Столом: 1 - инструментальный магазин; 2 – обрабатывающий центр;
3 – паллеты; 4 - рабочий стол
Рис. 3.1.2. Схема обрабатывающего центра с многопозиционным накопителем: 1 – инструментальный магазин; 2 – ОЦ; 3 – паллеты; 4 – многопозиционный стол
Простейший ГПМ включает станок типа ОЦ с одним или двумя инструментальными магазинами.
Станок имеет двухпозиционный стол (рис. 3.1.1).
Заготовку устанавливают на стол вручную, в то время как на другом столе изготавливается деталь. Совмещение времени установки со временем обработки дает выигрыш в производительности. Более совершенным является ГПМ, содержащий станок типа ОЦ с многопозиционным накопителем и двумя магазинами инструментов (рис. 3.1.2).
На токарных обрабатывающих центрах используют как напольный промышленный робот (рис. 3.1.3), так и встраиваемый в станок на переднюю часть шпиндельной системы (рис. 3.1.4).
Роботизация металлорежущих станков – способ автоматизации механообрабатывающего производства, основанный на применении промышленных роботов (ПР) для обслуживания технологического оборудования в целях исключения ручного труда.
В соответствии с ГОСТ 25686-85 промышленный робот – автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления (ПУ) для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.
Номенклатура показателей ПР устанавливается по ГОСТ 25378-82. Применяемость этих машин в наибольшей степени определяется следующими показателями: номинальной грузоподъемностью; структурной кинематической схемой; видом управления; геометрическими, скоростными и точностными показателями степеней подвижности.
С помощью ПР на металлорежущих станках автоматизируются следующие основные операции: установка заготовок в рабочую зону станка; снятие деталей со станка и раскладка их в тару (накопитель); передача деталей от станка к станку; кантование деталей (заготовок) в процессе обработки; контроль размеров деталей; очистка баз деталей и базирующих поверхностей приспособлений; смена инструмента.
Роботизированная технологическая линия – совокупность РТК, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемого одним или несколькими ПР для выполнения операций в принятой технологической последовательности.
Роботизированный технологический участок – совокупность РТК, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими ПР, в которой предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.
Важнейшей характеристикой ПР, определяющей в значительной степени область их применения, служит компоновка, отличающаяся совокупностью ряда признаков: видом системы координат основных движений и ее ориентацией; числом степеней подвижности и движений; числом захватных устройств.
Линейные компоновки РТК с применением портальных ПР характеризуются следующими особенностями: занимают меньшую производственную площадь, чем комплексы круговой компоновки; обеспечивают переналадку и ремонт оборудования без останова работы всего комплекса, возможность визуального наблюдения за работой оборудования; обеспечивают безопасные условия работы обслуживающего персонала и обслуживание одним ПР трех станков и более.
Особенность круговых компоновок определяется отличительными признаками применяемых напольных ПР, в том числе меньшей материалоемкостью и простотой проведения профилактических работ и ремонта ПР. РТК со встроенными ПР занимают меньшую площадь.
Наибольшее распространение на этапе отработки автоматизации производственных процессов нашли схемы, приведенные на рис. 3.1.3 и 3.1.4.
На рис. 3.1.3, в качестве примера приведен роботизированный технологический комплекс на базе станка 1720ПФ30 с напольным промышленным роботом М20П.40.01. Станок 1 посредством напольного робота 2 обеспечивает взаимосвязь с накопителем заготовок и готовых деталей 3 и инструментальным магазином 4 через общую систему управления 5. Напольный робот 2 рукой-манипулятором осуществляет передачу заготовок с тактового стола 3 и инструментов с инструментального магазина 4 после открывания защитного экрана.
На РТК подача заготовок и инструментов может также производится транспортным конвейером из накопителя. При этом РТК обслуживается посредством подвесного транспортного робота (рис. 3.1.5).
Подвесной транспортный робот имеет манипулятор и обеспечивает в режиме обмена за одну позицию снятие готовой детали и установку заготовки в зажимном патроне технологического оборудования. Таким же образом осуществляется замена и установка инструментального блока в инструментальную головку станка. Управление функционированием технологического оборудования, подвесным роботом и транспортным конвейером осуществляется единой системой управления. Такая компоновка РТК позволяет обслуживать одним подвесным роботом несколько станков с единого накопителя при минимальных затратах на производственную площадь.
Шаговый конвейер - накопитель паллет с четырьмя, шестью или восемью заготовками - позволяет длительное время вести обработку с ограниченным участием оператора. На РТК такого типа можно обрабатывать различные детали разнообразными инструментами. Такой РТК может легко встраиваться в ГПС; в этом случае паллеты перегружаются на шаговый конвейер - накопитель роботом или робокаром.
