема их выпуска. С этой целью процесс функционирования ГАП рассматривается как случайный, с заданными средними значениями и разбросами параметров.

Для централизованного принципа хранения очевидно, что при любой предельно большой емкости склада существует вероятность того, что он переполнится. Поэтому при проектировании необходимо выбрать такую емкость склада Е, чтобы вероятность работы его без переполнения была не менее заданной величины Р. Вероятность Р можно трактовать как долю времени, в течение которого склад не переполнен. Например, при Р=0, 99 склад из 100 дней работы в среднем будет находиться в переполненном состоянии один день. Величину Р задают, исходя из конкретных условий производства.

1 – межоперационный склад; 2 – ГПМ; 3 – транспортная тележка; 4 – позиция загрузки и выгрузки; 5 – технологическое оборудование; 6 – робот; 7 – тактовый стол; 8 – накопитель.

Рисунок 13 – Схемы планировочных решений с межоперационными складами (а), тактовыми столами и накопителями, встроенными в ГПМ (б)

При закреплении ячеек склада за группами оборудования склад считается переполненным, если переполнена хотя бы одна группа ячеек, закрепленная за какой-либо группой оборудования. Пусть Р_i - вероятность того, что ячейки склада, закрепленные за i - й группой оборудования, не переполнены, тогда заданная вероятность того, что склад в целом не переполнен, будет

где М - количество групп станков.

В первом приближении можно считать все вероятности Р_i одинаковыми, тогда

.

Обычно в системах массового обслуживания (СМО) поступление заявок на обслуживание подчиняется закону Пуассона. Тогда вероятность того, что на складе находится не более Е_i деталей, ожидающих обработки на i–й группе оборудования, составит:

, (1)

где - коэффициент загрузки ГПМ, ;

- количество ячеек для хранения заготовок;

- количество заготовок, которые обрабатываются или ждут обработки у станков;

- количество заготовок, перемещающихся на транспортных тележках.

Логарифмируя уравнение (1), получим:

.

Тогда общая емкость склада

Для децентрализованного принципа хранения необходимо определить длину очереди к ГПМ, которая фактически является емкостью межоперационного склада:

,

,

где к - количество ГПМ, выполняющих одинаковые операции по обработке заготовок;

- вероятность того, что в СМО нет заявок.

Такие расчеты необходимо провести для каждой группы оборудования. При этом получим данные для всех i межоперационных складов.

После определения оптимального варианта хранения заготовок необходимо выбрать складское оборудование, используя работы.

АСИО. ГПМ, предназначенные для встраивания в ГПС, поставляются с расширенными комплектами режущего и вспомогательного инструмента, состав которых согласуется поставщиками модулей и потребителям, поскольку номенклатура режущего инструмента определяется на основе анализа типовых деталеупераций, выполнение которых предусматривается в ГПС.

Обработка деталей в ГПС требует высокопроизводительного инструмента, рассчитанного на высокую надежность работы в автоматическом режиме. Наиболее эффективна ГПС при использовании систем инструмента блочно-модульной конструкции.

Такой инструмент состоит из отдельных элементов (модулей), которые могут компоноваться в оптимальные конструкции инструмента. Блочно-модульные инструменты подразделяются на следующие модули: базовые хвостовики, устанавливаемые в шпиндели станков; собственно держатели инструментов, предназначенные для непосредственной установки (базирования и закрепления) режущих инструментов, резцедержатели, резцовые головки, бурштанги, элементы, предназначенные для установки насадного или концевого осевого инструмента с цилиндрическим или коническим хвостовиком, - кулачковые и цанговые патроны, державки, оправки, патроны для метчиков, а также центроискатели, измерительные щупы и др.; переходники (адапторы), устанавливаемые между хвостовиками и держателями инструмента, предназначенные для увеличения расстояния между ними, уменьшения или увеличения диаметра обработки. В хвостовиках, держателях и переходниках имеются специальные посадочные и присоединительные поверхности, обеспечивающие точное базирование и закрепление сочленяемых модулей.

Путем замены одного или нескольких модулей модульные вспомогательные инструменты без их съема могут быть использованы многократно для разных операций. При затуплении инструмента, замене подлежит не весь инструмент, а только один модуль – непосредственно держатель или инструмент. При подготовке производства модульные инструменты собираются и разбираются для компоновки большого количества конструкций инструментов, для различных станков. Элементы блочно-модульных инструментов обладают высокой унификацией. Инструменты, компонуемые из модульных элементов (что резко сокращает срок изготовления инструмента), могут использоваться взамен специальных. Модульные инструменты значительно дешевле (в особенности при централизованном изготовлении) цельных инструментов, применяемых для конкретных операций.

Вспомогательный инструмент, предназначенный для установки, базирования и закрепления режущих инструментов, составляет основу существующих модульных инструментальных систем. Его технический уровень существенно влияет на точность, производительность, длительность простоев металлорежущих станков, входящих в модули обработки.

