Компоновка операций и технологического оборудования при автоматизации технологических процессов. Последовательное, параллельное и смешанное агрегатирование

Станки с ручным управлением – преимущественно однопозиционные. Автоматы, полуавтоматы и автоматические линии строят с несколькими рабочими позициями. На одношпиндельных станках может выполняться одно - или многоинструментальная обработка. При одноинструментальной обработке в каждой данный момент времени участвует только один инструмент, что не может обеспечить достаточно высокой производительности. Многоинструментальная обработка характеризуется тем, что в работе одновременно участвует несколько инструментов. При этом производительность повышается, но возможны затруднения в обеспечении хорошего отвода стружки, охлаждения инструментов, высокой жесткости системы, удобства для обслуживания и контроля инструментов.

Многопозиционнная обработка бывает последовательной, параллельной и параллельно-последовательной. Для осуществления последовательной обработки на станке или автоматической линии предусматривается несколько стационарных рабочих позиций, расположенных в порядке выполнения технологического процесса. При прохождении обрабатываемой детали по позициям, на каждой из них последовательно выполняется часть процесса. Причем эти части должны быть приблизительно одинаковой продолжительности. Рабочие позиции в малом или сравнительно большом количестве целесообразно располагать в линию. Среднее количество позиций размещают по окружности

Рис. 13.1. Расположение рабочих позиций: а) – в линию, б) – по окружности

На оборудовании последовательного действия целесообразна обработка сравнительно сложных деталей. Если же использовать этот метод для простых деталей, период рабочего цикла станет очень малым, и в нем будет преобладать время на выполнение вспомогательных движений. Для обработки несложных деталей более подходят простые по конструкции станки параллельного действия, в которых на всех позициях одновременно или со сдвигом по времени выполняется одна и та же операция. Позиции могут быть стационарными, по такой схеме устроены, например, многошпиндельные фасонно-отрезные автоматы, имеющие на каждой позиции отдельный механизм подачи и зажима обрабатываемого материала (рис. 13.2).

Рис.13.2. Стационарные позиции

По второй схеме (рис. 13.3) проектируются роторные станки, в них рабочие позиции, образованные шпинделем 6 и суппортом 1, помещены на карусели, состоящей из стола 5 и гильзы 4. При непрерывном вращении карусели суппорта получают рабочие и вспомогательные перемещения от неподвижного барабанного кулачка 2, находящегося на колонне 3. Полная обработка детали производится за время одного оборота карусели.

Рис. 13.3.Схема токарной обработки, выполняемой на станке роторного типа

Может быть компоновка оборудования для выполнения высокопроизводительной параллельно-последовательной обработки.

Роторные автоматические линии строят из рабочих 1 и транспортных роторов 2. На каждом роторе в p = 4 потоках выполняется одна операция (рис. 13.6.).

Рис. 13.7. Автоматическая линия из многопозиционных автоматов действия

14. Особенности инструмента и приспособлений, применяемых в автоматизированном производстве. Безподналадочная замена инструмента

Для станков с ЧПУ:

Под инструментальной оснасткой для станков с ЧПУ понимают комплекс из режущего и вспомогательного инструментов и приборов настройки вне станка.

Поскольку на станках с ЧПУ обрабатывается широкая номенклатура сложных и часто дорогих деталей без применения специальных приспособлений режущий инструмент для этих станков должен обладать:

- высокой режущей способностью и надежностью, достигаемыми использованием для изготовления инструмента более совершенных материалов;

- повышенной точностью, достигаемой за счет изготовления по специальным техническим условиям (до двух раз более жесткими, чем по действующим стандартам);

- универсальностью, позволяющей обрабатывать сложные детали за один автоматический цикл. Это достигается применением многоцелевого, комбинированного и регулируемого инструмента.

Вспомогательный инструмент для станков с ЧПУ должен обеспечивать возможность быстрой и точной замены режущего инструмента, его настройку на размер вне станка, регулирование положения режущей кромки, возможность закрепления режущего инструмента в стандартном и специальном исполнении. Эти требования удовлетворяются за счет создания специального вспомогательного инструмента с точными базовыми и присоединительными поверхностями, повышенной жесткости и с элементами регулирования и закрепления, а также применением нормализованного вспомогательного инструмента, но изготовленного по специальным техническим условиям (переходные и регулируемые втулки, сверлильные патроны) и др.

Для максимального сокращения простоев станков с ЧПУ режущий и вспомогательный инструмент предварительно настраивают на размер вне станка.

Широкая номенклатура инструмента, применяемого на каждом станке, и высокая точность предварительной настройки требуют во многих случаях применения точных универсальных оптических приборов.

