Гибкие производственные модули и станочные системы

Схемы построения ГПС: отдельные РТК и ГПМ и скомплектованные из них гибкие АЛ; с применением промежуточных складов- накопителей заготовок и инструмента; прямой подачей заготовок и инструмента к станкам по схеме «склад — станок»; применением емких многоярусных и кассетных инструментальных магазинов у станка и сменой магазинов станка в процессе работы ГПС; применением промышленных роботов для автоматизации загрузки-выгрузки заготовок, деталей и инструмента при обслуживании станков и без применения роботов; применением общецеховых портальных манипуляторов для охвата всей рабочей зоны и др.

Основной вид транспорта в современных ГПС: тележки рельсовые, индуктивные (робокары) с установленными на них палетами и магазинами с заготовками и приемниками инструмента, а также роботизированные конвейеры.

По уровню и характеру роботизации все ГПС можно условно разделить на шесть групп:

• 1) ГПС без роботов;
• 2) отдельные РТК и ГПМ и скомплектованные из них гибкие АЛ;
• 3) ГПС с прямой подачей заготовок и инструмента к станкам по схеме «склад — станок»;
• 4) ГПС, оснащенные АТСС и манипуляционными роботами, обслуживающими обрабатывающее оборудование;
• 5) ГПС, оснащенные АТСС и роботизированными транспортными средствами;
• 6) ГПС, оснащенные АТСС, роботизированными транспортными средствами и манипуляционными роботами.

ГПС без роботов, где переналадка на выпуск новой продукции осуществляется за счет перепрограммирования обрабатывающего оборудования. К таким системам можно отнести гибкие автоматизированные системы в пищевой, химической промышленности, производстве строительных материалов и на операциях упаковки, которые отличает от других ГПС не столько необходимость быстрой переналадки на выпуск или упаковку различных видов продукции, сколько необходимость модульного построения гибкого комплектования конкретных автоматических линий в соответствии с запросами потребителя.

Мехатронная автоматическая линия для фасовки и блистерной упаковки пищевых продуктов, лекарственных средств и других товаров разработана в Институте машиноведения РАН совместно с научно- производственной фирмой «Рекупер». Название «блистерной», линия получила от английского «blister» — пузырь, поскольку в линии форму из термопластичного материала получают методом выдувания. Линия имеет линейную компоновку и построена по схеме, ставшей канонической для автоматов блистерного типа (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Технологическая схема фасовочно-упаковочной автоматической линии

Расходными материалами в линии являются термопластическая пленка и алюминиевая фольга с нанесенным на нее рисунком, содержащим информацию о продукте, и фасуемый продукт.

При упаковывании применяют:

• • для корпуса пленку полистирольную (ПС) или поливинилхлоридную (ПВХ), предназначенную для изготовления тары под пищевые продукты и лекарственные средства (ГОСТ 25250—88), ее толщина составляет до 0,8 мм, ширина — 165 мм в рулоне диаметром до 400 мм, внутренний диаметр гильзы — 70—80 мм;
• • для внешнего покрытия — алюминиевую фольгу с термосваривающим покрытием толщиной до 60 мкм или соответствующие полимерные пленки в рулоне диаметром до 250 мм.

Комплектующие (устройство управления и приводы) выполнены на изделиях фирмы FESTO (Германия), отличающихся повышенной надежностью.

Работа всех приводных элементов и механизмов синхронизируется посредством микроконтроллера, обрабатывающего информацию отдатчиков, включенных в состав мехатронной системы.

Разработано и поставляется три модификации линии: для розничной сети, для порционной фасовки и универсальный вариант.

Производительность линии в зависимости от модификации и объема упаковывания от 1200 до 4800 упаковок в час. Объем упаковки 10 — 350 см.

Работает линия следующим образом. Термопластический материал из рулона поступает в нагреватель, где под автоматическим контролем размягчается. Далее он передается на позицию формовки емкости, где получаются формы. Формы заполняются продуктом от дозатора. Далее формы с продуктом накрываются фольгой, а на позиции сварки происходит сварка фольги с материалом форм. Сварка осуществляется при контролируемых температуре и давлении. На позиции вырубки закупоренные формы с продуктом разделяются на отдельные элементы и блоки. Готовые упаковки или блоки упаковок поступают для дальнейшего транспортного упаковывания в коробки.

Описанная схема линии имеет три ручья. Это означает, что каждый из обозначенных агрегатов линии параллельно обрабатывает три упаковки. Позиция формовки емкости является достаточно «квалифицированной» с инженерной точки зрения. Основным ее элементом является металлическая форма, выполняемая с высокими степенями точности и чистоты. Форма имеет систему охлаждения. Охлаждение осуществляется проточной водой. Дозатор объемного типа плунжерной конструкции легко разбирается для осуществления промывки. Позиция сварки, кроме функциональных элементов, оснащена локальной пневматической системой охлаждения, позволяющей избежать перегрева емкостей с продуктом во время кратковременных остановок линии.

В конечной позиции линии установлены ножи для продольной над- резки межемкостного пространства и нож, обеспечивающий поперечную надрезку или обрезку емкостей или блоков емкостей, последнее определяется наперед заданной программой. Кроме того, в этой же позиции установлен штамп, снимающий фаски на упаковках в целях придания им товарного вида. Надрезка блоков емкостей позволяет их легко разделять, разламывая на элементы, удобно упаковывание емкостей в транспортные коробки, куда они укладываются блоками. Число емкостей в каждом блоке — произвольное, оно программируется заранее.

Отличительной особенностью конструкции является ее модульность. Все исполнительные узлы (модули) синхронизируются в работе посредством микропроцессора, обеспечивающего требуемый технологический цикл. Таким конструктивным решением достигаются гибкость и модульность — два важных качества, отличающих описываемую линию от аналогов. Именно эти качества делают машину удобной для малых форм хозяйствования — фермерских хозяйств. Закончив фасовку и упаковывание меда, можно оперативно перейти на фасовку, например, майонеза, перестроив машину на новую форму. При этом модульность обеспечивает удобство отладки при переходе на каждую новую программу.

