Способы автоматизации рабочего цикла на станках в единичном, серийном и массовом производстве

Автоматическое изготовление деталей на станках в серийном или массовом производстве означает автоматическое выполнение основных и вспомогательных переходов по замкнутому цикл работы станка. На автоматических линиях и станках- автоматах при массовом изготовлении одной детали с постоянным комплектом режущего инструмента работа выполняется по неизменному жесткому циклу. При этом автоматизация основных и вспомогательных переходов осуществляется на базе применения элементов путевой автоматики и командоконтроллеров.

В условиях единичного, мелко- и среднесерийного производства автоматизация рабочего цикла осуществляется с применением гибкой автоматизации путем применения станков с ЧПУ, многоцелевых станочных модулей, РТК, используемых в составе ГПС. В состав таких систем входят: система автоматической установки и съема заготовок и спутников; система автоматической замены режущего инструмента; система автоматического управления режимами резания; система автоматического контроля на рабочем месте; транспортно-складская система; система технической диагностики за состоянием оборудования; система автоматического управления оборудованием.

Автоматизация транспортирования, установки и съема корпусных деталей в ГПС, осуществляется применением спутников, обеспечивающих точную автоматическую ориентацию закрепленных на них заготовок. На рабочих поверхностях спутников предусматривают сетку пазов (рис. 1, а) или сетку точных базовых и резьбовых отверстий (рис 1, б).

Рис. 1. Конструктивное исполнение спутников:

а- с сеткой пазов; б - с сеткой резьбовых отверстий

Для точной установки и закрепления деталей на спутниках используют универсальную технологическую оснастку (подкладные плиты, планки, прихваты, винтовые упоры, угольники и т. д.). Такая оснастка обеспечивает технологическую гибкость и многократность использования при установке различных по конструкции и размерам корпусных деталей. В условиях серийного производства на спутники устанавливают приспособления из элементов УСП, а также специальные приспособления, изготавливаемые для определенных деталей.

Для установки спутников на многоцелевых станках используют в основном две схемы базирования: базирование по плоскости и двум отверстиям или базирование по трем плоскостям в координатный угол. Первую схему базирования применяют для спутников шириной В до 500 мм. Для спутников больших размеров применяют обычно базирование по трем плоскостям; при этом в качестве направляющей базы используют паз, расположенный вдоль оси симметрии спутника. Это позволяет значительно уменьшить погрешность установки [41].

Для обеспечения автоматической работы станочного модуля в течение полутора-двух смен перед станком устанавливают многоместные загрузочные устройства (накопители) для спутников (рис. 2). Для передачи спутников на станок от накопителя применяют схему с использованием двухпозиционного перегружателя (каретки-оператора) (рис.2, а). Загрузочное устройство карусельного типа (рис.2, б) осуществляет передачу и прием спутников через одну позицию, расположенную перед станком. Загрузочное устройство с подвижными позициями (рис. 2, в) обеспечивает передачу и прием спутников с двух различных позиций, расположенных вдоль оси.

Рис. 2. Многоместные загрузочные устройства для спутников

многоцелевых станков

Установка на спутниках различных деталей предусматривает наличие системы автоматического распознавания спутников. С этой целью на спутники устанавливают кодовые гребенки или другие кодовые элементы, по которым датчик на исходной позиции, определяет наличие соответствующего спутника с определенной заготовкой и дает команду на вызов требуемой управляющей программы и подготовку необходимого инструмента. В ГПС накопители для спутников связаны между собой гибкой транспортной системой. Автоматическая тележка-оператор, управляемая от ЭВМ, обеспечивает передачу требуемой детали со спутником на другой модуль, на склад, на моечную или на контрольно-измерительную машину (КИМ).

В условиях крупносерийного и массового производства при изготовлении корпусных деталей на автоматических линиях из агрегатных станков с постоянным тактом выпуска также применяют спутники.

Необходимость обеспечения стабильности и точности установки заготовок на станках обусловливает высокие требования к точности изготовления спутников, и в частности требования по высоте спутников в пределах 0, 01—0, 02 мм, требования к точности размеров и относительного расположения базирующих поверхностей. На рис. 3 представлена схема базирования спутника и показаны требования к точности комплекта его основных баз.

Рис.3. Схема базирования спутника и требования к точности

Режущий инструмент хранится в инструментальных магазинах. Автоматический выбор требуемого инструмента, устанавливаемого в шпиндель, осуществляется благодаря его кодированию. Возможны два варианта: кодирование инструментальных оправок и кодирование позиций инструментального магазина. Оправки кодируют с помощью различного сочетания кодовых кулачков или набора кодовых колец. При вращении инструментального магазина датчик, расположенный на позиции установки и съема, фиксирует прохождение требуемого инструмента и дает команду на останов магазина.

Передача инструмента из магазина в рабочую позицию шпинделя станка осуществляется манипулятором с двумя схватами. Манипулятор захватывает инструмент, необходимый для последующего технологического перехода, и перемещается в исходную позицию. При этом второй схват находится в готовности съема инструмента, расположенного в шпинделе. Для вывода инструмента из шпинделя манипулятор перемещается вдоль оси, затем поворачивается на угол 180° и обратным перемещением вдоль оси устанавливает в шпиндель новый инструмент. Далее отработавший инструмент устанавливается в инструментальный магазин. Часть вспомогательных переходов по замене режущего инструмента выполняется параллельно с основным временем резания. Продолжительность автоматической замены режущего инструмента составляет 3—5 с.

