По типу встроенного технологического оборудования различают линии из универсальных станков, в том числе станков с ЧПУ, специализированных, агрегатных и специальных станков.

По виду обрабатываемых деталей различают линии для обработки деталей типа тел вращения (валов, втулок, дисков, фланцев), плоскостных деталей (планок, плат, пластин) и корпусных (корпусов, блоков, стоек, станин).

4.14. Гибкие производственные системы

ГПС в организационном плане обычно представляет собой отдельное структурное подразделение предприятия (цех, участок), управляемое от электронного устройства и включающее в себя станки с ЧПУ, автоматизированную транспортно-складскую систему и ряд дополнительных элементов, таких как система уборки стружки, участки размерной настройки инструмента, сборки приспособлений и т.п. Использование гибких станочных систем позволяет повысить производительность, стабилизировать качество обработки, сократить число обслуживающего персонала, уменьшить производственные площади. Применяются обычно в единичном и мелкосерийном производстве.

По компоновке различают: системы линейной одно- или многорядной компоновки, системы круговой компоновки, системы модульной компоновки.

При линейной компоновке станки устанавливают в один или несколько рядов, а транспортно-накопительную подсистему располагают параллельно ряду. Для круговой компоновки характерна установка станков вокруг центрального склада-накопителя. Системы модульной компоновки содержат станочные модули из однотипных станков, взаимодействующие с центральной транспортно-накопительной системой с помощью автооператоров или роботов.

По технологическому назначению гибкие станочные системы можно разделить на предназначенные для обработки корпусных деталей и тел вращения.

5. ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Современные поточные технологические и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт, погрузочно-разгрузочные операции связаны с применением разнообразных подъемно-транспортных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов.

По своему назначению и конструктивному исполнению подъемно-транспортные машины делятся на грузоподъемные машины, относящиеся к машинам периодического действия, транспортирующие машины, относящиеся к машинам непрерывного действия, и промышленные роботы – автоматические машины периодического действия.

5.1. Грузоподъемные машины

Предназначены для подъема и перемещения грузов на небольшие расстояния в пределах определенной площади промышленного предприятия. К числу таких машин относятся домкраты, лебедки (тали), грузоподъемные краны и погрузчики.

Грузоподъемные машины характеризуются следующими основными параметрами: грузоподъемностью, скоростями движения отдельных механизмов, режимом работы, пролетом, вылетом, высотой подъема грузозахватного устройства. Значения этих параметров должны соответствовать рекомендациям стандартов.

Грузоподъемностью машины называют массу максимального рабочего груза, на подъем которого рассчитана машина.

Скорости движения различных механизмов выбирают в зависимости от требований технологического процесса, в котором участвует данная грузоподъемная машина, от характера работы, типа машины и ее потребной производительности.

Режим работы механизмов регламентируется нормативными документами, согласно которым все механизмы грузоподъемных машин в зависимости от условий их использования разделяют на шесть групп режима работы, определяемых классом работы и классом нагружения. Классы использования механизмов характеризуют интенсивность использования механизма при эксплуатации. Классы нагружения механизма характеризуют относительную выгрузку механизма в соответствии со спектром нагрузок за заданный срок службы.

Пролетом называют расстояние по горизонтали между осями рельсов кранового пути.

Вылетом стрелы называют расстояние по горизонтали от оси вращения поворотной части стрелового крана до оси грузозахватного органа.

Высотой подъема для кранов мостового типа является расстояние от уровня пола до верхнего положения захватного устройства.

Домкраты представляют собой простейшие грузоподъемные механизмы, предназначенные для подъема грузов на небольшую высоту (0, 15 – 0, 7 м) и применяемые главным образом при ремонтных и монтажных работах. Домкраты выполняют в виде толкателей, т.е. подъем грузов ими производится без грузозахватных устройств. По конструкции домкраты делятся на реечные (грузоподъемность 0, 5-10 т), винтовые и гидравлические (грузоподъемность до 750 т). На рис. 5.1 представлен гидравлический домкрат. Основные его недостатки – низкий КПД (0, 3 – 0, 4) и малая скорость опускания груза.