Особенностью конструкции является то, что все ее рабочие механизмы выполнены по единой схеме на основе механизма с переменной структурой, обеспечивающего подстройку под оптимальные параметры технологического процесса.

Отдельные РТК и ГПМ и скомплектованные из них гибкие АЛ. Примеры РТК и ГПМ различного назначения, а также АЛ, скомплектованные из них, приведены в главах 2—9.

ГПС, обеспечивающие прямую подачу заготовок и инструмента к станкам по схеме «склад — станок», относятся к самым ранним конструкциям, когда вопросы загрузки оборудования препоручались рабочему или автооператору, а отработка технических решений концентрировалась вокруг создания системы обеспечения функционирования ГПС. На их примере отрабатывались системы организации и управления производством, его технической подготовки, разрешались проблемы, связанные с созданием АТСС, АСИО, САК, АСУО, АСУ ТП, АСНИ, САПР, АСТПП, АСУ и т.д. (см. ГОСТ 26228-85).

Эти ГПС оснащают различными типами АТСС: автоматизированным складом с роботами-штабелерами, автоматизированными транспортно-складскими или транспортно-накопительными системами (включая системы непрерывного роботизированного транспорта) с автоматическим адресованием грузов. Примерами таких ГПС могут служить гибкие автоматизированные участки типа АЛП-3 и АСК, предназначенные для обработки корпусных деталей, и типа АСВ, предназначенные для обработки деталей типа тел вращения и др.

Гибкий автоматизированный участок АЛП-3-1 (рис. 11.2), разработанный НПО НИ АТ, предназначен для обработки сложных корпусных деталей из алюминиевых или магниевых сплавов с габаритными размерами 250 х 250 х 250 мм. Участок управляется ЭВМ и состоит из двух обрабатывающих центров СМ400 с накопителями и устройствами автоматической подачи палет-спутников, склада заготовок и деталей, который обслуживают два робота-штабелера, и системы инструментального обеспечения, состоящей из склада инструмента и автооператоров для зарядки инструмента в инструментальные магазины обрабатывающих центров. Установка заготовок на палеты-спутники и демонтаж деталей после обработки происходят на участках загрузки и разгрузки. Палеты-спутники с заготовками штабелер доставляет в ячейки склада. Другой штабелер извлекает их из ячеек, помещает на накопители станков, забирает с них обработанные детали и возвращает на склад. Доставка заготовок на входные позиции станков и подача необходимого инструмента осуществляется во время обработки деталей.

Управляющий вычислительный комплекс (на базе ЭВМ М6000) обеспечивает диспетчирование и координацию работы всех систем ГПС: системы управления станками, системы управления складом и транспортированием заготовок и деталей, системы инструментального обеспечения, а также выдает информацию на дисплей и печатающие устройства ЭВМ.

Система управления металлорежущими станками осуществляет хранение, контроль, поиск и вызов программ обработки деталей на станках. Кроме того, она производит ряд изменений в кадрах этих программ: меняет номер инструмента на номер гнезда магазина станка, в который инструмент будет установлен; вводит коррекции на длину и диаметр инструмента; вводит специальные кадры на загрузку в магазин станка и выгрузку из него инструмента, а также на загрузку в станок и выгрузку из него детали. Для хранения программ обработки деталей используются магнитные диски, емкость которых позволяет хранить сотни различных программ обработки. В случае возникновения, аварийной ситуации система управления станком выдает оператору ЭВМ сообщение о причинах сбоя и переходит в наладочный режим. Оператор с помощью набора наладочных команд может вывести станок из аварийной ситуации и при необходимости продолжить обработку с того кадра, на котором произошел сбой.

Системауправления транспортом деталей выполняет две функции — диспетчирование и транспортирование палет-спутников с деталями и без них. В состав диспетчерских функций входит установление порядка запуска деталей на обработку, исходя из сменного задания, обеспечивающего наиболее равномерную загрузку станков комплекса АЛ П-3-1. В состав транспортных функций входит: подача пустых (незагруженных) палет-спутников на позицию загрузки, доставка палет-спутников с заготовками на станки, передача палет-спутников с обработанными

деталями со станков на позиции (устройства) контроля и разгрузки. Система управления транспортом деталей анализирует состояние занятости позиций к штабелерам и выдает им необходимые сигналы на перемещение и высвечивание нужной информации.

В начале смены оператор с пульта управления ЭВМ вводит сменное задание, которое фиксируется на экране дисплея. Сменное задание может быть изменено или дополнено в любой момент времени. Получив сменное задание, система управления транспортом деталей выбирает деталь, которую с точки зрения равномерности загрузки оборудования целесообразно подать на станок.

Каждая первая обработанная деталь отправляется на контроль. Далее контроль может быть стопроцентным или выборочным. Кроме того, имеется возможность вызвать на контроль любую деталь после любого перехода обработки. Проверив деталь, контролер аттестует ее и вводит эту информацию в ЭВМ. При необходимости он вводит в ЭВМ дополнительные коррекции на инструмент.

Система управления инструментальным обеспечением предназначена для бесперебойного снабжения в автоматическом режиме станков, входящих в комплекс, инструментом, необходимым для обработки деталей, загружаемых в любой последовательности.

Система управления инструментальным обеспечением совместно с системой управления транспортом деталей позволяют свести к минимуму подготовительно-заключительное время обработки на станках, так как параллельно с обработкой детали, находящейся на столе станка, происходит подготовка необходимого инструмента для детали, установленной на входной позиции этого станка. Время, необходимое для перехода с обработки одной детали на другую, составляет 1—2 мин и затрачивается лишь на автоматическое снятие обработанной детали и на установку новой заготовки на стол станка.

