В.А. Полетаев Ориентация (Часть2)

10

Подобное резкое увеличение скорости резания настоятельно потребовало создания новых, соответствующих возможностям нового инструментального материала металлорежущих станков и инструментов.

Применительно к обработке твердосплавным инструментом станки ДИП устарели. Поэтому в 1949 г. завод "Красный пролетарий" стал выпускать новую модель токарного станка 1А62 с увеличенной мощностью и в два раза большим числом оборотов шпинделя, равным 1200 об/мин. Но и этот станок, который выпускался до 1956 г., не мог удовлетворить всем требованиям скоростного резания. Еще в 1946 г. перед коллективом завода "Красный пролетарий" была поставлена задача создания станка высшего класса с числом оборотов шпинделя в минуту до 3000. Такой оригинальный станок был создан. Это был станок 1620.

Встанке был предусмотрен целый ряд устройств, резко уменьшающих время управления, а именно: изменение числа оборотов шпинделя под нагрузкой, не останавливая станка; устройство для нарезания резьб, позволяющее одной рукояткой производить вывод инструмента из зацепления с заготовкой с одновременным реверсированием шпинделя и каретки, и другие усовершенствования, которые уменьшали утомляемость рабочего.

Однако станок 1620 был сложным и дорогостоящим. Поэтому заводом "Красный пролетарий" был создан и в 1956 г. запущен в производство станок 1К62 с числом оборотов в минуту от 12,5 до 2000. Среди токарных станков средних размеров в настоящее время станок 1К62 является наиболее распространенным. Станок является универсальным

иприменяется в условиях индивидуального и мелкосерийного производства. Он имеет ряд устройств, упрощающих управление. Например, включение подачи суппорта в любом направлении производится одной рукояткой, причем направление поворота рукоятки совпадает с направлением выбранной подачи. Включение быстрых перемещений суппорта производится той же рукояткой, но с дополнительным нажимом кнопки, расположенной в верхней части рукоятки.

Врезультате применения твердосплавных инструментов и повышения скоростей резания время, затрачиваемое на осуществление непосредственно процесса обработки, резко сократилось. В этих условиях время вспомогательных процессов (установка и закрепление заготовки, снятие детали, управление станком) стало оказывать большое влияние на производительность труда. Например, на одном из заводов при токарной обработке детали быстрорежущими резцами машинное время

11

равнялось 9,6 мин, а вспомогательное время — 5 мин. Внедрение скоростного резания позволило повысить скорость резания в 10 раз и сократить машинное время до 1 мин. В результате в течение 8-ми часов токарь должен был сам физически трудиться 400 мин, а станок — только 80 мин, то есть простое повышение скорости резания путем внедрения твердосплавных инструментов превращает работу на станке почти в сплошной ручной труд. Необходимость резкого увеличения производительности труда заставляет обратить внимание на возможности сокращения вспомогательного времени (на закрепление и съем детали, пуск станка, его подналадку и т.п.).

Наиболее эффективным средством, обеспечивающим сокращение вспомогательного времени, является автоматизация производства, где все функции станочника заменяются техническими средствами, созданными на основе достижений науки. Переход к автоматизации стал возможным в результате разработки и освоения производства автоматов и полуавтоматов, поточных и автоматических линий.

Соединение в одно целое отдельных машин-автоматов и механических транспортных устройств позволило получить техническую систему большой производительности. Однако эффективно работать такая система может только при полной нагрузке. Поэтому комплексноавтоматизированное производство должно базироваться на продукции, имеющей массовый характер.

Создание автоматических линий потребовало от режущего инструмента нового качества, так называемой размерной стойкости, то есть требование обрабатывать детали в пределах допусков в течение определенного периода времени, например смены инструмента без его снятия со станка. Решая эту задачу, инструментальщики разработали различные конструкции инструментов, в частности инструменты с перемещающейся, обновляющейся режущей кромкой, инструменты с автоматической подналадкой — регулировкой на размер в процессе работы автомата или линии, устройства для автоматической замены изношенного инструмента, инструменты с настройкой на размер вне станка.

