Автоматическая Станочная Линия Механической Обработки

Станки для автоматической линии

Автоматические линии — массовая автоматическая обработка станками

Что такое автоматические линии

Назначение автоматических линий (АЛ), как и любого другого оборудования, сводится к повышению производительности и увеличению прибыли. В данном случае эффективность достигается за счет многоинструментной и многопозиционной обработки деталей, сокращения доли живого труда, т. е. концентрации производства, полной автоматизации вспомогательных процессов и резкого уменьшения количества обслуживающего персонала.

Автоматические линии — это ряд автоматически управляемых станков, транспортных и контрольных механизмов, работающих по заданному технологическому процессу и представляющих собой единую систему, предназначенную для массовой обработки устойчивых по конструкции изделий АЛ используются преимущественно в массовом производстве разных отраслей промышленности, а в машиностроении они выполняют широкую номенклатуру операций: сверлильно-расточные, резьбонарезные, фрезерные, шлифовальные, токарные, зуборезные, кузнечно-прессовые, литейные, сварочные, термические, окрасочные, гальванические и др.

Впервые металлорежущие станки были соединены передающим устройством на английской фирме «Моррис моторз» в 19231924 гг. при изготовлении блоков цилиндров для автомобильных двигателей. Линия выполняла 53 операции и обрабатывала 15 блоков в час Линия обслуживалась 21 оператором, но управлялась она с помощью рычагов и поэтому была ненадежной в эксплуатации В 1928 г. фирма «А. О. Смит энд К°» построила завод в Милуоки (США), на котором было полностью автоматизировано производство автомобильных рам Изготовление рам начиналось с получения стальной полосы, которая сначала проходила через контрольную позицию, где проверялась и выправлялась. Затем по мере продвижения по автоматической станочной линии полоса резалась, гнулась, пробивалась и прессовалась, приобретая различные формы, необходимые для различных частей шасси. Так же автоматически все части собирались и клепались, затем собранные рамы обрабатывались металлическими щетками и протирались для последующей окраски. На линии, обслуживаемой 120 рабочими, главным образом наладчиками и ремонтниками, ежедневно производилось около 10 тысяч рам Таким образом, на каждую раму затрачивалось 16 человеко-минут.

В 1929 г. фирма «Грехем Пейдж Моторс» (США) создала автоматическую систему на базе агрегатных станков для обработки блока цилиндров машины. Автоматическая линия, созданная фирмой «Джон Бертрам» (Канада) на основе агрегатных станков, имела главный пульт централизованного дистанционного управления При этом у каждого станка (блока) была своя панель управления. Таким образом, впервые была создана единая сблокированная автоматическая система машин.

В Советском Союзе станочная линия впервые была создана в 1939-1940 гг. на Сталинградском тракторном заводе. Она состояла из 5 станков, соединенных конвейерами, и предназначалась для обработки роликовых втулок для гусеничных тракторов Первая поточная автоматическая линия была построена на базе модернизированных станков ручного управления.

Во время Второй мировой войны и в послевоенные годы автоматические станочные линии агрегатных станков получили большое распространение на советских машиностроительных заводах В 1946 г. ЭНИМС и завод «Станкоконструкция» создали автоматическую линию станков для обработки блоков двигателей тракторов.

В этом же году была создана линия для обработки головки двигателя трактора ХТЗ. В 1947 г. созданы четыре автоматические линии для обработки блоков двигателей грузовых автомобилей ЗИЛ-150. Одна из четырех линий состояла из 8 станков типа А291, А306 и имела 8 рабочих позиций, 224 шпинделя, а также 20 электродвигателей. Управление автоматической линией производилось с центрального пульта, снабженного световой сигнализацией Протяженность линии 17,2 м С этого времени началось быстрое внедрение автоматических линий в СССР.

В конце 1955 г. на Первом государственном подшипниковом заводе (ГПЗ-1) был создан и в 1956 г. вошел в строй цех, оборудованный двумя автоматическими линиями по производству шариковых и роликовых подшипников. На линии полностью автоматизированы все операции механической и термической обработки колец, контроля, сборки, антикоррозийной обработки, упаковки изделий и удаления стружки (рис. 1). Благодаря внедрению автоматических линий производственный цикл изготовления подшипников сократился в 4-5 раз, а выработка на одного рабочего повысилась в 2 раза.

Рис. 1. Цех-автомат на ГПЗ-1

1. Классификация автоматических линий

Учитывая широкое применение АЛ в промышленности, их классифицируют по разным свойствам: по типу оборудования, расположению оборудования, типу связи между станками, способу транспортирования обрабатываемых деталей АЛ делят на жесткие (синхронные) и гибкие (асинхронные), сквозные и несквозные, ветвящиеся и неветвящиеся.

