Подлеснов Ч2

Рис. 2.2. Структурная схема областей применения металлорежущего оборудования с различным уровнем автоматизации:

ПУ – программное управление; МС – многоцелевые станки; ГПМ – гибкие производственные модули; ГАУ – гибкие автоматизированные участки; ГАЛ – гибкие автоматизированные линии

групп продолжают выпускаться, потому что не всегда использование самого совершенного станка с ЧПУ является оправданным по экономическим соображениям. Из большого разнообразия выпускаемого в настоящее время технологического оборудования есть возможность выбрать наиболее подходящий для конкретных условий вариант.

На рис. 2.2 предоставлена структурная схема областей управления металлорежущего оборудования с различными уровнями автоматизации [5] применительно к машиностроению и металлообработке.

На рис. 2.3 показаны примерные области рационального применения отдельных станков и технологических комплексов с различными уровнями автоматизации в зависимости от размера партии запуска [5]. На рисунке определены, в частности, области применения гибких производственных систем и их разновидностей – гибких производственных модулей (ГПМ) и гибких автоматизированных

линий (ГАЛ). Для обслуживания ГПС и станков с ЧПУ могут применяться промышленные работы.

В табл. 2.1 приведены эффективные области применения автоматизированных технологических комплектов в зависимости от годового выпуска деталей и требуемой точности отработки [5].

Таблица 2.1

Эффективные области применения автоматизированных технологических комплексов

		Годовой		Обновление	Точность
			Номенклатура	номенклатуры
	Комплексы	выпуск,			обработки
			деталей	без остановки
		тыс.шт.			деталей
				производства
	ГПС	10–25	10–100	Возможно до	Высокая
				50% в год
	Гибкие автомати-	100–500	1–10	Ограниченное,	Высокая,
	ческие линии			до 10–30 %	средняя
	(ГАЛ)			в год
	Автоматические	1000–000	1	Невозможно	Ограниченная
	роторные линии

2.2.2. Структура автоматов и автоматических линий

Структуру автоматов и автоматических линий удобно рассмотреть параллельно, потому что автомат и автоматическая линия, в принципе, имеют много общего (рис. 2.4 и 2.5) [6,8].

Исполнительный механизм автомата включает механизмы рабочих и холостых ходов. К механизмам рабочих ходов относятся главным образом суппорты, а также некоторые другие устройства, например, резьбонарезное устройство. Механизмы холостых ходов осуществляют вспомогательные движения, которые служат для подготовки рабочих ходов (загрузка и зажим заготовки, подвод и отвод инструментов, переключение направления вращения шпинделя, поворот и фиксация шпиндельного блока и др.). Механизмы рабочих и холостых ходов, выполняющие отдельные элементы рабочего цикла, называют целевыми механизмами.

Автоматическая линия включает в себя отдельные станки-автоматы, которые, по существу, выполняют те же функции, что и механизмы рабочих ходов в автомате, однако являются более развитыми механизмами.

В многошпиндельном автомате осуществляется, например, передача заготовки из одной рабочей позиции в другую. В автоматической линии передачу изделия (полуфабриката) от одного станка-автомата к другому осуществляют механизмы межстаночного транспортирования. Они же обычно выполняют функции накопления заделов.

Механизм управления отдельным автоматом может представлять собой распределительный вал (с установленными на нем кулачками), который может дополняться командоаппаратом, упорами

Рис. 2.4. Структурная схема механизмов автомата

Рис. 2.5. Структура автоматических линий

и конечными выключателями. Механизм управления автоматической линией является более сложным, поскольку он должен координировать работу отдельных входящих в линию автоматов, а также другого оборудования.

Таким образом, в принципе, структура автоматической линии схожа со структурой отдельного автомата, однако автоматическая линия является более совершенной рабочей машиной с более развитым исполнительным механизмом.

2.2.3. Классификация автоматов и автоматических линий

Автоматы и автоматические линии классифицируются по различным признакам. Этот вид оборудования отличается большим разнообразием, что связано с различным технологическим назначением, конструктивными особенностями и типом системы управления. Ниже излагается классификация, в основном применительно к автоматам и линиям на механической основе, поскольку они являются предметом рассмотрения в данном пособии.

