Агрегатные станки

4.2 Автоматизация  технологических процессов в  машиностроении

Структура автоматизированной производственной системы механической обработки

Повышение эффективности  производства и качества продукции  в значительной степени определяется созданием машин, позволяющих осуществить  комплексную автоматизацию технологических  процессов в машиностроении. Комплексная  автоматизация предполагает применение самоуправляемых (автоматических) машин  для основных и вспомогательных  операций, а также использование  средств вычислительной техники  для планирования, организации и управления производственными процессами. Комплексно-автоматизированные производства характеризуются применением систем машин.

Структурно автоматизированную производственную систему механической обработки можно представить  как совокупность компонентов (подсистем).

Подсистема формообразования состоит из металлообрабатывающего оборудования, выбор которого определяется его технологическими возможностями, уровнем концентрации и совмещения операций, а также степенью автоматизации  основных и вспомогательных переходов  при выполнении цикла обработки.

В подсистему транспортирования  входят оборудование для складирования, внутрицехового и межстаночного транспортирования деталей и заготовок, а также вспомогательные устройства (манипуляторы) для загрузки и разгрузки станков. Подсистема потока инструмента обеспечивает комплектацию, доставку и смену инструмента на станках. Вспомогательная подсистема состоит из механизмов и устройств, которые обеспечивают подготовку программ управления и наладку станка, настройку и регулировку механизмов, смазку, транспортирование стружки, отходов производства и др.

Подсистема переработки  информации обеспечивает взаимосвязь  между основным и вспомогательным  оборудованием, транспортно-загрузочными устройствами и складом; управление подсистемами комплекса; контроль работы, диагностику отказов и простоев; выдачу информации диспетчеру о ходе выполнения процесса, местонахождении  партии заготовок и деталей, о  наличии и состоянии инструмента; выбор последовательности обработки  партии деталей на станках в зависимости  от наличия заготовок, инструмента, управляющих программ и т.п.; учет заготовок и деталей, оценку степени  заполнения склада, выполнение операций или качу информации, связанной с  оптимальным планированием дорганизацией производства.

Автоматизированная система  станков может быть представлена в виде обрабатывающего модуля, технологической  ячейки, автоматической линии или  автоматизированного участка. 

Технологический (обрабатывающий) модуль - автоматизированная технологическая  единица многоцелевого назначения, предназначенпая для выполнения нескольких операций обработки определенных типов деталей, в состав которой входит автоматизированный многоинструментный станок и автоматический манипулятор, объединенные общей системой управления.

Автоматизированный станок - самоуправляемая рабочая машина, которая при выполнении технологического процесса производит все рабочие  и вспомогательные движения данного  цикла обработки.

Автоматический манипулятор - устройство в виде механической руки, оснащенное захватными механизмами  и способное выполнять вспомогательные, транспортные и некоторые основные (например сборочные, сварочные и т. п.) производственные операции без участия человека. Простейшим манипулятором является автооператор, выполняющий простые операции с жестко заданной последовательностью.

Автоматизированная технологическая  ячейка - производственный комплекс из группы станков (или другого основного  технологического оборудования) одного или различного назначения, но с  одинаковыми приемами обслуживания, автоматического манипулятора, транспортных и накопительных устройств; объединенный общей системой управления и обеспечивающий полную или частичную обработку  определенного типа деталей.

Автоматическая линия - комплекс автоматизированных рабочих машин, расположенных в технологической  последовательности, связанных средствами транспортирования и вспомогательным  оборудованием, имеющий чаще линейную компоновку (иногда с ответвлениями), объединенный общей системой управления и обеспечивающий полный цикл обработки  деталей или группы однотипных деталей.

Автоматизированный участок - производственная система из нескольких автоматизированных станков, обрабатывающих модулей или автоматизированных технологических ячеек, которые  объединены с помощью транспортной системы, манипуляторов и других вспомогательных устройств, а также  единой системой группового управления, обеспечивающая комплексную обработку  однотипных деталей с разной последовательностью  операций.