По типу оборудования различают автоматические линии, скомпонованные из специально построенных для данной АЛ, универсальных или специализированных станков Два последних типа перед встраиванием в линию должны быть модернизированы и автоматизированы.

По расположению оборудования АЛ делятся:

• на линейные, кольцевые, прямоугольные, зигзагообразные, z-образные;
• на однопоточные и многопоточные;
• с зависимыми и независимыми потоками;
• с поперечным, продольным и угловым расположением основного технологического оборудования.

Большинство компоновок имеет незамкнутую структуру, обеспечивающую более удобный доступ для обслуживания и ремонта.

По типу связей между станками АЛ делятся:

• на жесткие (синхронные). Такая межоперационная связь характеризуется отсутствием межоперационных заделов. Заготовки загружаются, обрабатываются, разгружаются и передвигаются от станка к станку одновременно или через кратные промежутки времени, в случае остановки любого устройства вся линия останавливается;
• нежесткие (асинхронные) . Межоперационные связи обеспечиваются наличием межоперационных заделов, размещаемых в накопителях или транспортной системе. Это дает возможность при выходе из строя любого станка работу остальных станков до истощения межоперационных заделов не останавливать

Читайте также: Ограничитель глубины сверления сверлильного станка

По способу транспортирования обрабатываемых деталей АЛ бывают:

• со сквозным транспортированием через рабочую зону станков — применяется в основном при обработке корпусных деталей на агрегатных станках;
• с верхним транспортированием заготовок — применяется при обработке зубчатых колес, фланцев, валов и других деталей;
• с боковым (фронтальным) транспортированием — примеряется при обработке коленчатых и распределительных валов, гильз, крупных колец;
• с роторным транспортированием — применяется на роторных АЛ, где обработка и транспортирование полностью или частично совмещены

АЛ можно разделить по способу перемещения обрабатываемых деталей с позиции на позицию:

• на спутниковые (для обработки сложных по форме деталей, которые трудно или невозможно транспортировать и закреплять в автоматическом режиме с помощью механических устройств);
• бесспутниковые (для обработки деталей, имеющих развитые базовые поверхности, гарантирующие их надежную и точную установку на транспортере и в зажимном приспособлении).

Конструкция станков, входящих в состав линий (как специально построенных для данной АЛ, так и универсальных или специализированных), при встраивании в АЛ не претерпевает существенных изменений. Доработке подвергается только система управления (работу каждого отдельного станка надо согласовать с работой всей линии), а станок снабжается устройством автоматической загрузки заготовки с транспортера. Оборудование АЛ, помимо станков, включает транспортные системы и системы управления.

2. Транспортные системы и механизмы АЛ

Конструкции транспортных систем и механизмов АЛ зависят по большей части от параметров обрабатываемых деталей.

Транспортные системы АЛ являются одной из их основных характеристик. Они делятся:

• по целевому назначению (на системы для межоперационного и межстаночного перемещения и для удаления стружки);
• по способу перемещения деталей (циклического и непрерывного действия);
• по методу перемещения деталей (под действием силы тяжести, принудительно и смешанным способом)

Основными видами транспорта АЛ являются:

• элементарные транспортеры;
• распределительные транспортеры (разделяющие поток заготовок на две или более части и соединяющие разделенные потоки);
• поворотные устройства (поворачивающие заготовку вокруг вертикальной или горизонтальной оси);
• подъемники (поднимающие заготовки вверх при расположении транспортера над станками);
• манипуляторы (передают заготовки с транспортера в зону обработки станка);
• транспортеры для уборки стружки и пр.

Для перемещения заготовок с одной рабочей позиции на другую применяют разные виды транспортеров: толкающие, цепные, подвесные, ленточные, роликовые, винтовые, инерционные, лотки, трубы и т. п.

Одна из модификаций шагового штангового транспортера с собачками показана на рис. 2, а. Для перемещения деталей, имеющих развитую опорную поверхность, эти транспортеры совершают возвратно-поступательное движение вдоль линии. Все детали 1, находящиеся на транспортере, за один цикл синхронно перемещаются на величину хода штанги 3 от пневмоцилиндра 4. При движении штанги 3 в обратном направлении собачки 2 проскальзывают под деталями.

Рис. 2. Простейшие транспортные системы автоматических линий: 1 — деталь; 2 — перемещающий элемент транспортера; 3 — штанга; 4 — привод.

