2.7.4. Оборудование, применяемое в гпс

Для обработки корпусных деталей используют в основном многоцелевые станки фрезерно-расточной группы с ЧПУ типа обрабатывающего центра. Такое оборудование имеет автоматизированную загрузку и разгрузку заготовок, снабжено одним или двумя инструментальными магазинами. Оно должно легко встраиваться в ГПС и гарантировать возможность его работы со средствами автоматизации вспомогательных процессов и возможность получения информации, необходимой для управления производственным процессом.

На рисунке 2.25. представлен гибкий производственный модуль модели ИС500ПМ1Ф4-01, предназначенный для обработки корпусных деталей из чугуна, стали, алюминиевых и магниевых сплавов в диапазоне размеров от 50х50х50 мм до 700х700х700 мм. Станок снабжен шпиндельной бабкой 2 с серводвигателем, позволяющим бесступенчато изменять частоту вращения шпинделя. Шпиндель имеет возможность перемещаться в трех взаимно перпендикулярных направлениях X, Y, Z.

Цепной инструментальный магазин 1 расположен на своем фундаменте. Манипулятор смены инструмента установлен на корпусе магазина. Предусмотрена установка многошпиндельных угловых головок с переменным кодированием инструмента. Имеются две модификации магазина: на 64 и 100 инструментов. Это позволяет обрабатывать плоские поверхности, гладкие и резьбовые отверстия, а также обтачивать торцы, цилиндрические выступы, выточки, наружные канавки корпусных деталей

Рисунок 2.25. – Гибкий производственный модуль

Обрабатываемые заготовки устанавливаются на палеты (спутники) 3. Схемы установки спутников на столе станка представлены на рисунке 2.26.

ГПМ ИС500ПМ1Ф4-01 позволяет фрезеровать сложные профили с использованием линейной и круговой интерполяции. Оснащение ГПМ шлифовальной головкой диаметром до 150 мм значительно расширяет их технологические возможности, так как позволяет выполнять финишные операции.

Рисунок 2.26. – Схемы установки спутников на ГПМ ИС500ПМ1Ф4-01: а — на две плоскости и отверстие; б — на две плоскости и призму; в — на две призмы; 1 — спутник; 2 — фиксатор; 3 — направляющие планки; 4 — установочные элементы; 5 — прижим; 6 — призмы

В настоящее время разработана новая гамма высокопроизводительных прецизионных станков ИС630 с четырьмя одновременно управляемыми осями, предназначенных для обработки особо сложных корпусных деталей и позволяющих повысить производительность обработки в три раза по сравнению с обычными обрабатывающими центрами.

На рисунке 2.27. даны различные схемы гибких производственных модулей. Такие ГПМ могут использоваться как для обработки отдельных деталей, так и для групповой обработки. Эффективность применения ГПМ определяется годовыми затратами на изготовление деталей, зависящими от годовой программы выпуска N.

На рисунке 2.28. показаны годовые приведенные затраты на групповую обработку десяти корпусных деталей с различной степенью концентрации переходов обработки.

Как видно из графика, с увеличением годовой программы годовые затраты возрастают. Первый вариант (кривая 1) характеризуется применением одношпиндельных обрабатывающих центров простой компоновки. Второй вариант предусматривает обработку на многошпиндельном ОЦ с использованием сменных многошпиндельных инструментальных коробок или на многопозиционных агрегатных станках. Наивыгоднейший третий вариант предусматривает обработку деталей на гибкой станочной линии, состоящей из двух многопозиционных переналаживаемых станков, связаны единой транспортной системой, автоматизированными устройствами смены палет и инструмента, автоматизированной системой управления, позволяющей осуществлять автоматизированный переход на изготовление новых изделий с помощью ЭВМ. Такие станочные линии, состоящие из двух станков типа ОЦ, образуют гибкие автоматизированные участки, схемы которых представлены на рисунке 2.29.