Так, для растачивания внутреннего кольца шарикоподшипника были спроектированы чашечные резцы с применением автоматических малых поворотов пластинки после обработки каждой детали. Шлифовальные станки часто снабжаются приспособлениями для автоматической правки круга.

12

На автоматических линиях с целью повышения производительности большое значение приобретает бесподналадочная настройка инструмента, обеспечивающая после постановки его на станок получение заданного размера детали без дополнительного регулирования инструмента. В этом случае настройка инструмента на размер детали производится вне станка. Установка резца на размер требует регулировки его длины. Для этой цели применяется державка с резьбовым отверстием, выполненным на заднем торце. В отверстие помещается регулировочный винт со сферической головкой и контргайкой для фиксирования его в определенном положении, соответствующем требуемому размеру от вершины резца до головки регулировочного винта. Настройка на размер производится в специальном приспособлении с такими же установочными базами резца, как и на станке.

Однако массовое производство составляет 15-25 % от общего объема машиностроительного производства. До 85 % составляет серийное и единичное производство, требующее гибкое быстропереналаживаемое оборудование. До 80-х годов прошлого столетия создалась парадоксальная ситуация: 15-25 % продукции изготавливалось на автоматизированном высокопроизводительном оборудовании, а большая часть 55-75 % на универсальном оборудовании с ручным управлением. И только появление станков с числовым программным управлением и использование групповой технологии позволило в корне изменить ситуацию.

1.2. Автоматизация производства – основа научно-технического и социального прогресса

Содержанием научно-технического прогресса является материализация накопленных человечеством знаний с целью ускорения процесса замены живого труда машинным и обеспечения на этой основе экономии всех видов производственных и трудовых ресурсов. Поэтому одним из главных направлений является автоматизация производственных процессов.

Автоматизация производственных процессов есть комплекс мероприятий по разработке новых прогрессивных технологических процессов и на их основе создание таких орудий труда, применение которых освобождает человека от непосредственного участия в этих процессах.

13

Автоматизация производственных процессов позволяет не только заменить ручной труд автоматической работой машины, но и создать такие высокопроизводительные процессы производства, которые вообще немыслимы, если бы человек оставался участником этих процессов в прежней роли. Затраты средств на их автоматизацию окупаются с повышением производительности труда, что приводит к снижению себестоимости продукции и обеспечивает значительный экономический эффект.

При автоматизированном производстве рабочий не принимает непосредственного участия в самом технологическом процессе, что исключает его субъективное влияние и приводит к повышению качества продукции.

Автоматизация производства высвобождает значительное количество работников, что дает возможность использовать их в отраслях, испытывающих острый недостаток в кадрах.

Автоматизация освобождает производственные площади в результате более концентрированного построения технологических процессов, использования многошпиндельных и многопозиционных станков и более компактной расстановки оборудования.

Автоматизация облегчает условия труда, повышает безопасность работы: рабочие не выполняют профессионально вредные операции (работа в запыленной зоне, в зоне с выделением вредных газов и паров, с воздействием вибраций, радиации, при повышенной температуре и др.), операций физически тяжелых, связанных с большой тратой мускульной энергии и однообразных монотонных по своему характеру. Вредные и опасные процессы вообще могут осуществляться в закрытых камерах.

Автоматизация производства способствует устранению коренного различия между трудом умственным и физическим, она требует повышения квалификации обслуживающего персонала; уровень технических знаний операторов, наладчиков и мастеров должен быть значительно выше, а в ряде случаев приближаться к уровню знаний специалиста с высшим образованием.

Таким образом, автоматизация - важнейшее направление повышения производительности труда и снижения себестоимости изготовления продукции, улучшения ее качества, рационального использования ресурсов производства, охраны здоровья человека, повышения привлекательности и творческого содержания труда.