Цепные транспортеры (рис. 2, б) применяют на многих линиях, где надо непрерывно двигать заготовки в процессе обработки. Движение деталей 1 на таком транспортере не является синхронным. В конце транспортера детали обычно накапливаются в небольшом заделе. В качестве шаговых цепные транспортеры почти не применяют. Это объясняется тем, что обеспечить точное перемещение заготовок для их фиксации при базировании и зажиме на рабочих позициях цепной транспортер не может.

Транспортные системы бывают с жесткой, гибкой и смешанной связью.

Жесткая межоперационная связь характеризуется отсутствием или очень малой величиной межоперационных заделов. В АЛ с жесткой связью заготовки загружаются, обрабатываются, разгружаются и передвигаются от станка к станку синхронно через кратные промежутки времени и в случае остановки любого агрегата или устройства вся линия останавливается.

В АЛ из агрегатных станков для обработки корпусных деталей большей частью применяют транспортные системы с жесткой связью оборудования, к которым относятся шаговые конвейеры с убирающимися собачками или поворачивающимися флажками. В целях сокращения простоев в АЛ с жесткой связью применяют конвейеры с управляющимися собачками, которые позволяют производить небольшое межоперационное накопление деталей между станками.

Гибкая межоперационная связь обеспечивается наличием межоперационных заделов, размещаемых в накопителях или транспортной системе, что создает возможность при выходе из строя любого станка работу остальных агрегатов до истощения межоперационных заделов не прекращать. Показанные на рис. 2 штанговый и цепной конвейеры относятся к системам с жесткой и гибкой связью соответственно.

В АЛ с гибкой связью для обработки главным образом деталей типа тел вращения (кольца, фланцы, валики) чаще всего применяются транспортные системы в виде цепных, роликовых, винтовых и вибрационных конвейеров, подъемников, лотков. При гибкой связи координация перемещений деталей в линии отсутствует.

Для уменьшения потерь рабочего времени, связанного с наладкой отдельных станков АЛ, в линию встраивают накопительные устройства. Для этого сплошной поток разделяют на отдельные участки, каждый из которых при остановке других может работать самостоятельно В синхронных АЛ транспортная система практически не может быть использована в качестве накопителя заготовок Детали, находящиеся на холостых позициях линии, не могут расходоваться в период простоя отдельных станков В несинхронных АЛ накопители находятся между отдельными станками или участками В системах линий накопители находятся также между отдельными линиями.

Читайте также: Станок для резьбы по дереву 3d из китая

Для обеспечения работы АЛ по обработке корпусных деталей наиболее простые накопители заделов выполняются в виде площадок-складов, расположенных на стыке участков линии. Такие накопители обслуживаются рабочими вручную.

Автоматизированные накопители заделов корпусных деталей бывают двух типов: проходные (транзитные) и тупиковые.

Проходные накопители характеризуются тем, что в них детали транспортируются и при нормальной работе, а не только при простое одной из смежных секций. Обычно в качестве проходного накопителя корпусных деталей используется транспортер для передачи заготовок из секции в секцию (рис. 3). Транспортер выполнен в виде бесконечной цепи со свободно вращающимися роликами 3. При достижении деталью 2 неподвижного упора 1 или ранее поданной детали ролики прокатываются по нижней поверхности детали 2 (см. ролик в разрезе).

Рис. 3. Схема проходного накопителя заделов для корпусных деталей

Тупиковый накопитель (рис. 4) работает только при простое одной из смежных с ним секций. Секция 6 передает детали на позицию 8, соединенную с поперечным транспортером 5, а также с транспортером 7, предназначенным для передачи деталей в тупиковый накопитель заделов и из него Наличие деталей на позициях 2 и 8 контролируется конечными выключателями. Транспортер секции 6 выдает деталь на позицию 8 лишь при условии что на этой позиции нет детали.

Рис. 4. Схема тупикового накопителя корпусных деталей

Транспортер секции 5 совершает ход вперед только в том случае, если на позиции 8 есть заготовка (ее он забирает), а на позиции 2 она отсутствует. Транспортер секции 1 совершает ход вперед, забирая деталь с позиции 2, лишь если на этой позиции есть деталь.

Эти условия соблюдаются при нормальной совместной работе секций. При простое секции 6 позиции 8 и 2 свободны (и транспортеры 5 и секции 1 не работают), и если на первом транспортере 3 накопителя есть деталь, то этот транспортер выдает деталь, транспортер 7 подает ее в позицию 8 и этим включаются транспортеры 5 и секции 1. Если начнет работать секция транспортера 7, то выдача деталей из накопителя прекращается. Если секция 6 не работает, то израсходуется весь запас и остановятся все транспортеры секций 6 и 1 и накопителя.

