ТЕНДЕНЦИИ ДЛЯ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Длительное время основным направлением комплексной автоматизации машиностроения было решение задач, связанных с массовым производством, где создано и внедрено множество машин-автоматов и полуавтоматов, автоматических и поточных линий: 80-90% таких деталей, как блоки цилиндров и головки блоков двигателей, валы коробки передач, массовые подшипники и др., обрабатываются на автоматических линиях. Однако это оборудование как правило является специальным, т.е. на обработку других деталей не переналаживается. Поэтому серийное производство длительно базировалось только на универсальном неавтоматизированном оборудовании (токарные станки, кривошипные прессы и др.) малопроизводительном, но достаточно мобильном (быстро переналаживаемом на обработку других деталей). Переломным моментов в автоматизации серийного производства явилось появление машин с числовым программным управлением, которые сочетают высокую производительность и мобильность благодаря наличию систем управления на электронной основе.

Первоначально с ЧПУ строились главным образом металлорежущие станки-полуавтоматы токарной, фрезерной, расточной и сверлильной группы. В настоящее время с ЧПУ выпускаются сварочные машины, прессы, станки для электрофизической и электрохимической обработки, термическое оборудование и т.д. Можно отметить некоторые тенденции развития оборудования с ЧПУ, характерные для современного этапа научно-технического прогресса.

ПЕРВАЯ ТЕНДЕНЦИЯ – переход от станков-полуавтоматов к автоматам, что диктуется требованиями повышения производительности и экономической эффективности. Станки с ЧПУ в несколько раз дороже обычных станков той же производительности. Поэтому они во многих случаях окупаются только при круглосуточном использовании (трехсменная работа по сравнению с двухсменной эквивалентна увеличению выпуска продукции в 1,5 раза). Чтобы обеспечить круглосуточную работу станка при двухсменном обслуживании, станок снабжают автоматическим магазином для заготовок и обрабатываемых изделий, вместимость которого обеспечивает работу в течение одной смены. Так, для станков по обработке корпусных деталей такие магазины выполняют в виде транспорта с шаговым перемещением, где детали закрепляют на специальных приспособлениях-спутниках. Работа транспортера включается в единый программируемый рабочий цикл станка. В простейшем случае станок имеет одну рабочую и две холостые позиции. При значительной вместимости магазинов-накопителей их компонуют как замкнутые системы. Обработка всей партии производится автоматически, без обслуживающего персонала, на участке имеется лишь дежурный наладчик. Загрузка магазина заготовками производится в вечернюю смену, снятие готовых изделий – в утреннюю.

ВТОРАЯ ТЕНДЕНЦИЯ – переход к многоинструментальной и многопозиционной обработке. Сколько бы ни было инструментов в магазине обычного станка с ЧПУ, в любой конкретный момент происходит обработка только одной детали одним инструментом, т.е. отсутствует совмещение операций как важнейший фактор повышения производительности. Последовательная, без совмещения обработка всех элементов сложных деталей занимает длительное время. Так обработка станин станков продолжается 6-40 час. Для сравнения можно отметить, что интервал времени выдачи блоков цилиндра двигателей автомобиля на автоматической линии с дифференциацией и концентрацией операций составляет 1,0-1,5 мин. Поэтому принципы, разработанные и реализованные при автоматизации массового производства, должны быть перенесены на оборудование для серийного производства. В простейшем случае это означает параллельную обработку соответствующими инструментами нескольких одинаковых деталей, закрепленных на одном столе. Другой способ реализации принципов совмещения операций – создание однопозиционных станков с многосторонней обработкой детали одновременно несколькими инструментами. По такому способу создаются и токарные станки, и станки для обработки корпусных деталей. Наиболее радикальное решение рассматриваемых принципов – это создание станков с многошпиндельными коробками, что позволяет вести обработку конкретных деталей одновременно многими инструментами.

Общий вид такой системы со сменными шпиндельными коробками показан на рис.5.1.

Рис. 5.1. Станочная система с ЧПУ и сменными шпиндельными коробками для многоинструментальной обработки

На четырехпозиционный зажимной поворотный стол 1 загрузочным устройством 2 подается обрабатываемая деталь 3, закрепленная на приспособлении - спутнике 4. Спутники до и после обработки перемещаются автоматически по транспортеру 5. Обработка деталей на поворотном столе производится посредством силовой головки 6, к которой по очереди подключаются многошпиндельные головки 7. Их комплект находится на замкнутом транспортирующем устройстве 8, представляющем собой магазин с автоматическим шаговым перемещением. Вся система работает в едином автоматическом цикле, который может задаваться как от индивидуального пульта управления, так и от управляющей вычислительной машины.

После того как очередная деталь на поддоне подана и закреплена на поворотном столе, начинается ее обработка. При каждом ходе силовой головки к ней подключается очередная шпиндельная головка с набором инструментов. После окончания обработки одной стороны детали происходит поворот стола с приспособлением, и при очередном ходе обрабатывается другая плоскость. Число шпиндельных коробок на транспортирующем устройстве определяется конкретным объемом обработки каждой детали.