Инструментальная оснастка для станков с ЧПУ имеет свою специфику по конструктивному оформлению, качеству и точности изготовления. Она выпускается с жесткими требованиями по условиям взаимозаменяемости: должна быть более жесткой, массивной и виброустойчивой, чем в обычных условиях.

На станках токарной группы с ПУ применяют резцы с многогранными неперетачиваемыми твердосплавными пластинами с механическим креплением, используются пластинки трехгранной формы, ромбические, выпускаются со шлифованными боковыми сторонами с допуском ±0,01 мм. Применяют пластинки с покрытиями, например, карбида титана (толщиной ≈ 6 мм), что повышает их стойкость в 2-3 раза. Или, например, покрытие из окиси алюминия. Перспективны инструменты на основе нитрида бора.

На станках с ПУ применяют также резцы с напаянными пластинками из твердого сплава – отрезные, канавочные и расточные.

Для растачивания отверстий в корпусных деталях используются расточные резцы – вставки с микрорегулировкой. Эти инструменты обеспечивают наладку размер с точностью 0,01...0,02 мм на диаметр.

Для многооперационных станков (ОЦ) точность основного и вспомогательного инструмента имеет первостепенное значение, так как точность позиционирования на этих станках достигает 0,01 мм. Инструменты, скалки и державки для инструментов имеют шлифовальный конический хвостовик, вставляемый в шпиндель станка.

Рис. 14.3.

Канавка 2 служит для крепления конуса в шпиндель, а шейка 1 для захвата инструмента механической рукой при перемещении его из магазина в шпиндель станка и обратно.

Концевые фрезы также имеют более высокую жесткость и точность исполнения.

Приспособления для установки и закрепления обрабатываемых заготовок на станках с ПУ носят универсальный характер. Они просты по конструкции, имеют ручные зажимные устройства (прихваты, кулачки патронов или планшайб), но отличаются точным исполнением. Для станков токарной группы заготовки устанавливают на центре, в самоцентрирующие патроны, на планшайбы. При обслуживании станков роботами необходимы механические зажимные устройства, приводимые в действие от управляющей программы.

При обработке заготовок на расточных, фрезерных и сверлильных станках заготовку можно устанавливать своей чисто обработанной базой непосредственно на стол станка с ориентацией по Т-образному ходу. Нередко ориентирование осуществляют на паз и центральное отверстие или боковой упор. Для этой цели в Т-образный паз стола устанавливают линейку и закрепляют. В ряде случаев вместо линейки на столе закрепляют угольник, по которому устанавливают обрабатываемые заготовки. Широко применяются УСП.

Для агрегатных станков:

Также повышенные требования к точности и быстродействию, особенно к надежности, т.к. при большом числе одновременно работающих инструментов суммарные силы и моменты резания получаются весьма значительными. Это обуславливает увеличение сил зажима заготовки во избежания ее сдвига в процессе обработки и повышения жесткости приспособления и технологической системы в целом для уменьшения деформаций заготовки от действия сил резания и зажима. Повышение требований к точности изготовления приспособлений вызывается тем, что на последних позициях обработки выполняются точные технологические переходы (6, 7 квалитеты), а требования быстродействия – тем, что время на установку и закрепление заготовки занимает большую долю в штучном времени обработки на рабочих позициях станка.

В конструкциях многопозиционных станков нередко встречаются устройства для автоматического закрепления и открепления заготовок. После установки заготовки в приспособление на загрузочной позиции стол поворачивается на следующую позицию, и в процессе поворота гидравлическое устройство зажимает заготовку.

Таким же образом происходит открепление заготовки в конце обработки. Применение гидравлических и пневматических зажимных устройств сокращает время на закрепление и открепление заготовки, обеспечивает стабилизацию зажимной силы (это важно для повышения точности обработки) и возможность автоматизации работы приспособления. Гидравлические и пневматические зажимы малогабаритны, а это в условиях многоинструментной обработки весьма существенно для их размещения в стесненной рабочей зоне станков.

Применяемые на агрегатных станках приспособления для закрепления режущих инструментов также имеют свою специфику. Прежде всего, они обеспечивают быструю установку и снятие их со станка; это необходимо для сокращения времени на смену затупившихся инструментов. При большом количестве инструментов это время должно быть очень малым. Необходимо, чтобы конструкция этих приспособлений была удобной для быстрой установки (наладки) режущего инструмента на размер вне станка. Так, например, после перетачки сверла укорачиваются, поэтому в державках сверл предусматривается быстрая регулировка их положения по длине в целях обеспечения заданной глубины сверления отверстий.