Если при нормальной работе с позиции 2 деталь не забирается секцией 1 и в накопителе есть свободная емкость, то с позиции 8 деталь забирается транспортером 7 и штанга накопителя начинает работать на накопление до тех пор, пока не начнет работать секция 1 или не окажется израсходованной емкость накопителя.

Уменьшение потерь не единственный критерий для деления линии на секции. Накопитель заделов вводится между двумя смежными станками, только если это не связано с крупными затратами Иногда накопители совсем не применяются из-за больших затрат на их устройство.

В качестве накопителей мелких деталей используются бункера.

Емкость накопителей заделов зависит от средней длительности простоя секции. Бункер для накопления мелких заготовок должен вмещать не меньше десятикратного числа заготовок, нужных для ликвидации простоя средней длительности На линиях для крупных деталей в накопителе собирают столько деталей, чтобы их хватило на время работы линии, превышающее простой в 1,5-6 раза. К чрезмерному увеличению размеров накопителей надо относиться осторожно и помнить, что незавершенное производство, создаваемое накопителями, отрицательно влияет на экономические показатели работы АЛ.

На многих автоматических линиях выполняется обработка деталей с двух сторон. Для изменения стороны обработки деталь надо повернуть. Механизмы изменения ориентации обрабатываемых деталей зависят от вида связи между станками: жесткая она или гибкая. При жесткой связи используются кантователи — поворотные столы, выполняющие эту операцию в строго определенном порядке. Во втором случае чаще используются разные загрузочные устройства или их элементы, использующие профиль детали и силы тяжести, разные упоры и ограничители.

Гидравлические механизмы поворота выполняют на основе гидроцилиндра в совокупности с зубчатой передачей и обгонной муфтой, в сочетании с мальтийским крестом или рычажно-храповым механизмом, а также на основе гидродвигателя или однополостного гидромотора. Аналогичные схемы имеют пневматические и пневмогидравлические механизмы поворота В электрических механизмах применяют асинхронные или шаговые электродвигатели Из механических механизмов поворота наиболее часто применяют рычажные, мальтийские, кулачковые и зубчатые.

После перемещения заготовки по транспортеру к станку в дело вступает загрузочное устройство. По месту расположения загрузочные устройства делятся:

• на непосредственно встроенные в автоматы и являющиеся их неотъемлемыми узлами и работающие от общего привода;
• расположенные около станков и между участками линии и имеющие самостоятельный привод

По характеру подачи деталей загрузочные агрегаты делят на непрерывные и циклические. Они приводятся в действие от механического, гидравлического или пневматического привода.

В зависимости от принятого метода накопления деталей устройства делят:

• на бункерные (мелкие детали в них располагаются навалом);
• магазинные (детали в емкости располагаются ориентированно в один ряд);
• штабельные (детали в емкости располагаются ориентированно в несколько рядов или слоев)

По конструктивному исполнению загрузочные устройства делят на цепные, фрикционные, трубчатые, дисковые и лотковые. Детали могут перемещаться под действием подающего диска, толкателя, цепи, вибрационного механизма, вращающихся щеток и других механизмов, а также под действием силы тяжести.

Читайте также: Станок для прялки шерсти

Среди загрузочных приспособлений как наиболее совершенные надо выделить манипуляторы и промышленных роботов.

Зажимные приспособления АЛ, как уже говорилось, есть двух видов: стационарные и приспособления-спутники.

Стационарные приспособления являются частью станка АЛ. В них подают, устанавливают, закрепляют и обрабатывают заготовки с надлежащим направлением режущего инструмента. После обработки заготовку открепляют, удаляют из приспособления и передают на транспортирующее устройство для перемещения на следующий станок Стационарные зажимные приспособления обычно одноместные однопозиционные, реже многопозиционные (поворотные) и многоместные. Эти приспособления автоматических линий имеют свои особенности. Заготовки в эти приспособления подаются и устанавливаются простейшим движением транспортирующего устройства линии В качестве установочных элементов используют опорные планки и два выдвижных пальца с коническими фасками. По сложной траектории (дуги и прямые) с помощью автооператоров заготовки деталей типа тел вращения обычно подаются в центры станков.

Автоматический контроль правильности установки заготовки в приспособление предупреждает брак и аварии. Работа приспособлений жестко согласована с действиями станка и конвейера.