Недостатком такого компоновочного решения является необходимость в значительной производственной площади. Поэтому для обработки мелких корпусных деталей стремятся скомпоновать комплект многошпиндельных коробок непосредственно вокруг головки с вертикальной осью. Так вертикально-сверлильный многоинструментальный станок с ЧПУ типа 2175 МФ 2-1 Стерлитомакского станкостроительного завода им. В.И. Ленина имеет восемь многошпиндельных коробок, одну силовую головку и многопозиционный стол с автоматическим поворотом на заданный угол. В каждой позиции стола можно закреплять несколько мелких деталей, многошпиндельная коробка может производить обработку сразу на всех рабочих позициях, в то время, как на загрузочной позиции производится замена обрабатываемых деталей. Таким образом, станок сочетает принципы многоинструментальной и многошпиндельной обработки (действуют сразу несколько десятков инструментов) и, хотя эквивалентен обычным агрегатным станкам, имеет широкие возможности переналадок.

ТРЕТЬЯ ТЕНДЕНЦИЯ развития автоматизированного оборудования для серийного производства – создание унифицированных конструкций вместо специально разрабатываемых в каждом конкретном случае. В простейшем случае это создание гаммы оборудования на одной базе. Например, гамма продольно-фрезерных и расточных станков, имеющих единое компоновочное решение и номенклатуру основных узлов, но отличающихся числом и взаимным расположением силовых головок. Благодаря этому деталь может обрабатываться одновременно с двух-трех сторон различными инструментами. Такое решение – результат опыта агрегатного станкостроения, накопленного при автоматизации массового производства. Имеются и другие идеи этого направления, например – унификация оборудования с различной степенью автоматизации. Например, применительно к оборудованию для обработки корпусных деталей все станки единой гаммы можно компоновать из нормализованных, конструктивно-автономных функциональных узлов, число которых определяется степенью автоматизации. Базовая модель – многооперационный станок-автомат с автоматическим магазином деталей и магазином инструментов, управляемых ЭВМ, т.е. оборудование с высшей степенью автоматизации. Все остальные модели формируются на основе базовой путем «вычитания» функциональных узлов со снижением степени автоматизации. Например, первая модификация – станок-автомат с индивидуальным пультом ЧПУ, вторая – станок-полуавтомат без магазина деталей, с ручной загрузкой и съемом; третья – станок-полуавтомат без инструментального магазина и механизма его замены, т.е. с ручной заменой заготовок и изделий и т.п. Последняя модель – обычный станок с ручным управлением.

ЧЕТВЕРТАЯ ТЕНДЕНЦИЯ, которая все более влияет на развитие средств автоматизации серийного производства – это переход от индивидуальных пультов программного управления к специальным управляющим мини-ЭВМ, что стало возможным благодаря успехам микроэлектроники и вычислительной техники. Переход от элементов, которые применялись в традиционных пультах ЧПУ, к большим интегральным схемам (БИС) позволяет резко уменьшить габариты управляющих устройств, повысить надежность в работе, расширить функциональные возможности управления.

Следующим шагом является переход от специальных больших интегральных схем к универсальным – так называемым микропроцессорам. Путем комбинации этих элементов можно строить малогабаритные управляющие устройства, выполняющие широкий круг функций по обработке информации и управлению исполнительными органами в соответствии с заданной программой работы, с сигналами датчиков и т.д. Поэтому отпадает необходимость в специальных программоносителях, лентопротяжных механизмах, считывающих устройствах и т.д.

И, наконец, наиболее общей тенденцией является переход от отдельных, не связанных между собой станков с индивидуальными процессорами, к автоматизированным технологическим комплексам, управляемым от ЭВМ, т.е. переход от локальной автоматизации к комплексной. Такой комплекс включает:

а) комплект технологического оборудования, необходимого и достаточного для обработки определенного типа деталей (валов, шестерен, корпусов и др.);

б) транспортно-накопительную систему;

в) автоматизированную систему управления технологическими процессами (АСЦ ТП), которая реализует не только непосредственно управляющие, но и информационные функции (учет работы оборудования и количества изделий, экономические показатели работы комплекса, техническую диагностику и т.д.). Такие системы строятся для весьма широкой номенклатуры обрабатываемых деталей с различными методами и маршрутами обработки.

Построенные на основе модулей, гибкие производственные системы с автоматизированными складами изделий, инструмента и технологической оснастки, обслуживаемые автоматическим транспортом и управлением от ЭВМ, являются новой формой организации производства в машиностроении. Гибкие производственные системы, созданные на этой основе, позволяют автоматизировать серийное производство. Возможности ГПС, как утверждают специалисты, огромны: численность обслуживающего персонала сокращается в 4-5 раз, станочный парк – в 5-7 раз, а время производства до 20 раз.

Есть уже небольшой опыт внедрения ГПС. Так на Косовском заводе эксплуатируется автоматизированный участок АСВ-1 для тел вращения средних размеров, на Рязанском станкостроительном заводе – АСВ-3 (диаметр до 500, до 1000 мм). Головные образцы АСВ около 10 шт. внедрены и работают. Для корпусных деталей ЭНИМС разработаны автоматические участки АСК-1 (250х250х250), АСК-2 (500х500х500); АСК-3 (800х800х800) АСК-4 (1250х1250х1250).

По данными ЭНИМСа для автоматизированного участка по обработке валов (АСВ) по проекту заложено:

Коэффициент использования по машинному времени

Коэффициент использования по штучно-калькуляционному времени

Коэффициент технического использования

А для станков с ЧПУ для обработки валов эти коэффициенты ≈ 30 %.

Таким образом, при автоматизации серийного производства во все возрастающей степени используется опыт автоматизации массового производства (создание оборудования с совмещением операций, унификацией конструкций, автоматизация на уровне систем машин и т.д.).