Рис. 5.1. Гидравлический домкрат

Лебедки (тали) (рис.5.2) представляют собой грузоподъемные устройства для подъема или перемещения грузов тяговым органом – канатом или цепью 1, навиваемым на барабан 2. Могут иметь ручной или машинный привод.

Грузоподъемность ручных талей составляет 0, 25 – 10 тонн, электроталей 0, 1 – 16 тонн.

Рис. 5.2. Лебедка (таль)

Грузоподъемные краны являются одним из наиболее распространенных средств механизации погрузочно-разгрузочных работ на промышленных предприятиях. Они обеспечивают подъем груза с помощью грузозахватного устройства, перемещение его на небольшие расстояния и опускание в заданном месте.

Конструкции грузоподъемных кранов весьма разнообразны. На машиностроительных предприятиях наиболее широкое применение находят стационарные рельсовые мостовые и поворотные стреловые краны, а также краны-штабелеры.

Погрузчики. Для внутрицехового и межцехового транспорти­рования различных грузов широко применяют погрузчики, слу­жащие для выполнения операций захвата, вертикального и гори­зонтального перемещения груза и укладки его в штабель или на транспортную машину. Наиболее распространены погрузчики на специальных шасси - автопогрузчики и электропогрузчики.

Автопогрузчики (рис. 5.3, а) имеют привод от двигателя внут­реннего сгорания и пневматические шины. Автопогрузчики предназначены для работы на открытых площадках.

Электропогрузчики (рис. 5.3, б) имеют механизм передвижения от электродвигателя с питанием от аккумуляторной батареи. Применяются при работе в закрытых помещениях и цехах.

Грузоподъемность авто- и электропогрузчиков составляет 0, 63 – 45 тонн, максимальная высота подъема 4, 5 м.

Рис. 5.3. Погрузчики

5.2. Транспортирующие машины

Транспортирующие машины (конвейеры) предназначены для перемещения массового груза непрерывным потоком без остановок для их загрузки и разгрузки. Массовыми называют грузы, состоящие из большого числа однородных частиц или кусков, а также штучные однородные грузы, перемещаемые в больших количествах. Основной характеристикой конвейеров является их объемная или массовая производительность. Все устройства непрерывного транспорта можно разделить на две группы: транспортирующие машины с тяговым органом (лента, цепь, канат), в которых груз перемещается вместе с тяговым органом, и транспортирующие машины без тягового органа.

Группа транспортирующих машин с тяговым органом включает в себя ленточные и цепные конвейеры различного вида и назначения.

В ленточных конвейерах (рис. 5.4, а) лента используется в качестве транспортирующего органа, осуществляя одновременно тяговую связь между барабанами конвейера. В машиностроительном производстве ленточные конвейеры получили широкое применение для межоперационного транспортирования грузов в поточном производстве, для транспортирования в литейных цехах и пр.

В цепных конвейерах тяговым органом являются цепи различного типа. Для перемещения груза конвейеры снабжаются пластинами, образующими полотно конвейера, ковшами, люльками, тележками и т.п. Одновременно с транспортированием груза на цепном конвейере могут производиться различные технологические операции. Особенно широко применяют цепные конвейеры в сборочных цехах.

Для транспортирования штучных и массовых грузов, а также для автоматических поточных линий и линий сборки находят применение тележечные конвейеры, изгибающиеся в вертикальной или горизонтальной плоскости. Цепи этих конвейеров соединены с тележками, передвигающимися на катках по рельсам.

Задача транспортирования грузов по сложной пространственной трассе, проходящей на протяжении всего технологического процесса от получения первичной заготовки до готовой продукции, решается с помощью подвесных цепных конвейеров различных типов (рис. 5.4, б).

Рис. 5.4. Конвейеры с тяговым органом:

а – ленточный, б – подвесной цепной.

К группе транспортирующих машин без тягового органа относятся различные виды гравитационных устройств, качающиеся конвейеры, шнеки, пневматические устройства.

В гравитационных устройствах для транспортирования грузов используют силу тяжести. Простейшими гравитационными устройствами являются наклонная плоскость, желоб, труба, по которым скатывается транспортируемый груз. К гравитационным устройствам для транспортирования грузов относятся также неприводные рольганги, в которых наклонная плоскость образована из ряда роликов, установленных на раме (рис. 5.5, а).