Приспособления-спутники представляют собой устройства, которые несут закрепленные в них заготовки по всей трассе АЛ. Их применяют для обработки заготовок сложной конфигурации, реализуя принцип постоянства установочных баз Приспособление- спутник обычно представляет собой плиту прямоугольной формы с базовыми и зажимными элементами. В начале линии на спутнике вручную устанавливают и закрепляют заготовку Дальнейшее перемещение спутника с заготовкой не отличается от перемещения корпусной заготовки. Как и у корпусной детали, у плиты приспособления-спутника есть опорная поверхность и два установочных отверстия В конце линии заготовку открепляют и снимают Приспособления-спутники, кроме повышения качества обработки заготовки, усложняют АЛ из-за необходимости их возврата, удорожают ее и вынуждают организовывать жесткую транспортную связь.

Большой проблемой на автоматических линиях является удаление стружки. Ее удаляют из рабочей зоны станков, смывая эмульсией, сдувая сжатым воздухом или перемещая подвижными элементами станков и конвейера. При обработке деталей из чугуна без охлаждения применяется отсасывание металлической стружки и графитовой пыли с помощью гидроциклонов. Удаление стружки из отверстий производится выдуванием или вытряхиванием на спецустройствах. В особенно затруднительных случаях применяют экзотические методы вроде взрыва. Для улучшения отвода сливной стружки и предотвращения ее сворачивания в клубок на режущем инструменте применяют стружколомы, с опорных поверхностей приспособлений такую стружку смывают и сдувают Для обеспечения чистоты опорных поверхностей детали моют на встроенных в АЛ моечных машинах. После удаления со станка стружку транспортируют двумя способами: конвейерами, расположенными вне линии и встроенными в линию При этом используются скребки, шнеки, виброимпульсы, смыв стружки струей СОЖ из сопел, расположенных вдоль канала для удаления стружки, с помощью электромагнитов

3. Системы управления АЛ

Завершает и объединяет в одно целое конструкцию автоматической линии система управления, которая вместе с комплексом механизмов рабочих и холостых ходов является обязательной составной частью автоматической машины, выполняющей заданный технологический процесс без участия человека Система управления определяет характер взаимодействия управляемых рабочих органов автоматической машины и объединяет:

• систему управления всеми движениями и очередностью работы основных и вспомогательных механизмов;
• системы блокирования и сигнализации, обеспечивающие безаварийность работы основных и вспомогательных механизмов;
• систему регулирования, служащую для подналадки станков и инструментов;
• систему контроля, служащую для анализа результатов обработки

В системах управления АЛ применяют электрические, гидравлические и пневматические устройства связи, которые делятся:

• на внешние (обеспечивают согласование работы независимых друг от друга участков АЛ);
• внутренние (цепи управления, обеспечивающие последовательную работу отдельных механизмов станков, входящих в АЛ);
• промежуточные (обеспечивают согласованную работу отдельных станков какого-либо участка АЛ);
• вспомогательные (согласовывают работу отдельных агрегатов с другими системами управления).

Внешние и вспомогательные связи почти всегда бывают электрическими, а промежуточные — комбинированными (электромеханическими, электрогидравлическими или электропневматиче- скими) . Внутренние связи обеспечиваются разными устройствами: механическими, электрическими, пневматическими, гидравлическими или их комбинацией. На автоматических линиях управление последовательностью фаз работы агрегатов, в зависимости от назначения и состава оборудования, размера линии, а также длительности цикла ее работы, бывает централизованным, децентрализованным или смешанным.

Система управления автоматической линии включает программоноситель, считывающее устройство, устройство ввода программы, передаточно-преобразующее устройство, исполнительное устройство, систему обратной связи. Основными программоносителями, от которых поступают команды управления АЛ, являются:

• передвижные упоры (например, в АЛ применяются силовые столы, на верхнюю плоскость которых устанавливаются шпиндельные узлы с самостоятельным приводом вращения — фрезерные, расточные, револьверные бабки Включение различных этапов цикла стола происходит по команде, поступающей от конечного выключателя после нажатия на него упора);
• распределительные валы с кулачками (например, при включении в АЛ многошпиндельных или одношпиндельных токарных автоматов, управляемых от одного или двух распределительных валов — при включении в АЛ специализированных станков);
• копиры (например, те же гидрокопировальные токарные полуавтоматы);
• перфоленты, компакт-диски, флэш-карты.

Управление каждого отдельного станка обязательно согласуется с общим управлением АЛ.

Автоматическая Станочная Линия Механической Обработки

Один из основных путей технического прогресса современного производства — комплексная автоматизация — характеризуется в области машиностроения широким применением автоматических линий.