Автоматизированный участок АЛП-3-2, состоящий из восьми станков и обеспечивающий работу в три смены, стал логическим продолжением предыдущей разработки. На участке обрабатывались корпусные детали, заготовки для которых получали из алюминиевых или магниевых сплавов литьем или штамповкой. В состав участка входят: четыре многооперационных пятикоординатных станка с ЧПУ, три многооперационных шестикоординатных станка с ЧПУ и один пятикоординатный станок с ЧПУ для глубокого сверления; АТСС на 160 палет-спутников; система инструментального обеспечения на 1200 инструментов. Станки оснащены инструментальными магазинами на 160 инструментов. В состав ГПС входит отделение наладки инструментов, склад заготовок с накопителем и отделением комплектации, отделение промывки деталей и слесарное отделение. Система программного управления позволяет выполнять на участке АЛП-3-2 все функции, аналогичные АЛП-3-1. Пропускная способность в 4 раза выше (по числу станков), чем у АЛП-3-1.

Гибкий автоматизированный участок (ГЛУ) типа АСК, предназначенный для обработки корпусных деталей, состоит из нескольких ГПМ, объединенных общей автоматизированной системой управления; при этом технологический маршрут обработки деталей предусматривает изменение последовательности использования оборудования.

Управляющий вычислительный комплекс (УВК) и производственный комплекс (подсистемы обработки и потока деталей и инструментов, вспомогательная подсистема) связаны между собой через ЭВМ (например, при прямом управлении станками в режиме ЭВМ — УЧПУ) или посредством соответствующей документации (например, при планировании и учете).

Планировка ГАУ типа АСК приведена на рис. 11.3. Для обработки (с четырех сторон за одну установку) корпусных деталей применяют сверлильно-фрезерно-расточные станки 7 с ЧПУ, оснащенные устройствами автоматической смены инструмента и устройствами автоматической смены ПС с закрепленными на них деталями. Станки связаны между собой транспортной системой 10.

Рис. 11.3. Гибкий автоматизированный участок типа АСК:

• 1 — сверлильно-фрезерно-расточные многоцелевые станки; 2 — специальный станок для обработки базовых поверхностей корпусных деталей;
• 3, 4 — станки для доделочных операций; 5 — координатно-разметочная машина; 6 — моечная машина; 7 — отделение для хранения станочных палет, элементов переналаживаемой оснастки и сборки приспособлений;
• 8 — отделение для хранения, сборки и настройки инструментов;
• 9 — контрольно-измерительная машина; 10 — транспортная система

Базовые поверхности заготовок обрабатывают на специальных станках 2 с ЧПУ, а доделочные операции выполняют на станках 3 и 4.

Помимо указанных станков в состав ГАУ в ряде случаев входят координатно-разметочная машина 5 (для контроля и разметки литья) и контрольно-измерительная машина 9 (для окончательного контроля обработанных деталей).

На участке предусмотрены отделения 7 (для хранения станочных палет, элементов универсально-сборной переналаживаемой оснастки и сборки приспособлений) и 8 (для хранения, сборки и настройки инструментов).

Отделение 7оснащено механизированными стеллажами для хранения элементов оснастки и монтажными столами для их сборки.

Отделение 8 оборудовано стеллажами для хранения режущего и вспомогательного инструмента и рабочими верстаками; для размерной настройки инструмента используют оптические приборы.

Применение ГАУ типа АСК обеспечивает повышение производительности обработки в среднем в 3,2 раза при стабильном ее качестве.

С 1977 по 1982 г. предприятиями станкостроительной промышленности под методическим руководством НПО ЭНИМС разработано семейство гибких автоматизированных участков моделей АСК-10, АСК-20 и АСК-30, отличающихся типоразмерами обрабатываемых деталей и установленным оборудованием. Они предназначены для черновой, получистовой и чистовой обработки корпусных деталей в условиях мелкосерийного производства. На станках с ЧПУ, входящих в состав комплексов, выполняются фрезерные, расточные, сверлильные, резьбонарезные и другие операции, необходимые для получения готовых деталей.

Автоматизированные участки типа АС В предназначены для обработки деталей типа тел вращения с размерами, соответствующими возможностям объединенных в систему станков. Для обработки различных типоразмеров деталей разработаны и опробованы на практике гибкие автоматизированные участки АСВ-20, АСВ-21, АСВ-22 и АСВ-30, в которых использовались от 4 до 16 станков с ЧПУ. В зависимости от моделей и числа встраиваемых станков длина различных участков может составлять 35—60 м при общей ширине 14 м. Участки могут состоять из токарных станков с ЧПУ одного или разных типоразмеров, а также включать сверлильно-фрезерные, шлифовальные, зубообрабатывающие и другие станки с ЧПУ. На сверлильно-фрезерных станках можно обрабатывать также детали плоской формы: планки, рычаги, кронштейны, мелкие корпуса. Количество наименований обрабатываемых деталей практически не ограничено, а объем неповторяющихся деталей может составлять 40% от общего объема.

На рисунке 11.4 показан один из вариантов компоновки участка из 12 станков (десять токарных и два сверлильно-фрезерных). Общий транспортер, несущий тару, обслуживает перемещающиеся (поперек) автоматические транспортные тележки, которые доставляют к станкам палеты с концевым инструментом для сверлильно-фрезерных станков, поддоны с заготовками, палеты с комплектами оснастки и использованной оснасткой и секции поперечных транспортеров для удаления емкостей со стружкой от станков. Этот же транспортер обслуживает отделения: наладки и комплектации режущего инструмента и оснастки, приема-сдачи готовых деталей, сбора стружки и ОТК. Имеется также планово-диспетчерское отделение с управляющим вычислительным комплексом на базе ЭВМ типа М6000, СМ1 или СМ4 для оперативно-производственного планирования. Общий транспортер с поперечными автоматическими транспортными манипуляторами и секциями удаления стружки представляет собой адресную транспортно-накопительную систему со свободным ритмом перемещений, осуществляющую все грузопотоки и обеспечивающую независимую и совмещенную по времени работу на всех позициях участка.