Качающиеся конвейеры (рис. 5.5, б) применяют для транспортирования на небольшие расстояния всех видов насыпных грузов, кроме липких. Качающийся конвейер представляет собой желоб, подвешенный или опертый на неподвижную раму. Желоб совершает колебательные движения, вследствие чего находящийся в нем груз перемещается вдоль желоба.

Шнеком (винтовым конвейером) называют устройство, в кото­ром транспортирование материала по желобу или трубе осуществляется витками вращающегося винта. Витки винта штампуют из стального листа толщиной 4 - 8 мм и затем приваривают к валу, Шнеки применяют не только для перемещения груза по горизон­тали, но также по наклонным и вертикальным желобам (рис. 5.5.6, в). Благодаря простоте герметизации трубопровода шнеки широко используют для транспортирования пылящих, горячих или выделяющих вредные испарения грузов.При помощи шне­ков удобно транспортировать пылевидные, мелкозернистые и волокнистые материалы. В механообрабатывающих цехах шне­ками транспортируют металлическую стружку.

Рис. 5.5. Конвейеры без тягового органа

Пневматические транспортирующие устройства предназначе­ны для транспортирования по трубам в смеси с воздухом порошко­образных, мелковолокнистых и зернистых материалов, скорость которым сообщается движущимся потоком воздуха. В зависимости от способа создания движения воздуха по трубопроводам установки пневмотранспорта делят на всасывающие, нагнетающие и сме­шанные. На машиностроительных предприятиях для отвода струж­ки и пыли, образующихся при обработке резанием таких матери­алов, как текстолит, стекловолокно и т. п., широко применяют пневмоустройства всасывающего типа, работающие в результате создания в трубопроводе разрежения и всасывания в него атмос­ферного воздуха вместе с грузом. Во всасывающем устройстве ва­куум-насос 6 (рис. 5.5.6, г) создает разрежение, благодаря кото­рому воздух вместе со стружкой и пылью через сопло 1 засасы­вается в трубопровод 2. В отделительной камере 3 происходит осаждение груза, и воздух, содержащий мелкую пыль, проходят через фильтр 5. Очищенный воздух через вакуум-насос выбрасы­вается в атмосферу. Удаление груза производят через шлюзовые затворы 4, препятствующие засасыванию воздуха из атмосферы. При работе всасывающей установки отсутствует пыление, что весьма существенно в санитарно-гигиеническом отношении. Та­кие устройства пневмотранспорта целесообразно применять при необходимости доставки груза разветвленным трубопроводом из нескольких пунктов погрузки к одному пункту разгрузки.

5.3. Промышленные роботы

Для замены труда людей на тяжелых физических работах изве­стный писатель К. Чапек в 1920 г. в своей фантастической пьесе RUR (Россумовские универсальные роботы) предложил использовать механических рабочих-роботов. Название «робот» образо­вано от чешского слова «robota», что означает тяжелый подневоль­ный труд. Идею создания робота породило стремление заменить человека на тяжелых работах. Поэтому можно определить робот как автомат, осуществляющий механические действия, подобные дей­ствиям человека при выполнении физической работы.

Технико-экономическое и социальное значение применения промышленных роботов. В условиях ускоренного научно-технического прогресса, когда происходит частая смена объектов производства и повышаются требования к качеству продукции, технологические системы дол­жны быть быстропереналаживаемыми на выпуск новой продукции по более прогрессивной технологии. В этих условиях использование промышленных роботов на основных технологических операциях, на вспомогательных и транспортных работах позволяет создавать многофункциональные, легко переналаживаемые технологические системы. Такие системы образуют принципиально новые техни­ческие средства, способные оперативно реагировать при изменении объектов производства.

Применение промышленных роботов в автоматизированных технологических системах позволяет освободить человека от непосредственного участия в производственном цикле. Замена человека роботом облегчает переход на двух- и трехсменную ра­боту, что существенно повышает степень использования техноло­гического оборудования. Широкие возможности открывает применение роботов на пути создания принципиально новых технологических процессов, ко­торые не будут связаны с ограниченными физическими возмож­ностями человека (грузоподъемности, быстродействия, повторя­емости и т. д.).

В этих условиях требуется разработка новых принципов органи­зации и управления работой технологической системы на базе применения ЭВМ и микропроцессорной техники.