Первая в СССР автоматическая станочная линия была построена на Волгоградском тракторном заводе И. П. Иночкиным в 1939 г. для обработки и сборки ступицы и фланцев поддерживающего ролика гусеницы трактора. В 1940 г. была построена на 1 ГПЗ автоматическая линия для обработки роликов. В проектировании и построении автоматических линий ведущее значение имели работы ЭНИМСа, Оргстанкомпрома, СКБ-1, СКБ-6, заводов «Станкоконструкция» и им. С. Орджоникидзе.

В дальнейшем над созданием автоматических линий работали наряду с этими организациями ГИПРОавтопром, НИИТавтопром, заводы ГАЗ, ЗИЛ, ВТЗ, 1 ГПЗ.

Автоматические станочные линии являются дальнейшим развитием поточных линий, для которых характерно расположение оборудования в порядке последовательности операций технологического процесса.

Поточные линии бывают неавтоматические, полуавтоматические и автоматические.

В полуавтоматических поточных линиях не автоматизированы загрузка заготовок, снятие обработанных деталей, контроль деталей, а иногда (при крупносерийном производстве крупных деталей) также включение общего транспорта. В автоматических поточных линиях рабочий участвует в загрузке линии и обычно в контроле деталей, однако имеются и поточные линии с автоматическим контролем. Включение транспортера всегда автоматическое, и автоматические линии всегда работают с принудительным темпом.

Автоматическая станочная линия это система станков (иногда и других технологических агрегатов) и вспомогательных устройств, автоматически осуществляющих назначенную последовательность технологических операций без вмешательства рабочего, которая нуждается лишь в периодическом контроле, наладке и уходе со стороны обслуживающего персонала.

В состав понятия автоматической линии для обработки заготовок резанием входят элементы, связанные с целевым назначением линии:

• обрабатываемая деталь в исходном состоянии — заготовка — и в том виде, в каком она сходит с линии, — деталь, полуфабрикат;
• ряд операций технологического процесса обработки (заготовки) с соответствующей технологической оснасткой.

Основными исполнительными устройствами автоматической линии являются станки, транспортная система и система управления.

Транспортная система автоматической линии состоит из основной транспортной трассы и следующих дополнительных устройств:

• накопителей заделов для бесперебойной работы линии при простое (для подналадки, регулирования, устранения неполадок) отдельных агрегатов и механизмов;
• устройств для поворота обрабатываемых заготовок;
• загрузочных устройств для подачи заготовки с основной транспортной трассы к зажимному устройству станка или к его механизму питания заготовками;
• устройств для автоматического отвода стружки.

Общая схема автоматической линии показана на рис. 1.

Рис. 1. Общая схема автоматической линии механической обработки

Применение автоматических линий механической обработки увеличивает производительность оборудования и труда. Количество станков и производственные площади сокращаются в 1,5-2 раза, количество рабочих — в 5-8 раз. Качество продукции улучшается и становится стабильным. Сокращается длительность производственного цикла, уменьшается незавершенное производство, ускоряется оборачиваемость оборотных средств. Себестоимость обработки снижается в 3,5-4,5 раза. Вместе с тем повышается общая культура производства.

Автоматическим станочным линиям механической обработки присущи, однако, и некоторые недостатки, к числу которых относятся:

• повышение требования к заготовке для обеспечения стабильности процесса обработки;
• трудоемкость переналадки линии на другую деталь или на другой технологический процесс;
• иногда снижение коэффициента использования станков и других агрегатов из-за простоев, вызванных неполадками в другом оборудовании;
• в отдельных случаях вынужденный отказ от применения высокопроизводительных станков, используемых в поточных линиях при индивидуальном их обслуживании рабочим-оператором; поэтому автоматические линии не всегда охватывают весь технологический процесс обработки: операции, полная автоматизация которых нерентабельна, производятся вне автоматической линии; базовые поверхности корпусных деталей обычно обрабатываются предварительно при индивидуальном обслуживании станка оператором;
• необходимость в обслуживающем персонале высокой квалификации;
• повышенные первоначальные затраты;
• трудность освоения автоматических линий.

При правильной разработке технологического процесса и компоновке автоматической линии и правильном выборе образующих ее ЧПУ станков, агрегатов, вспомогательных и транспортирующих устройств преимущества автоматической линии с избытком превышают ее недостатки.