Рисунок 2.27. – Схемы гибких производственных модулей: а — с двумя челночными рабочими столами (1 — магазин с инструментом; 2 – ОЦ; 3 — рабочий стол); б — с автоматизированным загрузочным устройством (1 — магазины с инструментом; 2 — ОЦ; 3 — стол станка; 4 — автоматизированное загрузочное устройство — шаговый конвейер — накопитель палет); в — ОЦ (1 — промышленный робот; 2, 3 — кассеты с заготовками; 4 — конвейер-накопитель; 5 — робокар); г — с круговым транспортным накопителем (1 — магазин с инструментом; 2 — ОЦ; 3 — палеты; 4 — накопитель); д — со стендовым накопителем веерного типа (2 — ОЦ; 2 — поворотный стол-перегружатель; 3 — накопитель); е — с наращиваемым линейным накопителем (1 — магазин с инструментом; 2 — ОЦ; 3 — палеты; 4 — накопитель); ж — со стендовым наращиваемым накопителем веерного типа (1 — магазин с инструментом; 2 — ОЦ; 3 — палеты; 4 — накопитель); з — с автоматизированными системами смены инструмента (1 — магазин с инструментом; 2 — ОЦ; 3 — накопитель; 4 — перегружатель головок; 5 — стенд — накопитель паллет с заготовками; 6 — рельсовая тележка — загружатель заготовок; 7 — поворотный стол станка)

Рисунок 2.28. – Зависимость годовых приведенных затрат на обработку группы деталей от степени концентрации переходов на станках и суммарной программы выпуска:1 — N = 50 тыс. шт.; 2 — N - 130 тыс. шт.; 3 — N = 475 тыс. шт.

Большой интерес представляют гибкие автоматические линии. На рисунке 2.30 показана ГАЛ для обработки в спутниках различных по конструкции крышек подшипников автомобильных генераторов, имеющих одинаковые поверхности базирования. Время переналадки данной линии на обработку крышки другого типа, изготовленной из алюминиевого сплава, составляет 6... 10 мин, цикл обработки деталей — в среднем 6 с, при непрерывной работе линия обеспечивает обработку 600 деталей в час. Два портальных робота доставляют из магазина в зону обработки необходимый инструмент и устанавливают его на силовой головке по заданной программе управления ГАЛ.

Рисунок 2.29. – Схемы гибких автоматизированных участков: а — с единым автоматизированным загрузочным устройством для смены палет (1, 2 — ОЦ; 3 — рельсовая тележка — перегружатель палет; 4, 5 — стенды с палетами, закрепленными за каждым станком); б — с единым автоматизированным перегрузочным устройством для смены палет и инструмента (1, 4 — ОЦ; 2 — накопитель инструмента; 3 — промышленный робот для смены инструмента; 5 — рельсовая тележка — перегружатель палет; 6 — палеты для любого станка участка; 7 — позиции загрузки-разгрузки палет; 8 — АСУ распределением загрузки); в — с контрольно-измерительной машиной и установкой для мойки деталей (1, 4 — ОЦ; 2 — ЭВМ участка; 3 — промышленный робот — кантователь заготовок; 5 — стол — перегружатель палет; 6 — установка для удаления стружки и мойки деталей и палет; 7 – конвейер — накопитель палет; 8 — контрольно-измерительная машина; 9 — станция загрузки-разгрузки палет заготовками и деталями)

Рисунок 2.30. – Планировка гибкой автоматической линии для обработки крышек подшипников автомобильных генераторов: 1 — однокоординатные силовые головки с ЧПУ (7 шт.); 2 — трехкоординатные силовые головки с ЧПУ (9 шт.); 3 — автооператоры для автоматической замены инструмента; 4 — спутник с заготовками и деталями; 5 — станция установки заготовок и снятия готовых деталей; 6 — магазины с 80 заменяемыми инструментами

Особый интерес представляют многофункциональные ГАЛ с переменной (комбинированной) структурой (рисунок 2.31). Используемые модули и обладающая большими возможностями управляющая система позволяют добиться оптимальной гибкости применительно к таким специфическим требованиям, как количество заготовок, обрабатываемых в единицу времени, различный объем партий заготовок и различное время цикла обработки.