Рис. 11.4. Вариант компоновки участка типа АСВ:

• 1 — токарные автоматы или полуавтоматы; 2 — сверлильно-фрезерные станки с ЧПУ; 3 — отделение наладки и комплектации, инструмента;
• 4, 5— поворотные стеллажи соответственно для инструмента и элементов оснастки; 6 — оптический прибор для настройки режущего инструмента; 7 — секции автоматических транспортных тележек; 8 — конвейер с тележками и ящиками с палетами: концевых инструментов (а), для заготовок и деталей (б), для комплектов оснастки (в), емкостями для стружки (г); 9 — отделение сбора стружки; 10 — манипулятор- кантователь емкостей стружки; 11— отделение приемки готовых деталей и ОТК; 12 — секции удаления стружки с гидроукладчиком

Участки типа АСВ рекомендуется применять для мелкосерийного производства с редкой повторяемостью одних и тех же деталей (в этих условиях загрузка заготовок и снятие готовых деталей со станков могут осуществляться рабочим-оператором вручную), а также для серийного производства деталей крупными партиями.

Оперативное планирование производства осуществляется с помощью ЭВМ, что обеспечивает планомерную и максимальную загрузку станков, учет и диспетчирование, сокращает время на подготовку производства. На участке достигнут высокий уровень автоматизации проектирования технологических процессов в результате использования стандартных (типизированных) технологических данных: припусков, режимов резания, переходов, конструктивных элементов деталей, типовых микроопераций (микроциклов), циклов проходов, части переходов, полных переходов и др. Стандартизированные технологические данные введены в ЭВМ в виде постоянных справочных массивов (баз данных), что позволяет формировать технологические процессы в соответствии с заданными алгоритмами.

Применение проблемно-ориентированного языка, обеспечивающего общепринятое и привычное восприятие чертежа детали, позволяет резко сократить число ошибок при программировании. Эксплуатация участков типа АСВ показала высокую производительность и малую трудоемкость применяемой системы технологической подготовки. Суммарное время технологической подготовки токарных операций для деталей одной партии составляет около 60 мин (ознакомление с чертежом детали и технологическим маршрутом ее обработки 10 мин, заполнение карты исходных данных 15 мин, расчет на ЭВМ 10 мин, просмотр результатов расчетов и комплектация документов 15 мин и другие операции).

Система оперативно-производственного планирования обеспечивает решение всех задач, связанных с планированием, учетом и организационным управлением участком. Она включает подсистему учета хода производства (открытие и комплектация заказов, данные о ходе выполнения заказов, текущем состоянии рабочих мест, нормирование операций, месячная отчетность и др.) и подсистему планирования производства (загрузка станков, количество заказов на момент планирования, срочность выполнения заказа, координация работы служб технологической подготовки производства и др.).

Управляющий вычислительный комплекс обеспечивает взаимосвязь работы автоматизированного участка с другими подразделениями предприятия, что повышает уровень организации производства во всех звеньях предприятия.

Включением в систему станков одинакового технологического назначения и одной модели достигается технологическая взаимозаменяемость станков в пределах их назначения, крепежной и инструментальной оснастки, управляющих программ, упрощается содержание и обслуживание станков, обеспечивается более полная их загрузка по времени, динамичность производственного графика, т.е. достигается еще более высокая степень гибкости.

Транспортно-накопительная система является распределительной, универсальной и адресной системой высокой гибкости, которая обеспечивает кратчайшую транспортную связь между всеми рабочими местами. Секционное построение позволяет в зависимости от производственных требований и условий без дополнительных специальных решений увеличивать или уменьшать длину транспортера. Это позволяет встраивать дополнительное число станков при росте объема выпуска. Транспортная система обеспечивает встраивание практически любых станков и их легкую замену при обновлении или необходимости ремонта. Автоматические транспортные манипуляторы способствуют переходу от ручной загрузки станков к загрузке роботами, причем любой конструкции (следующий этап автоматизации).

Агрегатно-секционный (модульный) принцип построения участков типа АС В позволяет компоновать их из отдельных унифицированных секций, обеспечивающих самостоятельное выполнение заданных производственных функций, а также комплектовать участки станками различного назначения, число которых зависит от номенклатуры обрабатываемых деталей и их годового выпуска. Типовые решения позволяют учитывать любые особенности производственных помещений, что также увеличивает гибкость системы.

Секционное построение на основе типового транспортного и вспомогательного оборудования также сокращает объем проектноконструкторских работ и уменьшает сроки освоения производственных мощностей, а также текущей модернизации существующих производств на основе комплексной всесторонней автоматизации.

ГПС, оснащенные АТСС и манипуляционными роботами, применяемыми для обслуживания основного технологического оборудования.

Участки типа АС В и АС К могут оснащаться различными моделями промышленных роботов. В последнем случае целесообразно использовать подъемно-транспортные и манипуляционные роботы, что предусмотрено общим планировочным решением участков.

Для участков типа АС В разработаны конструктивные решения РТК с применением роботов (рис. 11.5) моделей РВ-50, СМ40Ц48.11,

СМ80Ц48.11, СМ80Ц25.01. А (Россия) и Robot Fanuc «Model О» и «Model 1» (Япония).

Рис. 11.5. Пример роботизации загрузки токарных станков модели 1720ПФЗО на участке типа АСВ:

1 — транспортер; 2 — транспортная тележка с автоматическим адресованием; 3 — робот модели Fanuc Model 0; 4 — УЧПУ робота Fanuc Model 0; 5 — приемные столы для деталей (заготовок); 6, 11 — тактовые столы; 7, 12 — емкости для стружки; 8— СПУ робота модели Fanuc Model 1; 9 — робот модели Fanuc Model 1; 10— приемные столы для деталей (заготовок); 13 — токарный станок; 14 — СПУ станка

Пример роботизации участка типа АСК приведен на рис. 6.24.