Требования к обрабатываемым деталям на автоматических линиях

• Достаточно длительная неизменность (стабильность) изготовляемой конструкции детали имеет большое значение, так как затраты на построение и внедрение автоматической линии обычно очень большие. Поэтому конструкция детали не должна изменяться за период времени, необходимый для того, чтобы затраты на линию окупились.
• Программа выпуска должна быть настолько велика, чтобы затраты на автоматизацию окупались за счет снижения себестоимости изготовления детали на линии.
• Технологичность конструкции детали должна дать возможность применять простые типовые технологические процессы, которые легко поддаются автоматизации.
• Наибольшую экономическую эффективность дают детали с высокой относительной долей производственных затрат (заработной платы и накладных расходов) в полной себестоимости детали.
• При базировании корпусных деталей применяется координация детали относительно баз обработки по трем точкам ее поверхностей. Базовые поверхности должны быть защищены от попадания стружки. Для возможности автоматической фиксации детали в рабочей позиции двумя коническими штифтами деталь должна сохранять свое положение (ориентацию) при транспортировании ее с одной позиции на другую.

При координации детали в пространстве и базировании ее по двум точкам точная ориентация детали (вала, диска, кольца) относительно зажимного устройства (кулачков, цанги, центра) имеет значение в самом конце транспортирования детали к станку. В процессе транспортирования требуется сохранять ориентацию по отношению к поверхностям транспортного устройства.

• Поле рассеяния значений твердости материала заготовок должно быть более узким, чем обычно. Это необходимо для получения стабильной стойкости инструментов и возможности планомерной подналадки инструментов.
• Конструкция изготовляемой детали должна быть технологически отработана в отношении базирования и обработки. Заготовки с черной поверхностью должны иметь минимально возможные припуски на обработку. Размеры заготовок и их обрабатываемость должны иметь возможно большую стабильность.

Если отклонения размеров заготовок могут вызвать потерю ориентации, застревание или неполное зажатие в приспособлениях либо другие неполадки, то для обеспечения бесперебойной работы линии в начале линии должен быть введен 100%-ный контроль заготовок по отклонениям размеров (см. Точность и отклонения от геометрической формы деталей), ведущим к неполадкам и авариям.

Технологический процесс

Один из основных критериев производительности автоматизированного станка — коэффициент производительности рабочей машины, или по В. И. Дикушину — коэффициент степени непрерывности технологического процесса — распространяется и на автоматические линии механической обработки.

При разработке технологического процесса и проектировании автоматической линии максимально возможное сокращение цикловых и нецикловых потерь времени, не совмещенных с основным технологическим временем, является одним из главных руководящих положений. Из него вытекает требование возможно меньшего числа перебазирований и перезакреплений заготовок, так как время на эти операции в большинстве случаев не может быть совмещено с основным технологическим временем. С другой стороны, с сокращением подобных операций уменьшается количество вспомогательных транспортных и загрузочных устройств. Наибольшие возможности в этом отношении представляют линии механической обработки непрерывного действия, например, автоматические линии для шлифования небольших цилиндрических деталей, составленные из бесцентрово-шлифовальных станков, у которых транспортные и технологические движения совмещаются, а фиксация оси детали происходит под действием сил резания (рис. 2).

Рис. 2. Автоматическая линия для шлифования поршневых пальцев: 1 — бункера: 2 — направляющие диски для ориентирования пальцев; 3 — бесцентрово-шлифовальные станки; 4 — контрольные автоматы; 5 — элеваторы; 6 — автоматические подналадчики; 7 — конвейеры; 8 — склизы; 9 — распределители

Наименьшие возможности совмещения времени на транспортные перемещения и внецикловых потерь времени с основным технологическим временем, а также этих времен между собой представляют автоматические линии для корпусных деталей с жесткой связью между станками — сблокированные автоматические линии, у которых транспортные перемещения, движения резания, холостые хода и вспомогательные движения на отдельных станках линии происходят последовательно, совмещаясь по станкам участка линии. У таких сблокированных линий механической обработки расчетная длительность такта линии, т. е. интервал времени, через который выдается обработанная деталь:

τ = tм + tх + tт + tз + tо

где tм — машинное время, равное времени обработки и работы силовой головки на упоре; tх — время холостых ходов головки; tт — время транспортирования детали на одну позицию; tз — время зажима и фиксации (если она предусмотрена); tо — время освобождения (разжима) детали

При разработке технологического процесса обработки, помимо обычных требований к выбору базы, требуется еще предусмотреть удобство транспортировки, возможность автоматической фиксации детали и наименьшее количество ее перебазирований.

Увеличение количества инструментов в каждой позиции позволяет уменьшить количество станков в линии. Однако степень концентрации инструментов в различных позициях не должна быть чрезмерной, чтобы не затруднять подналадку и смену инструментов, отвод стружки и подвод смазочно-охлаждающей жидкости.