14

1.3. От машин-автоматов к гибким производственным системам

Автоматизация в машиностроении развивалась от простого к сложному. Сначала создавались машины-автоматы для автоматизации отдельных технологических операций, то есть локальная автоматизация. Машины-автоматы, применяемые до начала 60-х годов, были жесткими, то есть предназначенными для изготовления в основном одной детали или сборки одного узла. Они имели электромеханическую систему управления от кулачков, копиров, путевых выключателей и др. Даже специализированные станки-автоматы для механической обработки деталей требовали для каждой детали изготовление своего набора дорогостоящих кулачков и значительного времени для переналадки, поэтому машины-автоматы, действующие по жестким цикловым программам, экономически целесообразны в крупносерийной и массовом производствах.

Для автоматизации технологических процессов в массовом и крупносерийном производствах создавались автоматические линии и целые заводы-автоматы с жесткими системами управления. Первый автоматический завод в мире был создан у нас в стране в 1951 г. Этот автоматический завод был предназначен для полного изготовления автомобильных поршней - от чушки, литья в кокиль, механической обработки, контроля и сортировки по размерам до консервации, комплектации и упаковки в коробки. Достигнув значительного повышения производительности труда в 5-10 раз и снижения себестоимости на 30-50 %, такие заводы могли применяться только для массового производства изделий, конструкция которых длительное время оставалась стабильной.

Автоматическим линиям, работающим по жестким цикловым программам, присущ консерватизм, сдерживающий развитие новой техники. Создание автоматических линий может начинаться только тогда, когда изделие полностью отработано и каждая его деталь сконструирована. На создание и отладку жестких автоматических линий, как показывает практика, тратится до 5 лет, срок их окупаемости 8 и более лет. Суммарный срок создания и амортизации жестких автоматических заводов еще продолжительнее. Конструкция выпускаемых на таких заводах и линиях изделий длительное время должна оставаться неизменной, что сдерживает внедрение новых машин в народном хозяйстве, консерватизм жесткой автоматизации не удовлетворяет требованиям НТП, ус-

15

корения сменяемости изделий в машиностроении. Таким образом, повышение производительности жестких автоматических линий и заводов было достигнуто за счет полной потери их мобильности.

Совершенно иная ситуация на предприятиях с мелкосерийным характером производства, на доли которых как у нас в стране, так и в других промышленно развитых странах приходится 75-80 % машиностроительной продукции (это тепловозы, суда, самолеты, строительнодорожные машины, энергетическое, химическое и металлургическое оборудование и т.д.). Соответственно детали и узлы для них изготавливаются мелкими партиями. В этих условиях традиционное автоматическое оборудование экономически нецелесообразно.

Перед промышленностью стоят, по существу, две различные задачи. Массовое и крупносерийное производства надо наделить надлежащей гибкостью. А мелкосерийное и единичное производства - комплексно автоматизировать с таким расчетом, чтобы они приобрели наряду с гибкостью и лучшие черты массового производства: непрерывность, ритмичность, высокий темп выпуска изделий. Идея гибких автоматизированных производств позволяет решить обе эти задачи. Гибкое производство — это производство, которое позволяет предприятию за короткое время и при минимальных затратах на том же оборудовании регулярно переходить на выпуск новой или коренным образом улучшенной продукции произвольной номенклатуры, но в пределах определенного назначения.

Гибкое автоматизированное производство является наивысшей интеграцией достижений НТП и в значительной степени связано с электронизацией производства. Электронизация производства означает автоматизацию с широким использованием ЭВМ, математического программирования и числового программного управления. Основу гибкого автоматизированного производства составляют легкопереналаживаемое оборудование с ЧПУ, промышленные роботы, групповая технология и управляющие устройства на базе ЭВМ.

В гибких автоматизированных производствах используются станки с ЧПУ со встроенной ЭВМ, которые обладают не только высокой гибкостью и возможностью автоматизации изготовления или сборки при выполнении сколь угодно сложных работ, но и позволяют осуществлять контроль параметров изготавливаемого изделия, диагностику состояния станка и инструментов и многие другие функции, а также

16

легко встраиваться в автоматизированные системы, благодаря наличию ЭВМ в ЧПУ.