Стационарный накопитель имеет взаимосвязь с производственным модулем посредством передвижной транспортной платформы. Накопление заготовок может наращиваться постепенно, что позволяет уменьшить первоначальные затраты. Заготовки со стендов на станок перегружаются с помощью двухтактного стола по направляющим. Загрузка заготовок в накопитель может осуществляться роботом, робокаром или вручную; при малом времени обработки возможна смена заготовок на нескольких стендах сразу. Подача инструмента из накопителя осуществляется автономно и независимо. Отсутствие конвейера упрощает конструкцию, увеличивает надежность РТК и позволяет легко встраивать любой промышленный модуль в производственную систему.
В соответствии с ГОСТ 26228-85 автоматизированная транспортно-складская система (АТСС) - система взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств, которые должны осуществлять укладку, хранение, временное накопление, разгрузку и доставку заготовок, готовых изделий, инструментальной и технологической оснастки.
Транспортно-складскую систему ГПС в целом можно разделить на складские и транспортные подсистемы.
Складские системы ГПС предназначены для хранения у станков или на участке необходимого количества заготовок, готовых деталей, режущего и вспомогательного инструмента, технологической оснастки и других компонентов материального потока. Автоматизированная складская система может включать в том или ином сочетании набор из следующих элементов: стеллажи, штабелирующие машины, транспортно-складскую тару, устройства для перегрузки тары, устройства для приема-выдачи и технические средства систем автоматического управления складов.
При приеме и выдаче изделия кран-штабелер в складской системе может функционировать на простых (одноадресных) и совмещенных (двухадресных) циклах.
Для компактного расположения хранимых изделий, заготовок, готовой продукции, а также инструментальных наладок и отходов производства (при сборе стружки в стандартную ящичную тару) в складской системе необходимо предусмотреть определенную схему закрепления зон хранения.
В автоматизированном производстве стеллажи с кранами-штабелерами нашли наибольшее распространение, поскольку они занимают небольшие площади и имеют высокую производительность.
Для увеличения функциональных возможностей и объема хранимых запасов изделий используют несколько стеллажей при обслуживании единым краном - штабелером, который, как правило, располагается в центральной части складской системы.
Отличительной особенностью последней схемы является то, что при наличии больших грузопотоков в складской системе устройства приема-выдачи обеспечивают минимальное количество пересечений транспортных потоков.
Транспортная система функционально связана с основным и вспомогательным оборудованием ГПС и служит для перемещения заготовок, изделий и технологической оснастки. В состав транспортной системы включаются конвейеры (цепного или рольгангового типа), тележки (самоходные или ручные), робокары, мостовые краны.
Конструктивно-технологические характеристики изготовляемых деталей, прежде всего, определяют характер прямой или косвенной связи между технологическим оборудованием.
При прямой связи заготовки с помощью транспортных средств подаются со склада к оборудованию, и после обработки на одном станке передаются на другой станок, для последующей обработки, минуя склад. Связь такого рода используется преимущественно при заготовках большой массы со значительным временем обработки. Затраты на транспортирование при таком виде относительно невелики.
Косвенная связь осуществляется между оборудованием через склад при высокой частоте транспортирования, и затраты на транспортирование возрастают. Однако, такая организация межоперационных перемещений, при серийном производстве имеет следующие преимущества: весь производственный процесс контролируется и управляется с центрального пульта управления, к станку адресуется минимальное число заготовок; новая партия заготовок направляется к станку только тогда, когда заканчивается обработка предыдущей партии, что уменьшает вместимость накопителей и обеспечивает лучшие возможности контроля и управления производственным процессом.
Компоновки разделяются на линейную (разомкнутую) и круговую (замкнутую).
Варианты размещения рабочих позиций на линии основного движения характерны для автоматических линий.
При линейном принципе компоновки в качестве транспортных средств используют машины циклического действия (краны-штабелеры, транспортные манипуляторы, роботрайлеры).
При линейном принципе компоновки складской системы в ГПС в качестве основного транспортного средства используется штабелер, взаимосвязь которого, с непосредственным ГПМ, можно представить в следующих вариантах:
а) связь ячейки приема-выдачи стеллажа складской системы осуществляется транспортным конвейером (цепного или рольгангового типа) с последующей передачей заготовки пристаночным роботом-манипулятором в рабочую позицию станка;
б) связь ячейки приема-выдачи стеллажа складской системы осуществляется подвесным манипулятором с последующей передачей заготовки в рабочую позицию станка;
с) связь места приема-выдачи стеллажа складской системы осуществляется напольным роботом-манипулятором с передачей заготовки в рабочую позицию станка;
д) связь места приема-выдачи стеллажа складской системы осуществляет шарнирно-балансирный манипулятор с передачей заготовки в рабочую позицию станка.
Замкнутые системы выполняют на базе транспортных средств непрерывного действия (напольные и подвесные конвейеры и т.д.).
Автоматическая транспортная тележка может осуществлять перевозку крупных заготовок и полных комплектов инструментальных головок. Такая тележка управляется по светоотражающей полосе, которая располагается на поверхности пола.