Важное значение имеют приспособления, расширяющие технологические возможности агрегатных станков. Ранее считалось, что обработка на этих станках основана на простой кинематике рабочих движений. На станках сверлильно-расчетной группы обработку ведут только осевой подачей режущего инструмента. На станках фрезерной группы обработка основана на использовании только одного движения подачи. В связи с этим на агрегатном станке нельзя рассчитать коническое отверстие, прорезать в отверстии кольцевые канавки. На фрезерных станках нельзя обработать шпоночный паз с закрытыми концами для призматической шпонки, обработать плоскость продольной и поперечной подачей, а также выполнить другие переходы обработки комбинированной подачей режущего инструмента.

Расширение технологических возможностей агрегатных станков обеспечивается применением ряда специальных приспособлений, устанавливаемых на рабочие шпиндели или силовые головки. К их числу можно отнести приспособления–насадки для нарезания резьб в сквозных и глухих отверстиях (эти приспособления имеют реверсивные устройства для вывертывания метчика и предохранительные муфты для устранения его поломки), для растачивания конических отверстий (расточной резец кроме осевой подачи имеет от копира радиальную подачу), для протачивания в отверстиях кольцевых канавок и торцов. При фрезеровании применяют устройства, сообщающие дополнительные перемещения фрезерной головке при выполнении отдельных технологических переходов. Эти перемещения осуществляются по прямой или по дуге окружности специальным гидроцилиндром. Основная и дополнительная подача инструмента производится последовательно или одновременно в зависимости от условий обработки.

Режущий инструмент для агрегатных станков имеет свою специфику. Высокая степень концентрации технологических переходов обуславливает применение инструмента многолезвийного типа. Этим инструментом обрабатываются ступенчатые отверстия, фаски на них, а также торцовые поверхности небольшой ширины. При этом обеспечивается высокая производительность обработки. Многие инструменты выполняют сборного и комбинированного типов.

Инструментальная оснастка автоматических линий

Требования в основном те же, что и для агрегатных станков. На автоматических линиях рекомендуется применять стандартные режущие инструменты. Для гарантированного получения деталей заданного качества инструменты должны иметь повышенную точность для диаметральных размеров и незначительное биение режущих лезвий.

Комбинированные инструменты целесообразно применять для достижения точного взаимного положения обработанных поверхностей или значительного упрощения и удешевления линии.

Часто используются наборы фрез или резцов (расточных, фасочных) на общей оправке, что позволяет на одной позиции обработать несколько поверхностей.

На каждой автоматической линии обычно установлено большое количество режущих инструментов. Выход из строя любого из них сопровождается остановкой соответствующего станка или всей линии. Наработка на отказ инструмента значительно ниже наработки на отказ других элементов линии. Все эти обстоятельства приводят к тому, что из-за отказов режущих инструментов автоматические линии часто останавливаются. Хотя отказы быстро устраняются, суммарные простои очень велики. Из-за смены и подналадки инструментов простои автоматических линий составляют до 15 % общего фонда времени работы или около половины всего времени простоев. Поэтому повышению стойкости режущих инструментов и улучшению их эксплуатации уделяется большое внимание.

Снижению простоев линии способствует следующие мероприятия: применение быстросменных инструментальных наладок, принудительная смена инструментов, настройка их на размер вне станков, обеспечение простоты и удобства наладки на станке и вне станка, использование устройств, контролирующих целостность инструментов.

Как известно, своевременная смена инструментов – необходимое условие эффективной работы металлорежущего оборудования. Чрезмерное затупление инструментов ведет на черновых операциях к их выкрашиванию и поломкам, а на чистовых – к браку. Менять их при слишком малом износе не следует, т.к. это повысит их расход и приведет к частным остановкам линии. Поэтому производится принудительная смена инструментов, т.е. смена после обработки определенного количества деталей.

При принудительной смене все инструменты, установленные на линии, разделяют на группы так, чтобы в одной оказались инструменты, которыми между переточками можно обработать приблизительно одинаковое число деталей «n». Величина «n» вычисляется по формуле

,

где: Т - стойкость данного инструмента в минутах фактического резания;

λ – отношение времени фактического резания к машинному;

t_m – машинное время, т.е. время перемещения инструмента со скоростью рабочей подачи.

В комплекс автоматической линии входит инструментальный стенд, помогающий организовать принудительную смену инструментов. Заточенные и настроенные инструменты вместе с переходными державками хранятся в гнездах. На табличках, находящихся рядом с гнездами, помечены индексы и наладочные размеры инструментов. Размещаются инструменты группами, в зависимости от числа обрабатываемых деталей. К каждой группе относится отдельный счетчик циклов. Счетчик подает звуковой или световой сигнал о необходимости смены.