Основным методом автоматизации  машиностроительного производства является оснащение технологического оборудования системами программного управления, которые позволяют обеспечить требуемую универсальность и  быструю переналаживаемость. Системы программного управления технологическим оборудованием могут быть цикловыми (ЦПУ), числовыми (ЧПУ), непосредственными с прямым управлением от электронных вычислительных машин (ЧПУ-ЭВМ).

В системах ЦПУ программируются  рабочие циклы машины, режимы технологического процесса и вспомогательные функции (автоматическая смазка, транспортирование  отходов и т.п.). При этом цикл работы станка или другой машины представляет совокупность движений основных и вспомогательных  рабочих органов, необходимых для  обепечения заданных функций. Размерная информация о координатах или величинах перемещений обычно задается аналоговыми средствами с помощью кулачков, упоров, воздействующих на путевые переключатели, или копировальных систем.

Системы ЧПУ обеспечивают автоматическое программное управление движениями рабочих органов, их скоростью  при формообразовании детали, установочными  перемещениями, а также последовательностью  цикла, режимами обработки и вспомогательными функциями, основываясь на цифровых, буквенных и других символах, которые  однозначно определяют информацию управляющего алгоритма. Характерным для систем ЧПУ является дискретность задания  управляющей программы.

Системы ЧПУ - ЭВМ включают центральную ЭВМ, выполняющую обработку  и распределение данных управляющих  программ на несколько станков или  других машин с ЧПУ. Таким образом, эти системы связаны с централизованным групповым программным управлением  производственным оборудованием. Их особенностью является многоранговый (иерархический) принцип выполнения вычислительно-логических операций. Низший ранг формирует в реальном масштабе времени сигналы управления приводами. Следующий ранг представляет собой управляющую малую ЭВМ, которая может в режиме разделения времени генерировать разные команды управления несколькими устройствами более низкого ранга. Возможны и более высокие ранги управления с использованием многомашинного принципа работы нескольких ЭВМ, осуществляющих одновременное выполнение большой технологической задачи.

В общем случае задача расчета  и выбора оптимальных структур, состава  оборудования, устройств ЧПУ, вычислительных средств (ЭВМ) и каналов связи  систем группового управления заключается  в определении совокупности множеств частных показателей качества, алгоритмов и параметров, которые удовлетворяют  условию наибольшей общей эффективности  всего производственного комплекса.

4.3 Автоматические  линии с управлением от ЭВМ

Система управления автоматическими  линиями (АЛ) выполняет следующие основные функции:

1. Управление циклом отдельных  агрегатов (силовых узлов, транспортеров,  накопителей и т. д.) для обеспечения  заданных смещений, скоростей и  т. д. Система управления АЛ обеспечивает подачу напряжения к оборудованию, перевод схемы в различные режимы работы, пуск электродвигателей, пуск линии, останов линий аварийный и в исходном положении. Например, силу закрепления заготовки в приспособлении-спутнике контролируют с помощью реле максимального тока. Силу, развиваемую силовыми узлами, контролирует реле давления (при гидравлическом приводе) или реле максимального тока (при электромеханическом приводе). Наличие заготовки на транспортных и рабочих позициях контролируют с помощью конечных выключателей, фотоэлементов и другими аналогичными методами. В многономенклатурных АЛ с автоматической переналадкой помимо контроля личия детали на позиции необходим также контроль типа детали по какому-либо отличительному признаку. При выполнении операций мойки, зачистки торца и др. определяющим признаком является длительность выполнения операции, которую контролирует реле времени. Система управления должна функционировать практически безотказно, так как даже небольшое число отказов наносит значительный ущерб производству.

