Автоматизация производства

Автоматизация механосборочного производства является одним из основных средств достижения высокой производительности труда и качества выпускаемой продукции. Наиболее эффективна комплексная автоматизация производства, охватывающая конструкторскую и технологическую подготовку производства, складирование и транспортировку материалов, заготовок, деталей, приспособлений и инструментов, автоматизацию технологических операций и процессов, включая контроль качества выполнения технологических переходов, операций, диагностику оборудования и систем управления, сбор и удаление отходов.

Автоматизация производства достигается за счет широкого использования вычислительной техники, программного обеспечения, систем программного управления оборудованием, робототехники, промышленной автоматики. Использование таких средств позволяет достичь высокой гибкости производственных процессов, т.е. способности их к быстрой переналадке и адаптации к изменяющимся внешним условиям.

Гибкое автоматизированное производство (ГАП) является интеграцией автоматизированных систем проектирования, подготовки и реализации технологических процессов, объединенных общей системой управления.

Для автоматизации собственно технологических процессов механосборочного производства используются следующие виды систем (оборудования):

• автоматические линии “жесткие” (не переналаживаемые);

• автоматическое специализированное оборудование (станки-автоматы);

• гибкие производственные системы;

• станки с числовым программным управлением (ЧПУ).

Автоматическая линия - это совокупность станков-автоматов, соединенных между собой автоматическими транспортными устройствами и предназначенных для выполнения определенного технологического процесса.

Этот вид оборудования, еще четверть века назад считавшийся едва ли не единственным серьезным средством автоматизации, сегодня уступает место гибким, способным к переналадке и адаптации, системам. Это произошло в связи с диктуемой рынком непрерывной потребностью в оперативном обновлении выпускаемой продукции, а также благодаря бурному развитию вычислительной техники.

Станки-автоматы - это специализированные станки, в которых автоматизирован обычно на основе использования механических систем весь цикл обработки, начиная от загрузки заготовок. Переналадка таких станков требует значительных затрат, например, замены управляющих кулачков. Но благодаря высокой производительности станки-автоматы имеют свою устойчивую область рационального применения, например, для изготовления колец подшипников, фрезерования винтовых канавок в заготовках сверл и т.д.

Гибкая производственная система (ГПС) - это совокупность в разных сочетаниях технологических комплексов, гибких производственных модулей (ГПМ), отдельных единиц технологического оборудования и системы обеспечения ее функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством быстрой переналадки.

Элементами ГПС являются гибкие производственные модули (ГПМ) и станки с ЧПУ. ГПМ - это единица технологического оборудования с ЧПУ, автономно функционирующая в автоматическом режиме и имеющая возможность встраивания в ГПС.

Для иллюстрации возможностей ГПМ ниже приводится краткое описание токарного модуля фирмы «Jamazaki».

В модуль, наряду со станком входят следующие устройства: тридцатиместный инструментальный магазин; механизм для автоматической смены инструментов; двухпозиционная револьверная головка (одна позиция предназначена для вращающегося инструмента, другая - для неподвижного); пристроенный однорукий робот типа «Flex–3», тридцатиместный тактовый стол со стойкой для кантования деталей; система распознавания заготовок путем их измерения и сравнивания с образами, введенными в память устройства ЧПУ (в памяти ЧПУ могут храниться описания 60 различных заготовок); устройство для автоматической смены кулачков зажимного патрона (магазин содержит до 15 комплектов кулачков); система автоматического измерения обработанной детали в зоне резания и ввода коррекции в программу; система контроля времени наработки инструментов и выдачи команды на смену их по истечении определенного времени, определяемого периодом стойкости инструмента; диалоговая система программирования и графический дисплей, встроенные в устройство ЧПУ, автоматическая система программирования режимов резания вводом в устройство ЧПУ данных о материале обрабатываемой заготовки (в памяти устройства могут храниться данные о 16 различных материалах).

В отличие от ранее рассмотренных универсальных станков основная особенность станков с ЧПУ (рис. 4.38) состоит в том, что программа, т.е. данные о величине, скорости и направлении перемещений рабочих органов, задается в виде символов, нанесенных на специальный программоноситель. Процесс подготовки программ для станков с ЧПУ отделен от процесса обработки деталей во времени и пространстве. На станках с ЧПУ для того, чтобы обработать деталь новой конфигурации, часто достаточно загризить в ЧПУ новую управляющую программу.

Применение станков с ЧПУ взамен универсального оборудования имеет существенные особенности и создает определенные преимущества, в частности, следующие: сокращение сроков подготовки производства на 50-70%; сокращение общей продолжительности цикла изготовления продукции на 50-60%; экономию средств на проектирование и изготовление технологической оснастки на 30-85%; повышение производительности труда за счет сокращения вспомогательного и основного времени обработки на станке и многое другое.

Виды и характер работ по технологической подготовке производства с использованием станков с ЧПУ, в том числе и специализированных, существенно отличаются от работ, производимых с помощью обычного универсального оборудования. Значительно возрастают сложность задач и трудоемкость проектирования технологического процесса.

Большое распространение в последнее время получили системы конструкторско-технологического проектирования (CAD/CAM - системы), позволяющие разрабатывать конструкции деталей, специальных инструментов, штампов, пресс-форм, технологические процессы обработки и управляющие программы для станков с ЧПУ.

Автоматизация металлообработки хотя и сложна, но уже достаточно проработана. Значительно более сложную и менее определенную проблему представляет автоматизация сборки и, особенно, регулировки изделия. Каждый, кто имел дело с этим видом работ даже на бытовом уровне, представляет, как непросто, например, автоматизировать такую широко распространенную операцию как установка и завинчивание винта.

В принципе, автоматизировать можно все, но, даже обладая самой современной вычислительной техникой и изощренным умом, в работе над автоматизацией сборки и регулировки обязательно следует пройти логическую связку (систему) - “изделие - технология - машина”. Суть ее в том, что наиболее продуктивно эту задачу следует решать системно, одновременно модернизируя конструкцию подлежащего сборке (регулировке) изделия, назначая соответствующий технологический процесс и создавая соответствующую первым двум элементам системы технологическую машину.