В каждом случае используются наиболее рациональные структура технологического процесса и способы обработки деталей. На одном уровне использования ГАЛ работает как гибкая станочная линия с рабочим тактом поточной линии. Этот уровень используется для обработки большой партии изделий с коротким циклом обработки. Система работает в этом случае как обычная автоматическая линия. На другом уровне ГАЛ работает в гибком режиме загрузки модулей, используемых как отдельные станки. Этот уровень используется, когда обрабатываются мелкие партии заготовок и необходимо более продолжительное время для их обработки. В этом случае гибкие модули работают автономно и при неисправности одного из них другие могут продолжать работу. Линия состоит из трех ГПМ 6, моечной и автоматической трехкоординатной измерительной машин. Портальный робот 3, оснащенный тремя руками с захватами и автоматическим устройством смены захватов, предназначен для транспортировки заготовок 2, палет 4 и инструментальных головок 5 на станцию загрузки 1. Со станции загрузки индуктивная робото-тележка 8 перемещает их на станцию загрузки 7 ГПМ.

Рисунок 2.13. – Планировка гибкой автоматической линии с переменной структурой

Управление гибкой системой осуществляется следующим образом. Внутри линии все функции управления (транспортировки палет и заготовок, работа портального робота и смена захватов, работа склада заготовок, их транспортировка) выполняются системой управления высшего уровня с программой, хранящейся в памяти. Кроме того, робототележка получает команды от системы управления и подтверждает их выполнение. Система управления включает функции выбора, которые определяют, какие заготовки, когда и где будут обрабатываться, дает сигнал о пуске ГПМ, начале обработки. По окончании обработки ГПМ запрашивает новые данные. На экран центрального пульта управления системы можно вызвать следующую информацию: загруженность накопительных позиций, сигнализация о неисправностях, данные о станках, программа автоматического режима работы транспортных устройств.

Для обработки сложных корпусных деталей, таких, например, как блоки цилиндров, корпуса компрессоров, газотурбинных двигателей, особенно эффективно применение станков второго поколения, оснащенных тремя (трипоид) или шестью (гексапоид) шарнирно соединенными телескопическими штангами со встроенными линейно-измерительными системами. Шпиндель-мотор с инструментом устанавливается на штанги. Таким образом, станки позволяют одновременно обрабатывать несколько поверхностей. Кроме того, станки снабжены инструментальными магазинами. Смена инструмента производится автоматически. У трипоида (рисунок 2.32.) стол станка неподвижен, а телескопические штанги со шпинделями-моторами концентрично перемещаются по круговой траектории относительно стола с закрепленной на нем заготовкой. Такая компоновка позволяет обеспечивать наклон шпинделей вплоть до получения горизонтального положения и осуществлять обработку с управлением по пяти осям координат.

Рисунок 2.32. – Кинематическая схема трипоида

Общий вид гексапоида представлен на рисунке 2.33, а. Шести стержневая система удерживает в рабочем пространстве платформу с инструментами, перемещая их одновременно и согласованно по шести степеням свободы (шесть координат относительно осей X, Y, Z с поворотом вокруг каждой оси). На платформе все шесть стержней связаны посредством безлюфтовых шарниров. Кинематическая схема станка представлена на рисунке 2.33, б. Опорой каждого стержня служит силовая рама с фрикционно-безлюфтовым приводом. Перемещение каждого стержня отслеживается лазерными интерферометрами с дискретностью 1 мкм. Данные передаются в компьютер, который в реальном режиме управляет приводом. Работа штоков на сжатие и растяжение обеспечивает высокую жесткость при обработке изделий.

Рисунок 2.33. – Гексапоид: а — общий вид;

б — кинематическая схема

Постоянная база в виде точечных шарниров, использование лазерной интерферометрической системы, выполнение измерений от конструкторских и технологических баз обеспечивают высокоточную обработку деталей. Точность позиционирования шпиндель-моторов относительно обрабатываемых поверхностей по осям X, Y, Z составляет 0,005 мм.