Важное социальное значение применения роботов состоит не только в повышении культуры производства, но и в оздоровлении условий труда. Замена ручного труда машинным с участием промышленных роботов приведет к ликвидации производствен­ного травматизма и многих профзаболеваний.

Социальное значение использования роботов состоит в том, что реализация целевой функции общественного производства, направленного на всестороннее развитие личности, требует рас­ширения фонда свободного времени. При выполнении этого усло­вия может происходить реальное развитие потребностей и их удовлетворение. При использовании достижений НТР свободное время станет действительным мерилом богатства общества.

Классификация промышленных роботов. Промышленные роботы клас­сифицируются по назначению, конструктивным параметрам, спо­собу управления, по быстродействию и точности движений. Клас­сификационные деления представлены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Классификация промышленных роботов

В зависимости от характера выполняемых функций в ходе реа­лизации технологического процесса промышленные роботы де­лятся на основные и вспомогательные. Если назначение робота связано с выполнением основной технологической операцией, т. е. с изменением состояния предмета труда (сварка, пайка, сборка и т. п.), то такие роботы принято считать основными. Роботы, выполняющие вспомогательные технологические приемы (установка заготовок в приспособление, удаление отходов из ра­бочей зоны прессов, контроль размеров и т. п.), составляют группу вспомогательных автоматов.

Основные и вспомогательные роботы по степени универсаль­ности делятся на универсальные, специализированные и специ­альные. Универсальные роботы предназначены для выполнения различных технологических операций и могут работать в различ­ных технологических процессах, с различными видами оборудо­вания. Универсальные роботы могут, например, устанавливать заготовку на токарный станок, производить разливку металла в формы и выполнять окраску изделий.

Специализированные промышленные роботы выполняют одно­родные технологические операции и приемы в определенном пара­метрическом диапазоне (например, обслуживание штамповочного пресса или токарного станка).

Специальные роботы предназначены для выполнения только конкретной технологической операции или приема (например, сборочный робот для сочленения двух деталей или для установки камня в часовой механизм).

Широкие технические возможности универсальных роботов отражаются, как правило, на их высокой стоимости: чем выше специализация промышленного робота, тем ограниченнее его технические возможности и ниже стоимость.

В роботах нашли применение все известные типы приводов: пневматические, гидравлические и электрические. В некоторых конструкциях роботов имеются комбинированные приводы: пневмогидравлические, пневмоэлектрические и т. п. В комбинированных приводах максимально используются до­стоинства отдельных типов приводов и компенсируютсяих недо­статки.

Основными исполнительными устройствами промышленных роботов являются манипуляторы - многозвенные механизмы с управляемыми приводами по всем степеням подвижности. Мани­пуляторы робота под действием его системы управления совер­шают движения, подобные движениям рук человека в его трудовой деятельности. В зависимости от конструктивного построения технологической система и характера выполняемых роботами действий их конструк­ции могут быть выполнены с одним или несколькими одинаковыми манипуляторами. Большинство промышленных роботов имеет один манипулятор.

Параметры рабочей зоны манипулятора определяют область его пространства, в пределах которой робот может осуществлять рабочие действия. Рабочая зона манипулятора - это простран­ство, в котором находится его рабочий орган при всех возможных положениях звеньев манипулятора. Форма рабочей зоны опреде­ляется типом системы координат, в которой осуществляется дви­жение рабочего органа манипулятора, и числом степеней подвиж­ности манипулятора (рис. 5.6).

По способу управления промышленные роботы делятся на программные, адаптивные и интеллектуальные.

Роботы с программным управлением работают по заранее за­данной жесткой программе. Они не реагируют на окружающую их обстановку и монотонно выполняют программные циклы. Это так называемые роботы первого поколения.

Роботы с адаптивным управлением работают по заранее задан­ному алгоритму управления. Они имеют средства очувствления (техническое зрение, устройства ориентации, датчики усилий и т. д.) и реагируют на изменение окружающей обстановки и меня­ющиеся условия работы, разрабатывают программу управления по обходу препятствий, выбору необходимых деталей и т. д. Та­кие роботы составляют группу роботов второго поколения.