Гибкая производственная система SCAMP (Великобритания) предназначена для обработки деталей типа тел вращения: валов, дисков, фланцев и шестерен, выполненных из стали, чугуна, алюминия. Заготовки поступают в виде поковок, отливок или проката. На рисунке 11.6 показаны типовые детали и их заготовки, полностью обрабатываемые на ГПС. Их изготовление требует токарной обработки, сверления, нарезки резьбы, круглого шлифования, фрезерования пазов, зубообработки и протягивания шлицев.

В состав ГПС (рис. 11.7) входят: девять металлообрабатывающих станков, из которых семь обслуживают индивидуальные роботы, а зубоокругляющий и зубообрабатывающий станки (см. рис. 11.7 поз. 6 и 7) обслуживает один робот. Промышленные роботы 18 «Model М1» фирмы Fanuc (Япония) обеспечивают манипулирование любыми деталями типа дисков диаметром до 230 мм и валов диаметром до 25 мм. Роботы расположены позади станков и в случае их отказа станки могут загружаться оператором вручную спереди.

Рис. 11.6. Типовые детали и их заготовки, обрабатываемые на ГПС SCAMP

Рис. 11.7. Планировка ГПС SCAMP:

• 1,2 — двухкоординатные; 3, 5— пятикоординатные токарные автоматы с ЧПУ типа Colchester 650; 4 — система технического зрения для ориентации заготовок; 6 — зубоокругляющий станок типа Sauces CNC;
• 7 — зубообрабатывающий станок типа Sauces; 8 — круглошлифовальный станок с ЧПУ типа Matrix; 9 — станок для фрезерования шпоночных канавок на базе станка типа Sauces Н160 без ЧПУ; 10 — горизонтально-протяжной станок типа Clarkson; 11 — конвейерная система с четырьмя дорожками; 12 — палеты;
• 13 — сенсорные устройства, считывающие код палет; 14 — станция загрузки (разгрузки); 15 — устройство для перемещения палет с одной дорожки на другую; 16 — устройство, формирующее очередь палет у станков; 17— поворотные столы внутренних ветвей роликового конвейера;
• 18— промышленные роботы

Все восемь роботизированных ячеек обслуживает роликовый конвейер, образующий единую транспортно-накопительную систему для заготовок и деталей. Две внутренние дорожки и два поворотных стола 17 образуют замкнутую транспортную систему для рециркуляции палет и быстрой их подачи к РТК. Две внешние конвейерные дорожки с одной стороны образуют восемь позиций для ожидания заготовок (перед каждым РТК), а с другой — шесть загрузочноразгрузочных позиций.

Заготовки и готовые детали устанавливают на палетах, которые перемещаются от любой из шести загрузочных позиций к любому из четырех токарных станков, а затем к другим станкам — по заданному маршруту.

Палеты служат для транспортирования заготовок (деталей) и межоперационного ожидания. Используют палеты двух видов: с плоским верхом для деталей типа дисков и со специальными ячейками и адаптером-поддержкой для размещения девяти деталей типа валиков в вертикальном положении.

Всеми перемещениями палет по дорожкам конвейера управляет непосредственно ЭВМ. На палетах отсутствуют какие-либо крепежные устройства. Детали типа дисков просто укладывают на грузовую площадку палет по одной, две, четыре или восемь (по четыре друг на друга) в соответствии со схемой укладки, показываемой на экране терминала; при этом положение их не должно отклоняться от номинального более чем на 10 мм в любую сторону. Детали типа валиков вставляют вертикально в ячейки поддерживающего адаптера. Экран терминала в каждом пункте показывает оператору последовательность загрузки в виде схем с сигнализацией возможных перегрузок изменением цвета; на диаграммах изображается число деталей, которые надо загрузить на палету, и способ их расположения; по окончании загрузки оператор подает соответствующий сигнал, и дальнейшее перемещение палет происходит автоматически.

Палеты, несущие заготовки и готовые детали, кодированы для распознавания ЭВМ. Этой же цели служат конечные выключатели, позволяющие ЭВМ локализовывать и идентифицировать палеты. Конечные выключатели располагают вдоль конвейера как на загрузочных позициях, так и на позициях каждой ячейки. Опознавательная система позволяет иметь 512 различных кодов, а также дополнительные коды для поиска положения той или иной палеты на конвейере.

Каждая из шести позиций загрузки-разгрузки снабжена терминальным дисплеем, на котором высвечивается контур загружаемых заготовок. ЭВМ информирует оператора о необходимости загрузки палет или их разгрузки. С помощью клавиатуры терминала оператор информирует ЭВМ о том, что загрузка или разгрузка выполнена.

Пневматические кантователи-перегрузчики осуществляют перестановку палет с внешней загрузочной дорожки конвейера на транспортные (внутренние) дорожки и с них на вторую внешнюю дорожку для подачи на станки и обратно, а также фиксируют палеты в положении загрузки-выгрузки деталей и заготовок роботами. В позиции каждой рабочей ячейки на внешней дорожке конвейера имеется по три пневматических устройства, обеспечивающих положение палеты для загрузки-выгрузки роботом и интервалы между палетами, необходимые для прохода захватов робота. Кантователями и фиксирующими устройствами управляет ЭВМ. Как только у какой-либо ячейки образуется свободное место, ЭВМ дает команду на загрузочную позицию для транспортировки следующей палеты. Считывающее устройство фиксирует код палеты, и ЭВМ сопоставляет этот код и тип деталей, расположенных на данной палете. Затем палета направляется на первую, предназначенную для данной детали позицию обработки. После окончания обработки партии данных деталей ЭВМ выдает команду для дальнейших перемещений палеты по маршруту.

Загрузку заготовок (деталей) на станки осуществляют роботы. Робот берет деталь с палеты и устанавливает ее в патрон токарного станка. После обработки одной стороны робот переворачивает деталь и устанавливает ее на станок для обработки другой стороны. Когда обработка на данной станочной позиции закончена, робот снимает деталь и кладет ее на следующую свободную палету, которая после заполнения направляется по внутренней дорожке конвейера к следующей, предписанной для данной детали операции.