Классификация автоматов по числу рабочих позиций и принципу действия представлена на рис. 2.6. Как рекомендуется в литературе [6,9], классификацию автоматов целесообразно рассмотреть последовательно, начиная с однопозиционных машин, с использованием принципа дифференциации технологического процесса и концентрации операций. Дифференциация техпроцесса представляет собой его расчленение на отдельные составные элементы, выполняемые в отдельных позициях. Это позволяет резко повысить производительность по сравнению с тем случаем, когда обработка про-

Рис 2.6. Классификация автоматов по числу позиций и принципу действий

изводится в одной позиции по очереди, многими инструмента-ми (рис. 2.7, а) – так производит-ся обработка на универсальном станке. Однопозиционные стан-ки, выполняющие отдельные элементы дифференцированного техпроцесса, можно установить последовательно (рис. 2.7, б).

Рис. 2.7. Схемы однопозиционных машин

Принцип дифференциации можно совместить с автоматизацией рабочих машин.

На рис. 2.7, в показан принцип работы многоцелевого станка-полуавтомата с автоматической сменой инструментов. Существенно повышает производительность также применение многоинструментальной обработки. На рис. 2.7, г показана группа однопозиционных автоматов или полуавтоматов, осуществляющих многоинструментальную обработку. По существу, это схема поточной линии, которая была высшим элементом автоматизации производства на начальном его этапе.

Дифференциация технологического процесса и выполнение каждого его элемента на отдельном станке известны очень давно. Это позволяет одновременно обрабатывать столько

деталей, сколько имеется операционных автоматов, и готовые изделия выдаются через промежуток времени, равный рабочему циклу однопозиционного автомата.

Однако дифференциация операций не может идти бесконечно. Имеются определенные ограничения технологического характера. Дробление одного перехода (например, обточки или сверления) тем более не всегда возможно по причине ухудшения качества обработки. Поэтому повышение производительности в условиях автоматизированного производства обеспечивается за счет сочетания дифференциации техпроцесса с концентрацией операций в одной машине или автоматической линии. Одновременная обработка несколькими инструментами и многопозиционная обработка (выполнение одинаковой обработки одновременно нескольких деталей) существенно повышает производительность. Подробнее вопросы дифференциации и концентрации операций, производительности автоматов и автоматических линий изложены в литературе [6, 8, 9].

Рис. 2.8. Схемы многопозиционных автоматов последовательного действия

Отдельные операции дифференцированного технологического процесса можно концентрировать в одном автомате, имеющем несколько позиций, через которые последовательно проходит обрабатываемая деталь. Это уже будет многопозиционный автомат последовательного действия (рис. 2.8, а). Обработку на нем ведут одновременно во всех позициях и в обработке, таким образом, участвует столько деталей, сколько позиций в автомате. В машинах последовательного действия концентрируют разноименные операции дифференцированного техпроцесса.

При небольшом числе позиций вместо линейной компоновки более целесообразна круговая (рис. 2.8, б). Но при увеличении числа позиций (более 6–8) нерациональной становится уже круговая компоновка из-за наличия большого неиспользуемого пространства в центре станка; отсюда – возврат к линейной компоновке. Автоматы и полуавтоматы с круговой компоновкой могут быть горизонтальными или вертикальными.

Вавтоматах параллельного действия концентрируются одноименные операции дифференцированного техпроцесса. Подойдем к понятию автомата параллельного действия по этапам. Представим себе однопозиционный автомат (рис. 2.9, а). Для того, чтобы повысить производительность, можно поставить рядом (параллельно) несколько однопозиционных автоматов, выполняющих одни и те же операции (рис. 2.9, б). Эти автоматы можно объединить в один многопозиционный автомат параллельного действия (рис. 2.9, в). Такой станок будет компактнее нескольких параллельно работающих станков. Автоматы параллельного действия могут иметь круговую компоновку (рис. 2.9, г).

Вмашинах последовательно-параллельного действия концентрируют как разноименные, так и одноименные операции. По такому принципу создаются наиболее производительные автоматы

и

Рис. 2.9. Схемы к понятию автоматов параллельного действия

многопоточные автоматические линии. На рис. 2.10, а показана система из р параллельных потоков с q линейно расположенными позициями. Возможна круговая компоновка машин последовательно-параллельного действия (рис. 2.10, б). При двух параллельных потоках и шести позициях (как в приводимой схеме) поворот шпиндельного блока осуществляется на 120°.