Автоматические тележки оснащают индивидуальным приводом, они информационно связаны с ЭВМ верхнего уровня ГПС и могут быть адресованы к различным операционным средствам и накопителям ГПС. Различают рельсовые и безрельсовые тележки. Первые отличаются более простой системой управления для отслеживания маршрута. Для изменения маршрута используют стрелочные переводы. Изменять планировку ГПС, обслуживаемую рельсовой тележкой, сложнее, чем ГПС, обслуживаемую безрельсовой тележкой. Для отработки маршрута движения безрельсовых тележек применяют различные способы.
В качестве систем маршрутоотслеживания транспортных роботов используются:
- механические (с направляющим роликом или дополнительным колесом);
- индуктивные;
- радиоуправляемые;
- на приборах с зарядовой связью;
- оптоэлектронные (флуоресцентная полоса; датчики, работающие в ультрафиолетовом спектре; светоотражающая металлизированная или металлическая полоса; белая полоса с черной окантовкой; датчики контраста двух цветов).
Автоматизированные транспортные системы (АТС), обслуживающие ГПС, могут быть разных уровней, в том числе межцеховыми, цеховыми и локальными. Транспортные связи охватывают грузопотоки межцеховые, межучастковые, межоперационные и все элементы перемещений, включая ориентацию, установку заготовки, кассетирование и др. Автоматические склады, кладовые, операционные накопители выполняют функции буферных устройств, сглаживающих нарушение ритма работы технологического оборудования. Автоматизированные и автоматические транспортные средства обслуживают горизонтальные, вертикальные и смешанные грузопотоки. Характер транспортных связей оказывает решающее воздействие на совершенствование технологической компоновки оборудования, сокращение производственных площадей и снижение капитальных затрат.
Гибкая интеграция станочных модулей в ГПС определяется тремя видами связей:
- транспортировкой заготовок и деталей между складом, позицией установки (снятия) деталей, контрольно-измерительным модулем и станочными модулями; расстановка станочных модулей зависит от вида выбранного транспорта (конвейеры-рольганги, рельсовые тележки или робокары), а также организации централизованного или децентрализованного складирования заготовок (общий единый склад, общий накопитель паллет, индивидуальные накопители у каждого станка и различные их комбинации);
- подачей режущего инструмента к станкам (наличие центрального инструментального склада, единого для всех станков, индивидуальные на каждый станок сменные магазины или индивидуальная подача инструмента на каждый станок с участка предварительной настройки инструмента;
- информационными потоками между ЭВМ верхнего уровня и производственной системой на цеховом, участковом уровнях и на уровне ГПМ.
Критерием выбора транспортных средств для выполнения операций по транспортировке и складированию заготовок и деталей является минимизация расстояния между различными производственными подразделениями и минимально необходимые запасы и заделы на всех этапах изготовления деталей и узлов для обеспечения ритмичного хода производственного процесса. В качестве центрального накопителя в ГПС используется автоматизированная складская система, которая предназначена для приема, хранения нормативного запаса, выдачи в производство и учета исходного сырья, основных материалов и заготовок, вспомогательных материалов, порожней тары, инструмента и приспособлений, сменных захватов и запасных частей для станков и промышленных роботов, накопления и временного хранения готовых изделий, отходов производства, а также бракованных деталей с целью обеспечения эффективного производственного процесса.
В ГПС используются накопительные системы со стеллажом. В состав ее входят пристаночные накопители, стеллажи и устройства для передачи паллет с приспособлением и заготовкой с ячеек стеллажа на пристаночный накопитель и обратно.
Пристаночные накопители располагают как можно ближе к зоне обслуживания станка. Они служат для сокращения времени на установку и съем детали за счет устранения времени на передачу заготовки со стеллажа на станок и обратно. Эти накопители могут быть двух типов: в виде поворотного стола и челночного типа. В первом случае стол имеет две позиции (поворот его производится на 1800). Одна позиция, примыкающая к станку, свободная. На эту позицию со станка сдвигается паллета с заготовкой. Накопитель поворачивается на 1800 и со второй позиции паллета с заготовкой сдвигается на станок. Во время работы станка с первой позиции паллета перемещается в стеллаж, а со стеллажа подается новая паллета. Такие накопители предназначены для заготовок со сравнительно небольшими габаритами. Использование этой схемы накопителей у станка требует значительной площади при формировании общей компоновки ГПМ.
Складские системы ГПС могут иметь собственные транспортные средства или общие транспортные средства, которые обслуживают и технологическое оборудование, и склады.
Корпусные детали (заготовки) обычно изготавливают в ГПС с применением спутников. При хранении деталей в участковых складах или в магазинах станков они из спутников не извлекаются. Габаритные и присоединительные размеры спутников нормализованы, поэтому автоматизация их загрузки и выгрузки в магазинах относительно легко выполняется. Более сложны магазины для хранения деталей типа «тел вращения» – это связано, прежде всего, с многообразием геометрических форм деталей (заготовок). Поэтому детали типа «тел вращения» (заготовки) устанавливаются в магазинах на сменные поддоны (или ложементы), посадочные места которых определяются геометрическими формами заготовок.