ПР перемещают детали с разгружаемых палет, переносят их на станок (осуществляют, если необходимо, их перестановку) и затем возвращают детали на другую загружаемую палету; поскольку детали на палете часто штабелируются, их возвращение на первоначальную палету невозможно. Роботы также выбирают детали для проверки (каждую при управлении от ЭВМ или в случайном порядке по предписанию оператора).

Роботы находятся сзади станков, и в случае их отказа станки могут загружаться оператором вручную спереди; при этом оператор может использовать для управления индивидуальный контроллер. Роботы выполняют и другие операции, например, смазку торцов валиков, которые должны вращаться в центрах круглошлифовального станка с ЧПУ.

Так как детали могут иметь несимметричные отверстия, скосы, канавки, прорези и т.п., то в загрузочных позициях двух пятикоординатных токарных автоматов имеются устройства технического зрения для распознавания различных заготовок (деталей) и правильной их ориентации в патроне станка.

В состав системы распознавания входят поворотный стол, телевизионная камера, средства освещения и мини-ЭВМ PDP 11/23. Система сравнивает форму детали с заложенной в ее память информацией, ориентирует деталь в требуемом направлении с точностью до ±30′ и готовит ее к захвату роботом.

Токарные автоматы оснащены блочным режущим инструментом конструкции фирмы Sandwich. Инструментальные блоки меняют автооператоры. Как только станок закончил обработку партии деталей, ЭВМ дает команду оператору о том, что необходима смена комплекта инструмента, и выдает новую управляющую программу для станка и связанного с ним робота. В то же время оператор с помощью прямой связи с ЭВМ получает детализированный набор наладочных команд. Оператор налаживает станок на новую деталь, после чего дает команду начать обработку. В дальнейшем запланирована автоматическая смена инструментальных блоков.

Состояние режущего инструмента на токарных станках определяется по величине износа режущей кромки каждого инструмента. Когда наступает время пробы, инструмент автоматически перемещается к устройству проб, установленному на бабке станка. Инструмент касается пробы в двух точках так, чтобы измерить длину и диаметр инструмента. Результаты измерения сравнивают с допустимой величиной износа, вылет резца автоматически регистрируется и вводится необходимая компенсация. Если величина износа превышает установленную, то даются световой и звуковой сигналы на замену инструмента.

Предусмотрена также автоматическая предварительная настройка инструмента с прямой связью со станком, когда вылет режущей кромки инструмента вводится в программу автоматически.

Слежение за стойкостью каждого инструмента производят подсчетом числа обработанных деталей. По опыту использования каждого инструмента устанавливают величину его стойкости по числу обработанных деталей, которая хранится в памяти ЭВМ. При приближении стойкости каждого резца к установленной подается специальный сигнал, привлекающий внимание оператора. При переналадке на экран выдается число деталей, обработанных каждым инструментом, и общая ожидаемая стойкость. Оператор решает, оставить данный инструмент в комплекте для обработки следующей партии деталей или заменить его.

Переналадку оснастки (патронов, кулачков и др.) производят вручную.

Общее управление ГПС обеспечивают две ЭВМ, одна из которых находится в «горячем» режиме на случай отказа первой. Еще одна ЭВМ фирмы Fanuc предназначена для программирования станков с ЧПУ. Роботы программируются отдельно методом обучения, однако во время работы роботы находятся в диалоговом режиме с основной ЭВМ.

Система управления выполняет следующие задачи:

• • обеспечение ввода заказов на обработку деталей через терминал и разработку графика загрузки, при котором достигается наиболее эффективное использование станков и выполнение заказов в срок;
• • разработку производственного графика (разрабатывается с помощью цветного графического терминала, который дает представление о загрузке каждого станка в реальном времени);
• • определяет продолжительность изготовления партий деталей, маршруты перемещения заготовок и деталей, а также последовательность операций; в графике работ предусмотрено подготовительно-заключительное время для каждой партии деталей и запланированные остановки (например, для контроля деталей); при выполнении заданного графика оператор может вмешаться в ход его выполнения и изменить приоритеты изготовления отдельных партий деталей; ЭВМ также подсчитывает число палет на конвейере в каждый текущий момент и сигнализирует операторам о возможной перегрузке;
• • подачу команд оператору на загрузку новых партий заготовок по окончании обработки предыдущих партий;
• • распределение палет с заготовками по соответствующим станкам в определенном порядке;
• • хранение управляющих программ и их распределение по станкам и роботам по поступлении соответствующих партий заготовок (в этом случае ЭВМ действует по отношению к станкам и роботам в режиме DNC);
• • слежение за состоянием всего оборудования с тем, чтобы любой отказ в работе быстро определялся и устранялся.

Разработка производственного графика может осуществляться любым из операторов, который вводит в систему информацию о деталях, подлежащих изготовлению, и необходимых производственных oneрациях. При разработке графика производства без ЭВМ цветной видеотерминал используется для показа диаграммы всех ячеек. При этом зеленый цвет свидетельствует об удовлетворительной работе станка, желтый показывает те станки, которые вскоре потребуют внимания оператора, красный сообщает о серьезном отказе в работе станка и необходимости вмешательства оператора; это позволяет оператору быстро определять свои действия.

В целях обеспечения большей надежности ГПС SCAMP имеет модульную конструкцию: восемь автономных ячеек-модулей с индивидуальными роботами; каждая ячейка-модуль имеет свой интегральный CNC-контроллер, а каждый робот — свой микропроцессор. Транспортная система также имеет модульную конструкцию, хотя она состоит из одного конвейера. Внутренние циркулирующие дорожки разделены на 14 логических секций, каждая из которых имеет независимое управление от индивидуальных микропроцессоров, свою позицию идентификации палет и собственное устройство передачи палет с внутренних дорожек конвейера на внешние. Участок внешней дорожки у каждой ячейки-модуля может накапливать 12—18 палет, что создает задел, обеспечивающий работу станков в течение нескольких часов. Модульная конструкция конвейера в части управления позволяет работать не синхронно в любой последовательности, независимо от простоя какого-либо станка. Аппаратное и программное обеспечение системы управления также имеет модульную структуру, что обеспечивает их адаптацию к любому виду станков.