Внедрение станков с ЧПУ позволило за последние 20-25 лет увеличить точность обработки в 100 раз и сократить трудоемкость в 2,5 раза. Однако станок-автомат с ЧПУ не освобождает человека от необходимости ставить, закреплять и снимать заготовки и детали, транспортировать детали и инструменты со складов и обратно, от станка к станку, укладывая каждый раз их в тару или приспособление. Все эти процедуры требуют от рабочего не столько квалификации, сколько физических усилий, расширить частично рабочие возможности станков позволили обрабатывающие центра - многооперационные станки с ЧПУ. Главной отличительной особенностью таких агрегатов стал магазин с обширным набором (до 100 и более) различных инструментов. Любой из них в нужный момент, который задан программой, извлекается из магазина с помощью устройства типа автооператора и автоматически устанавливается в рабочее положение, например, зажимается в шпинделе станка, а выполнив свою часть работы, возвращается в магазин.

По существу, обрабатывающий центр (ОЦ) заменяет несколько станков с ЧПУ. Один раз установив заготовку на рабочий стол, ее можно подвергать самой разной обработке: проточить сложные поверхности, выфрезеровать пазы и углубления, просверлить отверстия и нарезать в них резьбу. Благодаря такой концентрации операций на одном рабочем месте, высокому уровню автоматизации и резкому сокращению вспомогательного времени трудоемкость обработки при использовании центров в 3-5 раз ниже, чем в случае применения универсальных станков. Но ОЦ не может работать без обслуживающего персонала, необходимо производить те же ручные операции, что и при использовании обычных станков с ЧПУ, но в несколько меньшем объеме.

Внедрение высокопроизводительных станков с ЧПУ в серийном производстве при традиционной форме организации не привело к значительному повышению производительности труда и сокращению общего цикла производства продукции. Это связано с тем, что при изготовлении деталей партиями в серийном производстве они только 5 % времени находятся на станках, а 95 % времени находятся на контроле, пролеживают на складах, дожидаясь своей очереди, перемещаются от станка к станку, от станка к складу и обратно и т.д. Основное внимание уделяется обновлению оборудования, тогда как технология и организация производства остаются прежними, в мелкосерийном производстве

17

коэффициент загрузки станков с ЧПУ в среднем равен 0,4-0,6, а коэффициент сменности не превышает 1,3-1,6. С учетом затрат времени на профилактику, ремонт, различных потерь из 8750 часов годового бюджета только 600-900 часов станки производят продукцию, то есть 7- 10 % наличного времени.

На подавляющем большинстве машиностроительных заводов имеет место одно и то же явление, когда, несмотря на постоянное обновление основного оборудования, экономические показатели их растут очень медленно или не растут вовсе, завод как бы продолжает устаревать. Основные признаки такого "обновляющегося устаревания":

1)большой объем незавершенной продукции, значительные запасы и заделы, которые трудно поддаются учету;

2)длительный производственный цикл, растянутые сроки поставки готовой продукции;

3)отсутствие роста производительности труда, несмотря на внедрение нового высокопроизводительного оборудования, расширение мощностей;

4)низкая рентабельность производства, несмотря на обновление оборудования.

Сама жизнь требует увязки оборудования в единые гибкие производственные систем с непрерывным циклом работы на базе современной технологии и организации производства с автоматизацией основных, контрольных, вспомогательных и транспортных операций и исключением пролеживания на складах.

Для автоматизации ручного труда эффективным средством являются промышленные роботы. Промышленный робот (ПР) - это автоматическая машина, стационарная или подвижная, состоящая из исполнительного механизма в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функция. Свойство промышленного робота выполнять двигательные, управляющие функции и заменять управляющую программу (перепрограммируемость) позволяет с его помощью автоматизировать те сферы человеческой деятельности, где необходимы как широкий набор физических и интеллектуальных функций, так к возможность легкой и быстрой перестройки с одних операций на другие. В настоящее время ПР широко используются для автоматизации

18

загрузки, выгрузки, транспортирования, сборки, окраски, сварки и множества других операций.