Интеллектуальное управление наряду с очувствлением и развитой системой обработки внешней информации имеют внутреннюю систему самообучения, которая выбирает и запоминает наиболее эффективные программные приемы выполнения рабочих действий. Такая развитая система управления наделяет робот искусственным интеллектом. Эта группа роботов относится к третьему поколению.

Быстродействие и точность являются главными показателями работы роботов. Эти параметры взаимосвязаны и характеризуют динамические свойства роботов. Классификационные деления по быстродействию и точности приведены в табл.5.1. Большинство (около 80 %) современных роботов имеет среднее быстродействие, а оставшаяся часть их общего парка - высокое быстродействие. Быстродействие робота определяет, с одной стороны, производительность технологической системы, а с другой - точность. Чем выше быстродействие робота, тем выше его производитель­ность, но ниже точность. Быстродействие современных роботов является недостаточным, его требуется увеличить в 2 - 3 раза с со­хранением необходимой точности работы.

Рис. 5.6. Схемы и рабочие зоны манипуляторов

Точность манипулятора выражается результирующей погрешностью позиционирования или отработки заданной траектории. Большинство промышленных роботов в мире имеют среднюю точность. В электронной промышленности используются роботы с точностью до единиц микрометров. Погрешность манипулиро­вания роботов для транспортных работ превышает 1 мм.

Наряду с классификационными подразделениями промышлен­ные роботы характеризуются параметрами, оценивающими их технический уровень (удельную грузоподъемность, выходную мощность манипулятора, управляемость и т. п.). Эти показатели служат для оценки качества конструкции робота и предназначены для оптимизации параметров при проектировании и экономической оценке роботов.

Компоновочные схемы и целевые механизмы промышленных роботов. В состав промышленного робота входят один или несколько механических манипуляторов, которые состоят из нескольких кинематических пар с поступательным или угловым перемещением. На манипуляторе устанавливается рабочий орган в виде захватного устройства (охвата) или специального инстру­мент (пульверизатор, сварочная головка и т. п.). Манипулятор и захватное устройство снабжаются силовыми приводами. Подвижные роботы имеют устройство передвижения. Управление движениями манипулятора, захватного устройства и механизма передвижения осуществляется системой автоматического управле­ния с необходимым набором чувствительных элементов.

Компоновочная схема робота УМ-1, предназначенного для выполнения вспомогательных операций при автоматизации технологических процессов в машиностроении, приведена на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Компоновочная схема робота УМ-1

Для автономного функционирования в условиях большой неопределенности и изменчивости объекта и внешней среды при­меняют роботы с интеллектуальным управлением. При интел­лектуальном управлении наряду с решением задач по управлению перемещениями манипулятора производится моделирование внеш­ней среды, выполняется логический анализ сложных задании и планируются собственные действия. Интеллектуальные роботы обладают способностью обучаться понятиям и распознавать сиг­налы и объекты, а также накапливать наиболее удачные програм­мные действия и синтезировать из них новые программы.

В структуре управления выделены два главных уровня управления: стратегический и тактический. На стратегическом уровне решаются задачи по принятию решений и планирование поведения робота, а также задачи распознавания и моделирования среды. На тактическом уровне производится планирование и программирование движе­ний, а также синтезирование алгоритмов адаптивного управления приводами исполнительных механизмов, обеспечивающие факти­ческое осуществление программного движения.

Заключение

Исторически сложилось, что именно машиностроение составляет основу научно-технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства. Непрерывное совершенствование и развитие машиностроительной отрасли неразрывно связано с прогрессом производства технологического оборудования – литейного, кузнечно-прессового, сварочного, металлорежущего. Современный этап деятельности предприятий, выпускающих технологическое оборудование, характеризуется переходом от выпуска отдельных машин к выпуску комплексов машин, обеспечивающих производство разных видов изделий от начала до конца, и придания этим комплексам гибкости, т.е. возможности приспособления к разным условиям производства, разным изделиям, разному уровню механизации и автоматизации.

Для технологического оборудования, выпускаемого в настоящее время, характерно быстрое расширение сферы применения программного управления с использованием микропроцессорной техники. Эффективность проектирования и внедрения передовой технологии, комплексной механизации и автоматизации процессов производства технологического оборудования обеспечивается широко развитой специализацией производства на основе стандартизации, унификации и агрегатирования деталей и узлов.