В инструментальных магазинах многоцелевых станков может быть расположено 30—80 различных режущих инструментов. Наиболее распространенными являются инструментальные магазины барабанного типа. Инструментальные магазины цепного типа имеют большую вместимость, число инструментальных гнезд у них вставляет 120—180 шт. Применяют также дисковые инструментальные магазины с числом инструментальных гнезд 30…52 шт. При наклонном расположении инструментального магазина замена инструмента возможна без встроенных манипуляторов.

Для замены инструмента возможно применение промышленных роботов со сменными схватами.

Пр Применение многоцелевых станков для выполнения практически полной обработки заготовки с одной установки ее на спут* нике является особенно эффективным при изготовлении крупно-

Рис. 6.13. Схема технологических переходов, выполняемых на многоцелевом станке карусельного типа при обработке крупногабаритной заготовки корпусной

Детали: ’

1 ~ карусельное точение по цилиндрическим и плоским горизонтальным поверхностям; 2. 3 — фрезерование привалочных поверхностей; 4 — фрезерование торцов; 5 — контурное фрезерование бокового окна; 6 — фрезерование уступов; 7, 8— фрезерование поверхностей приливов; 9 — растачивание отверстий, обработка торцов; 10 — фрезерование плоскости разъема; 11 — прорезка канавок резцом; 12 — сверление и зевке- Рование малых отверстий, нарезание резьбы

габаритных деталей, например корпусов насосов, компрессоров, турбин, продолжительность переустановки которых занимает Десятки минут. Эффективному решению этой технологической задачи способствует разработка системы сменных инструментальных головок, обеспечивающих выполнение различных технологических переходов с использованием широкой номенклатуры режущего инструмента.

На рис. 6.13 показаны различные технологические переходы, выполняемые на многоцелевом при выполнении карусельных работ вращаются вокруг централь- ной оси, а при выполнении различных других технологических переходов остаются неподвижными или совершают координатные установочные перемещения на требуемый угол.

Применяемые при этом сменные инструментальные головки обеспечивают автоматическую установку и передачу крутящего момента для соответствующего режущего инструмента (резцов, устанавливаемых на вращающихся оправках, сверл, зенкеров, разверток, фрез, метчиков). Требуемое относительное расположение оси инструмента (горизонтальное, вертикальное или наклонное) определяется при этом конструкцией инструментальных головок. Такие головки позволяют при необходимости получить также требуемое консольное расположение фрезы или расточного резца для обработки труднодоступных поверхностей заготовки (см. тех-нологические переходы 2, 8, 11). В инструментальных головках могут быть установлены малогабаритные шлифовальные шпиндели с собственным приводом для выполнения шлифования чашечными или дисковыми кругами малых размеров. Все инструментальные головки имеют одинаковый комплект основных баз и располагаются в инструментальном магазине.

Гибкая производственная система для токарной обработки деталей типа шестерен и фланцев представлена на рис. 6.14. В систему входят: двухшпиндельный токарный автомат 13 патронного типа с ЧПУ= два независимых манипулятора 1 и 4 портального исполнения- штабелер 10, обеспечивающий манипулирование с палетами для инструмента и изделий; лазерное устройство 2 для маркировки готовых деталей. Загрузка заготовок и съем готовых деталей со станка осуществляется портальным манипулятором 1. Манипулятор перемещается по рельсам в горизонтальном направлении от рабочей зоны станка 13 до промежуточных позиций накопителя 11. Портальный манипулятор 1 имеет три зажимных устройства. Крайние зажимные устройства (левое и правое), выполненные в виде патронов, соответственно захватывают и устанавливают заготовки и готовые детали. Зажимное устройство, располо-женное между ними, обеспечивает переустановку заготовки из одного патрона в другой. Схват этого устройства выполнен в виде призмы, которая зажимает заготовку и в процессе перемещения от одного шпинделя к другому поворачивает ее на 180°.

Промежуточный накопитель 11 имеет две позиции — одну для заготовки, вторую для готовой детали. Подача на накопитель заготовок и съем готовых деталей осуществляется с помощью портального манипулятора 4, на каретке которого расположены Д0а загрузчика 5 и 6. Передачу заготовок и деталей с палеты 7 на промежуточный накопитель 11 осуществляет загрузчик 6. ЗагрУ3' чик 5, имеющий два схвата, обеспечивает своевременную автоМЗ' тическую замену режущего инструмента в двух восьмипозициой' ных револьверных головках токарного автомата. Один схват выбИ' рает на инструментальной палете 9, имеющей 32 позиции, соотвеТ'

станке карусельного типа по обработке плоских и фасонных цилиндрических поверхностей, центральных и других многочисленных отверстий в крупногабаритной к°Рпусной детали. На многоцелевых станках карусельного типа в Качестве спутников используют сменные круглые столы, которыеименение многоцелевых с Применение многоцелевых станков для выполнения практически полной обработки заготовки с одной установки ее на спут* нике является особенно эффективным при изготовлении крупно-танков для выполнения практически полной обработки заготовки с одной установки ее на спут* нике является особенно эффективным при изготовлении крупно-— исходное положение; б — вывод Применение многоцелевых станков для выполнения практически полной обработки заготовки с одной установки ее на спут* нике является особенно эффективным при изготовлении крупно-инструмента из шпинделя; в — установка в шпиндель нового инструмента; г — устано инструмента в