Так, для автоматизации загрузки обрабатывающего центра применяются промышленный робот или специальное автоматическое загрузочное устройство. Пристаночный робот загружает станок с ЧПУ простыми заготовками (например, для токарной обработки), упорядоченно уложенными в тару, которая автоматически подается на позицию. Корпусные детали крепятся на подвижных платформах особой конструкции - так называемых спутниках, которые позволяют им с высокой точностью занимать на рабочем столе станка необходимое положение. Спутники, с закрепленными на них заготовками, запасаются на загрузочном устройстве или транспортере специального устройства - накопителя, стоящего рядом со станком. А в программу устройства ЧПУ вводятся команды, по которым спутники по очереди подаются на рабочий стол станка и возвращаются в накопитель. Это обеспечивает загрузку станка и его работу в течение всех трех смен.

На основе ОЦ, снабженного роботом-загрузчиком или устройством автоматической загрузки (система спутников) и системами, обеспечивающими его бесперебойную работу, создаются гибкие производственные модули (ГПМ). ГПМ - единица технологического оборудования для производства изделия произвольной номенклатуры в пределах установленных значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему. Бесперебойную работу ОЦ обеспечивают автоматические системы смены инструмента, удаления стружки, подачи охлаждающей жидкости, смазки, контроля параметров изделия, диагностирования отказов, неполадок в работе станка или прогнозирующие их, устройства переналадки и т.д. ГПМ - наименьшая единица гибкого автоматизированного производства. Он может в любой момент и за минимум времени переключиться на изготовление новых изделий - для этого, подготовив магазин с инструментом и спутниками, достаточно сменить программу.

Детали (узлы, изделия) для полного изготовления проходят обработку (сборку) на нескольких станках с ЧПУ или ГПМ, которые для этого объединяются в гибкие производственные системы, можно по аналогии с автоматическими линиями выстроить станки вдоль конвейера, который будет переносить спутники или детали, снятые роботами-

19

загрузчиками с одних на другие станки. Но с позиций гибкости производства это решение не лучшее. Почему, скажем, одна деталь может потребовать десять станков, а другая - восемь. Что делать с оставшимися двумя станками? Кроме того, время обработки детали на каждом из станков разное. Значит, темп конвейера будет определяться наименее производительным станком, повторно использовать станки линии невозможно, так как транспортировка по конвейеру осуществляется строго в одном направлении, поэтому в линию можно ставить несколько одинаковых станков, если в процессе изготовления повторяются одинаковые операции, которые нельзя совместить.

Чтобы максимально использовать группы станков с ЧПУ, их работу нужно синхронизировать, оптимально распределив между ними операции, исходя из конечного результата. Такую оптимизацию необходимо осуществлять каждый раз, когда на изготовление поступает деталь, отличная от предыдущей. При этом может оказаться, что по новой оптимальной схеме передавать деталь со станка на станок нужно в иной последовательности, чем раньше. Для решения подобных задач станки нужно подчинить одной ЭВМ и связать их гибкой автоматизированной транспортно-складской системой.

Автоматизированная транспортно-складская система (АТСС) - система взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств для укладки, хранения, временного накопления, разгрузки и доставки предметов труда и технологической оснастки. В основу функционирования такой транспортно-складской системы может быть положен принцип "верни на место". Центральное звено такой системы - автоматизированный склад заготовок и деталей в виде многоярусного стеллажа, который обслуживается роботом-штабелером. По команде центральной ЭВМ он достает из ячейки склада нужную заготовку (на спутнике или в специальной таре) и грузит ее, например, на тележку-робот (обычно называемую робокаром или транспортным роботом), которая направляется к станку по адресу, указанному ЭВМ. Если автоматизированный склад расположен вдоль линии станков, то ро- бот-штабелер выполняет и роль транспортного робота.

К концу обработки управляющее устройство станка через центральную ЭВМ вызывает пустую тележку. И полностью или частично готовая деталь возвращается на ней в ячейку склада. Не исключается вариант, когда для экономии времени и энергии тележкаробот, минуя склад, сразу переносит деталь с одного станка на другой. Принцип работы АТСС "верни на место" обеспечивает возможность