Детали обрабатывают партиями 25—100 шт., причем полностью. ГПС обслуживают три оператора.

ГПС с автоматизированными складами инструмента, деталей, заготовок, обслуживаемые подъемно-транспортными и манипуляционными роботами, описаны в предыдущих главах и показаны, например, на рис. 4.27, 4.28, 6.11, 6.24 и др.

ГПС, оснащенные АТСС и роботизированными транспортными средствами, применяют в основном для обработки корпусных деталей, которые устанавливают на палетах, а их в свою очередь перемещают непрерывным роботизированным транспортом к станкам, а также рельсовыми и безрельсовыми программируемыми тележками-робокарами с автоматическим адресованием. Одно из таких технических решений приведено на рис. 10.9.

Гибкие автоматизированные участки механообработки корпусных деталей типа «Талка» Ивановского станкостроительного произволственного объединения комплектуют на базе многоцелевых станков (МС) «Модуль-500» («Талка-500»), «Модуль-800» («Талка-800») или с их сочетанием («Талка 500-800»). В ГПС могут быть включены также МС со сменой многошпиндельных коробок (модуль «Блок- центр ИР800» и модуль «Агрегат-центр ИР800»). Станки этих ГПС обслуживаются автоматизированным складом-накопителем с роботом- штабелером и рельсовой транспортной системой ТС-500 или безрельсовой тележкой-робокаром с индуктивным управлением.

На рисунке 11.8 представлен план ГПС типа «Талка 500-800». Такие ГПС предназначены для обработки любых корпусных деталей из поковок, отливок или сварных конструкций с габаритными размерами 500 х 500 х 800 мм (ОЦ «Модуль-500») и 800 х 700 х 1000 мм (ОЦ «Мо- дуль-800») и массой соответственно до 700 и до 1500 кг.

Рис. 11.8. Планировка ГПС «Талка 500-800»:

• 1 — участок сборки установочных приспособлений; 2 — участок комплектации и настройки инструментов; 3 — элеваторный склад инструментов;
• 4 — автоматический склад-штабелер; 5 — модуль «Блок-центр ИР800»;
• 6 — многоцелевой станок «Модуль-800»; 7 — центральная система удаления стружки; 8— многоцелевой станок «Модуль-500»; 9 — транспортная система ТС-500; 10— станции загрузки; 11 — управляющая ЭВМ

Обработка от заготовки до готовой детали производится в автоматическом режиме с управлением от центральной ЭВМ. Многоцелевые станки оснащены инструментальными магазинами на 30 инструментов, устройствами автоматической смены палет, шести- и восьмиместными накопителями роторного типа; предусмотрена возможность автоматической замены инструмента в магазинах обрабатывающих центров. Детали обрабатывают с пяти сторон за один установ. Встраивание МС со сменой многошпиндельных головок увеличивает производительность благодаря многоинструментальной обработке.

Транспортная система ТС-500 имеет рельсовую тележку, перемещающуюся автоматически вдоль накопителей МС, четыре станции загрузки палет с заготовками и их разгрузки и две инструментальные станции загрузки-разгрузки. Транспортная система позволяет компоновать участок как с последовательным, так и параллельным расположением станков. Заготовки на палеты устанавливает оператор вручную на станциях загрузки-разгрузки. Рельсовая тележка доставляет к станкам комплекты режущего инструмента в специальных поворачивающихся барабанах, из которых инструмент автоматически перегружается в магазины станков, заменяя использованный комплект инструмента.

Отделение подготовки производства имеет:

• • участок сборки установочных приспособлений со специальными стендами и стеллажами-магазинами элементов приспособлений;
• • участок комплектации и настройки режущего инструмента с приборами для настройки инструмента типа БВ2022 и элеваторным складом инструмента;
• • автоматизированный склад со штабелером для хранения заготовок, палет, собранных установочных приспособлений;
• • рольганги, доставляющие заготовки и палеты к автоматизированному складу, станции загрузки на рельсовую тележку.

Система управления имеет специализированный комплекс на базе ЭВМ типа СМ-2, осуществляющий переработку, хранение и обмен информацией, и математическое программное обеспечение, необходимое для функционирования системы (диалог станков с ЭВМ, диалог станков с транспортной системой, контроль поверхностей в процессе обработки с введением коррекции, контроль износа и поломки режущего инструмента, адаптивное управление процессом обработки и др.).

Гибкая производственная система обработки корпусов двигателей фирмы General Electric (США) включает девять станков с ЧПУ (рис. 11.9), обслуживаемых робокаром, доставляющим к станкам заготовки, снаряженные инструментальные магазины и передающим со станка на станок обрабатываемые детали согласно технологическому процессу. Транспортно-накопительная система представляет собой роликовый конвейер 8, по которому перемещаются заготовки. Заготовки корпусов двигателей из накопителя с помощью робокара поступают на контрольно-загрузочный пост 1, где оператор устанавливает их в универсальном приспособлении-спутнике, обеспечивающем точное базирование и установку на каждой последующей операции обработки на станках. Затем приспособление-спутник с заготовкой снова устанавливают на робокар 2, который в соответствии с технологическим процессом передает ее для обработки на тяжелые горизонтально — расточные станки 3, выполняющие черновую расточку и фрезерование с автоматической сменой инструмента. После черновой обработки деталь поступает на специальные вертикально-фрезерные станки 4, выполняющие высокоточное фрезерование внутренних полостей. Смену инструмента на этих станках осуществляют ПР. Следующие операции (сверление, зенкерование и развертывание) выполняют горизонтальные многоцелевые станки 6. Окончательная расточка и фрезерование выполняются на горизонтально-расточном станке 5. Установку-снятие приспособдений-спутников с заготовками и деталями на столы станков обеспечивают автоматические станочные перекладчики. Готовые детали робокар выводит из состава участка.