2. Управление рабочим  циклом линий и участков. Заданная  последовательность работы обеспечивается  своевременной подачей однозначных  команд на выполнение очередного  движения. Каждую команду формируют  из определенных признаков. Например, сумма признаков, необходимых  для транспортирования полуфабрикатов  на АЛ: все силовые узлы находятся в исходном положении, приспособления-спутники расфиксированы и отжаты, место для выдачи спутника свободно. Однако такое состояние создается до и после обработки детали, поэтому необходима дополнительная информация, например, все силовые узлы побывали в переднем положении (провели обработку).

3. Взаимная блокировка  независимо работающих агрегатов  линии (и отдельных линий) для  обеспечения заданного характера  их взаимодействия.

4. Возможность автоматизации  обнаружения места и характера  возникающих отказов для максимального  сокращения времени на их поиск.

5. Возможность получения  информации для управления эксплуатацией  оборудования. Организация труда  на АЛ выдвигает требования к управлению, направленные на анализ и диагностирование работы оборудования. Необходимы данные о производительности оборудования в любой момент времени, в том числе сравнение фактической производительности с заданной, учет и анализ простоев, сведения о работе инструмента и подготовка информации для его своевременной замены, сравнение фактического времени работы отдельных механизмов с заданным, выявление резервов производительности, планирование ремонта и обслуживания и т. д.

Системы управления АЛ делят  на централизованные (с выделением и без выделения автономного  управления отдельными агрегатами) и  децентрализованные. агрегатный станок модульная конструкция

Централизованная система  без выделения автономного управления отдельными агрегатами, применяемая  в небольших АЛ из агрегатных узлов  с жесткими транспортными связями, имеет относительно простую конструкцию  за счет однотипных блокировок. Однако коэффициент использования таких линий невелик, так как при ликвидации отказов и техническом обслуживании любого из агрегатов останавливается вся линия.

При автономном управлении в АЛ с жесткой связью встраивается оборудование типа специальных и специализированных станков. Система управления предусматривает возможность вмешательства наладчика в работу агрегатов для устранения отказов, смены инструментов и т. д. без остановки всей линии. При этом усложняется электросхема за счет введения дополнительных органов управления, сигнальной аппаратуры, блокировочных устройств.

При децентрализованном управлении АЛ с гибкими транспортными связями обеспечивается автономное управление: возможность зависимой работы отдельных агрегатов линии с учетом действительных запасов полуфабрикатов в накопителях, установленных перед агрегатом и после него. При этом значительно усложняются электросхема АЛ за счет введения дополнительных комплектов аппаратов. В практике создания АЛ находят применение Смешанные системы, несущие в себе черты централизованной и децентрализованной.

При централизованной системе  управления АЛ наличие определенной совокупности признаков формирует команду на выполнение очередного движения с помощью дополнительного устройства, которое выдает команды в заданной последовательности, Контролирует их выполнение и отменяет предыдущие команды перед выдачей последующих, осуществляя обратную связь исполнительных механизмов с системой управления. Устройство централизованного управления выполнено в виде командоаппарата с различными типами привода: механическим, гидравлическим и др. При децентрализованном управлении наличие определенной совокупности признаков формирует команду на выполнение очередного движения. Для предотвращения несвоевременных команд необходимо использование памяти о предыдущем состоянии некоторых узлов с обеспечением ее своевременной отмены во избежание повторных команд.

АЛ работает в двух режимах: автоматическом и наладочном. В автоматическом режиме все механизмы АЛ работают в последовательности, заданной циклограммой без вмешательства наладчика. Частным случаем автоматического режима является полуавтоматический, когда переход на следующий цикл подтверждался кнопочной командой. Кроме того, могут потребоваться специфические для некоторой АЛ режимы, например, с накоплением деталей, совместной или раздельной работой нескольких Участков, с частичным выводом из работы некоторых станков и т.д. В наладочном режиме все механизмы АЛ работают независимо с соблюдением необходимых блокировок. Управление движением осуществляется от кнопок управления. Наиболее совершенными являются АЛ с системой управления, построенной на использовании средств вычислительной техники: программируемых командоаппаратов и ЭВМ.