По характеру транспортных перемещений различают автоматы дискретного и непрерывного действия. В автоматах последователь-ного действия в первом случае детали периодически перемещаются из позиции в позицию. Во втором случае детали непрерывно перемещаются относительно инструмента (например, в бесцентровошлифовальных автоматах, работающих на проход). Автоматы параллельного действия также могут обеспечивать дискретный или непрерывный характер перемещений. Непрерывное перемещение деталей происходит, например, в роторных машинах.

Классификация автоматических линий имеет много общего с классификацией автоматов. Различают однопоточные и многопоточные автоматические линии. Однопоточные линии – это линии последовательного действия (рис. 2.11, а). Деталь последовательно

Рис. 2.10. Схемы автоматов последовательно-параллельного действия

Рис. 2.11. Виды автоматических линий

проходит через все позиции. Для повышения надежности линии ее разделяют на участки, между которыми располагают накопители не полностью обработанных деталей (рис. 2.11, б). Если, например, первый участок простаивает, то второй и третий работают, причем заготовки поступают из накопителя между первым и вторым участками.

Многопоточные автоматические линии создаются по схеме последовательно-параллельного действия. Схема аналогична, схеме автомата последовательно-параллельного действия (рис. 2.11, в). В массовом производстве получили распространение автоматические линии последовательно-параллельного действия двух типов: линии из автоматов дискретного последовательного действия, рабо-

тающих параллельно (рис. 2.11, г), и линии из автоматов параллельного действия, работающих последовательно (роторные линии) – рис. 2.11, д. Роторные линии состоят, из ряда рабочих роторов 1–4 и транспортных роторов 5–9. Обработка осуществляется на рабочих роторах; при этом заготовки и находящиеся над ними инструменты, имеют непрерывное транспортное движение. Инструменты осуществляют осевое кратковременное воздействие на заготовки. Роторные линии применяются для технологических операций с непродолжительным воздействием инструмента на деталь. Роторные линии позволяют объединясь разные по длительности операции (за счет изменения числа позиций роторов). Благодаря совмещению рабочих и транспортирующих движений обеспечивается высокая производительность.

Кстати, по степени совмещения времени обработки с транспортированием заготовки автоматические линии подразделяются на стационарные, роторные и конвейерные. На первых линиях обработка осуществляется после перемещения заготовки на очередную позицию и остановки транспортной системы линии; на вторых, как было описано выше, обработка осуществляется при непрерывном транспортировании заготовки. На третьих (их также называют роторно-конвейерными) заготовка имеет перемещение на определенных участках, когда не

осуществляется технологическое или вспомогательное воздействие на нее или инструмент. В роторно-конвейерных линиях транспортирование заготовок и инструментов осуществляется непрерывно замкнутыми цепными конвейерами. Подробнее роторные и конвейерные линии описаны в литературе [10]. По виду станков различают автоматические линии, состоящие из станков общего назначения, специальных и агрегатных. В качестве примера на рис. 2.12 показана схема автоматической линии, состоящей из агрегатных станков. На схеме: 1 – заготовка; 2, 3, 4, 6, 7, 8, 12, 13, 14, 15, 16 – рабочие позиции (в данном примере показаны двухсторонние агрегатные станки); 5 и 11 – поворотные устройства; 9, 10 – накопители; 17 – готовое изделие.

Кстати, первая в мире автоматическая линия из агрегатных станков и полуавтоматов была создана в 1939 г. под руководством наладчика Сталинградского тракторного завода И. П. Иночкина. Линия была предназначена для обработки ступицы поддерживающего ролика гусеницы трактора. На первых трех станках произво-

Рис. 2.12. Схема автоматической линии из агрегатных станков

дилась механическая обработка ступицы. Затем на гидравлическом прессе ступица запрессовывалась в бандажи, которые подавались транспортером. На следующем станке производилось растачивание отверстия ступицы, сверление 10 отверстий с двух сторон и нарезание резьбы. Готовые изделия скатывались по лотку в тележку. Вся обработка производилась за 44 секунды. Линию обслуживали два человека (вместо ранее работавших семи): один загружал в приемный бункер заготовки, второй осуществлял подналадку станков.