Рис. 11.9. ГПС обработки корпусов двигателей фирмы General Electric (США):

1 — погрузочно-разгрузочный пост; 2 — робокар; 3 — горизонтально-расточные станки; 4 — вертикально-фрезерные станки; 5 — чистовой горизонтальнорасточной станок; 6 — горизонтальные многоцелевые станки; 7 — центральная ЭВМ; 8 — транспортно-накопительная система заготовок и деталей

ГПС оснащена централизованными системами отвода стружки и подачи охлаждающей жидкости.

Управление осуществляет центральная ЭВМ 7, которая составляет сетевой график, соблюдает последовательность подачи деталей, контролирует состояние производства, использование оборудования, наличие и износ инструмента, обеспечивает адресование деталей по всей системе металлообработки.

ГПС D-i-Y FMS фирмы Beaver Machine Tools (Великобритания) для обработки корпусных деталей станков (рис. 11.10) включает пять станков, детали 8 к которым, закрепленные на палетах, поступают со склада 1 с помощью программируемого роликового конвейера 12 с автоматическим адресованием. К станкам соответствующим образом закодированные палеты передаются поперечными возвратно-поступательными модулями 10. На столах станков палеты устанавливают автооператоры-перекладчики 6. Смену инструмента на станках выполняют автооператоры 5, обслуживающие многоинструментальные магазины 3. После обработки рабочий-оператор с помощью тельфера (не показан) устанавливает детали на робокар 9 для перевозки по индуктивной трассе на участки мойки, обдува, контроля и сборки.

Рис. 11.10. ГПС D-i-Y FMS фирмы Beaver Machine Tools (Великобритания) для обработки корпусных деталей станков:

• 1 — склад; 2 — продольно-фрезерные станки; 3 — инструментальный магазин;
• 4 — многоцелевой станок; 5 — автооператоры для смены инструмента;
• 6 — перекладчик палет; 7 — шлифовальный станок; ? — деталь; 9 — робокар; 10— поперечные возвратно-поступательные модули; 11 — фрезерно-сверлильный станок; 12 — роликовый конвейер палет с автоматическим адресованием

Гибкая производственная система FMS МАХ фирмы Makino Milling Machine Со. (Япония) предназначена для автоматизированной механической обработки заготовок корпусных деталей станков, номенклатура — до 550 наименований. Заготовки-отливки, поковки или сварные конструкции. Размер обрабатываемой партии 1—10 шт. Время обработки одной заготовки не превышает 47 мин.

ГПС (рис. 11.11) состоит из десяти многоцелевых станков 1—10, снабженных автоматическими перегружателями для установки (снятия) палет с заготовками (деталями), которые обслуживаются пятью индуктивными тележками-робокарами. Заготовки, установленные на палетах, робокарами 15 доставляются к станкам с автоматизированного склада 12, состоящего из двух двойных секций стеллажей, обслуживаемых двумя роботами-штабелерами. Комплектация палет заготовками производится на станции загрузки 14, связанной четырьмя ветвями конвейера 13 с автоматизированным складом, в секции которого и поступают палеты с заготовками.

Снаряжение и хранение инструментальных магазинов осуществляют на складе-накопителе инструмента 19, откуда индуктивная тележка 1 /доставляет их к многоцелевым станкам, где перегружатель тележки обеспечивает автоматическую смену магазинов инструмента.

Индуктивные тележки 15 доставляют детали на моечную станцию 16, откуда вновь поступают на склад 12.

ГПС снабжена автоматической системой 18 отвода стружки и отработанных жидкостей.

Вычислительный комплекс 11 ГПС состоит из центральной ЭВМ модели ВЕС УАХ 11/730 и четырех функциональных ЭВМ модели ВЕР РВР 11/23, из которых две системы обеспечивают диспетчирование и управление производством (САВ), одна управляет АТСС, другая выполняет контроль температурного режима и управление системой отвода отработанных жидкостей, отходов производства и стружки.

ГПС работает в трехсменном режиме и обслуживается 15 операторами (по шесть человек в первые две смены и три — в ночную смену).

ГПС, оснащенные АТСС, роботизированными транспортными средствами и манипуляционными роботами, приведены на рис. 1.4, 6.19, 7.30, 7.31 и др.

В результате создания гибких производственных систем и отработки связанных с ними технических решений, в последнее время все большее значение приобретают разработка и практическое применение комплексных систем, т.е. автоматизация заводов. Сегодня найдены надежные технические решения, связанные с автоматизацией:

Рис. 11.11. Гибкая производственная система FMS МАХ фирмы Makino Milling Machine Со (Япония):

1—10 — многоцелевые станки; 11 — центральная ЭВМ; 12 — автоматизированный склад с роботом-штабелером; 13 — возвратно-поступательные секции роликового конвейера; 14 — станция загрузки; 75 — индуктивная тележка- робокар для доставки деталей; 16 — моечная станция; 17 — индуктивная тележка-робокар для доставки инструмента; 18 — централизованный трубопровод для отвода стружки; 19 — склад-накопитель инструмента

обработки и складирования деталей, сборки изделий, контроля эксплуатационных и коммерческих качеств продукции, упаковки и складирования изделий, их отправки в торговую сеть. Решены вопросы интерактивного автоматического управления производственными процессами. Таким образом, сложились предпосылки к созданию заводов-автоматов на базе построения единой системы получения комплексной информации, ее обработки и управления во всех звеньях деятельности предприятия, охватывающей информационное обслуживание, производство и товарообращение. Уже построено и сдано в эксплуатацию несколько моделей гибких автоматизированных заводов (ГАЗ), где ГПС различного назначения и сложности объединены в единую производственную систему.