Вспомогательный инструмент должен обеспечивать достаточную жесткость, высокую точность и стабильность установки режущего инструмента, возможность выполнения всех технологических переходов, предусмотренных технической характеристикой станка, быстросменность, межразмерную унификацию, настройку инструмента вне станка.

Разработанная ЭНИМС и ВНИИ система вспомогательного инструмента, устанавливает три подсистемы инструмента: инструмент с цилиндрическим базирующим хвостовиком (для крепления на токарных станках), инструмент с базирующей призмой (для крепления на токарных станках); инструмент с коническим и цилиндрическим хвостовиком (для крепления на сверлильно-фрезерно-расточных станках).

АСУО. В условиях автоматического режима обработки удаление стружки из зоны резания является одним из важных условий, надежной, качественной и высокопроизводительной обработки изделий на металлорежущем оборудовании ГПС. Наличие стружки может привести к появлению дефектов на обрабатываемой поверхности, вызвать преждевременный износ режущего инструмента, его затупление и поломку.

Для удаления стружки используются системы, состоящие из следующих основных элементов: пылестружкоотводчиков, осуществляющих удаление стружки из зоны резания; устройств транспортирования стружки за пределы станка или участка; циклонов и фильтров, обеспечивающих отделение стружки от воздуха и СОЖ; системы магистрального транспортирования стружки к устройствам переработки; системы переработки стружки, обеспечивающей обезжиривание, дробление и брикетирование стружки.

Примером устройства уборки стружки является скребковый транспортёр выносного типа с углом наклона транспортёра – около 20° (рисунок 14). Скорость перемещения ленты – до 4 м/мин, длина транспортёра – до 900 м. транспортёр устанавливается рядом со станком. Стружка попадает из зоны резания на скребковый транспортёр 1. Скребки ленты транспортёра перемещают стружку вверх, где она через окно корыта попадает в желоб конвейера 2. Мелкая стружка через небольшие отверстия в транспортёре 1 попадает на поддон 3 с мелким ситом для стекания СОЖ.

Рисунок 14 – Организация уборки отходов из рабочей зоны

Для надежной работы системы удаления и переработки стружки должна быть обеспечена требуемая однородная фракция стружки (обычно длиной 1-2 см). Многообразие режущих инструментов, форм и материалов, обрабатываемых заготовок приводит к образованию стружки различных форм и размеров (сливная, элементная и т. д.), зависящих от вида, режимов обработки и физико-механических свойств обрабатываемого материала. В связи с этих одной из важнейших задач, связанных с удалением стружки, является ее формирование.

ЭНИМС разработаны рекомендации по применению методов дробления стружки.

1. Выбор геометрии режущей части инструмента, при котором используются стружколоматели в виде лунок, уступов или канавок, выполняемых на гранях режущей кромки резца. Применяются также накладные стружколоматели, закрепленные на верхней грани режущих пластинок.

2. Выбор режимов резания, то есть нахождение такого соотношения глубины резания и подачи, при котором имеет место эффект стружколомания (рисунок 15а).

3. Выбор схем перемещения инструмента короткими ходами, например, при обработке канавок или черновой расточке.

4. Прерывание подачи (рисунок 15б).

5. Формирование стружкоразделительных канавок, осуществляемое для чистовых проходов. Прорезка канавок производится на глубину (0.05-0.06 мм), меньшую припуску на чистовую обработку с шагом, угол подъема которого меньше 6 градусов (рисунок 15г).

6. Дополнительные относительные перемещения инструмента (прерывания с выстоем), ускоренное обрезание с выстоем, местное обрезание, отвод инструмента с выстоем и т. д. (рисунок 15в).

1-зона надёжного стружкодробления;

2 - зона ненадёжного стружкодроблени.

Рисунок 15 – Методы стружкодробления.

При фрезеровании концевыми цилиндрическими и фасонными фрезами дробление стружки может быть осуществлено с применением инструмента с зубьями расположенными в шахматном порядке.

В таблице 3 приведены области использования методов стружкодробления.

Таблица 3 – Области использования методов стружкодробления

На практике эксплуатации ГПС наибольшее распространение получила автоматизированная система удаления стружки, когда стружка от отдельных станков (ГПМ) или линий (ГАЛ) подается транспортерами на расположенные под полом участковые или магистральные конвейеры, которые транспортируют ее за пределы цеха для последующей переработки.

Этап транспортирования стружки обеспечивается скребковыми транспортерами или по трубопроводам. В состав агрегатов для уборки стружки входят моечно-сушильные агрегаты, которые служат для мойки и сушки деталей, что является отдельной операцией техпроцесса. Мойка и сушка осуществляется перед каждой чистовой и финишной операцией и, как правило, перед черновой. Время выполнения моечно-сушильной операции 12-15 минут. Моечно-сушильные агрегаты различаются по емкости рабочей зоны. В зависимости от этого, в рабочую зону можно подавать как отдельные детали (крупногабаритные), так и поддоны с деталями.

Пыль, возникающая на финишной обработке, утилизируется в циклонах.