По направлению потока деталей различают автоматические линии со сквозным, верхним, боковым или роторным транспортированием. В автоматической линии, показанной на рис. 2.12, сквозное транспортирование.

По планировке оборудования различают линии с прямолиней-ным расположением оборудования, с П-образным, Г-образным и зигзагообразным расположением.

В зависимости от наличия бункерно-загрузочных устройств линии могут быть безбункерными (рис. 2.13, а), бункерными (рис.

Рис. 2.13. Типы автоматических линий в зависимости от наличия

бункерных устройств

2.13, б), и с приемниками-накопителями заделов (рис. 2.13, в). На схеме обозначено: Б – бункер.

По способу транспортирования заготовок различают линии без спутников и спутниковые; в последних заготовка транспортируется на приспособлении-спутнике.

По виду обрабатываемых заготовок различают линии для обработки корпусных деталей (блоков цилиндров, корпусов, коробок скоростей и др.) и линии для обработки деталей типа тел вращения (валы, кольца подшипников, гильзы и т. п.).

По возможностям переналадки на обработку других деталей линии могут быть непереналаживаемыми, переналаживаемыми и гибкими. Первые используются только в массовом производстве и предназначены для обработки одной детали; вторые в серийном производстве, они допускаю переналадку для обработки однотипных деталей; гибкие допускают переналадку на новую номенклатуру деталей, переналадка осуществляется быстрее, чем в предыдущем случае, номенклатура деталей достаточно широкая, такие линии могут применяться в среднесерийном и даже в мелкосерийном производстве.

Подробнее автоматические линии описаны в литературе [1, 3–9].

2.2.4. Токарные автоматы и полуавтоматы

2.2.4.1. Общие сведения

Среди станков-автоматов и полуавтоматов значительную долю составляют токарные автоматы и полуавтоматы. Они могут быть универсальными, специализированными и специальными, одношпиндельными и многошпиндельными, вертикальными и горизонтальными (по расположению рабочих шпинделей), прутковыми и патронными (в зависимости от вида обрабатываемых заготовок).

По способу обработки различают среди одношпиндельных автоматов фасонно-отрезные, автоматы продольного точения, токарно-револьверные.

Многошпиндельные токарные автоматы и полуавтоматы, в соответствии с общей классификацией, могут быть станками последовательного и параллельного действия.

Одношпиндельные токарные полуавтоматы подразделяются на многорезцовые, копировальные и многорезцово-копировальные.

Для управления циклом обработки токарных автоматов и полуавтоматов используется распределительный вал с кулачками, вспомогательные валы, упоры.

Ниже описываются токарные автоматы и полуавтоматы различного типа. Подробный материал можно найти в литературе [4, 6, 9, 11, 12, 13, 14].

2.2.4.2. Фасонно-отрезные автоматы

Фасонно-отрезные автоматы применяются для обработки деталей сравнительно простой формы, небольшого диаметра (до 40 мм) и небольшой длины в условиях массового и крупносерийного производства. Заготовками являются обычно прутки круглого, квадратного, шестигранного сечений или трубы. Реже применяется магазинная загрузка штучных заготовок. Зажим прутка цанговый. Отличительной особенностью этих автоматов является отсутствие продольной подачи прутка. Обработка ведется фасонными, отрезными, канавочными резцами, закрепленными на поперечных суппортах.

На рис. 2.14 показана принципиаль-ная схема работы пруткового фасон-но-отрезного автомата. Пруток, закреп-ленный в шпинделе 1, получает вра-щательное движение. Предваритель-ное выдвижение прутка в соответст-вии с длиной обрабатываемой детали осуществляется до упора 2, который затем отводится. Обработка ведется фа-сонным резцом 3 с поперечной подачей. По окончании обработки отрез-ной резец 4 осуществляет отрезку дета-ли. Затем цанга разжимается, пруток подается до упора и цикл повторяется.

Рис. 2.14. Схема работы прутко-

вого фасонно-отрезного автомата

При наличии соответствующих устройств фасонно-отрезные автоматы могут изготовлять детали небольшого диаметра не из прутков, а из бунта проволоки.