Важной задачей при разработке технологического процесса является достижение по возможности равной или, в крайнем случае, кратной длительности отдельных операций, что необходимо для синхронизации работы отдельных станков и позиций.

Синхронность обработки заготовки на различных операциях достигается различными способами.

Длительную лимитирующую операцию распределяют на несколько позиций разделением всего пути рабочего хода на несколько частей; это возможно при черновых операциях и сверлении неточных отверстий, которые приходится выполнять ступенчатыми с интервалами диаметров порядка 0,2 мм. Отдельные кратковременные операции (подобные, например, обработке мелких отверстий) иногда удается объединить, применяя ступенчатые сверла, зенкеры и другой комбинированный инструмент. Иногда синхронность обработки заготовки достигается распределением технологических операций на участки (фрезерование, растачивание, сверление).

На рис. 3 приведена технологическая схема обработки отверстий на торцовых сторонах цилиндровых блоков автомобильных двигателей. В блоке имеется смазочное отверстие настолько большой длины, что, помимо сверления с двух сторон, длина прохода разделена на шесть частей с одной стороны и на семь с другой, и сверление производится последовательно на семи рабочих позициях.

Такое разделение длины прохода на лимитирующих операциях на части особенно целесообразно при сверлильно-расточной обработке на многошпиндельных станках, так как добавляемые шпиндели могут быть частично или полностью размещены в шпиндельных коробках совместно с остальными шпинделями.

Если на отдельной позиции нет возможности достичь синхронности обработки, то для сохранения темпа работы автоматической линии увеличивают число заготовок, одновременно обрабатываемых на данной позиции, или устанавливают на наиболее трудоемкой позиции несколько однотипных станков.

Рис. 3. Схема обработки отверстий на торцовых сторонах цилиндровых блоков автомобильных двигателей на автоматической линии

Инструмент и режимы резания на автоматической линии

При увеличении количества одновременно работающих инструментов уменьшается время обработки и заработная плата за одну деталь и возрастает относительная доля расходов на инструмент. Поэтому с увеличением числа шпинделей и рабочих позиций, обслуживаемых одним рабочим, оптимальные режимы резания снижаются.

Чрезмерное повышение режимов резания снижает надежность работы автоматической линии и может вызвать длительные простой ее для смены инструментов. Поэтому на лимитирующих операциях режимы резания назначают с таким расчетом, чтобы время между переточками инструмента было не менее 7 ч, т. е. чтобы инструмент можно было менять между сменами. В отдельных случаях на лимитирующих операциях снижают время между переточками до 3,5 ч, рассчитывая производить замену инструмента в обеденный перерыв.

При больших количествах инструментов в автоматической линии, достигающих 1000 и более в одной автоматической системе, смена инструментов по усмотрению наладчика часто приводит к чрезмерному затуплению отдельных инструментов, к их поломке и к увеличению простоев линии.

На автоматических линиях большинство операций обработки — невысокой точности и смена инструмента вызывается потерей режущей способности. Так как режущая стойкость инструментов в отличие от размерной стойкости в условиях работы автоматических линий (повышенные требования к стабильности качества материала деталей и их обрабатываемости) изменяется мало, то имеется возможность производить смену инструментов планомерно через определенные сроки, тем самым сократить время на подналадку и избежать поломок инструментов, чрезмерно затупившихся по недосмотру наладчика.

С этой целью инструменты распределяют на группы с приблизительно одинаковой стойкостью. Для каждого инструмента определяется по режиму резания стойкость, календарное время или количество деталей обрабатываемых данным инструментом между переточками.

В инструментальном шкафу у места хранения инструментов данной группы устанавливается счетчик циклов. После отсчета минимально отработанных циклов на пульте управления загорается сигнальная лампа; после отсчета максимальных циклов соответствующая часть автоматической линии останавливается.

При точной обработке деталей, когда время смены инструментов определяется их размерной стойкостью, которая практически колеблется в очень широких пределах, плановая принудительная смена инструментов малопригодна. В этих случаях в автоматических линиях необходимы устройства для автоматического контроля точных размеров, зависящих от состояния режущих кромок инструментов.

Плановая принудительная смена инструментов не исключает необходимости сокращать затраты времени на подналадку станков введением быстросменного крепления инструментов и их предварительной установки на размер вне линии.

Быстросменный патрон (рис. 4) конструкции СКБ-1 для стержневых инструментов при установке его корпуса в шпиндель регулируется в осевом направлении при помощи гайки 5 для выверки взаимного положения упорных пяток 4 на всех шпинделях шпиндельной коробки. В корпус патрона вставляется переходная оправка 6, несущая инструмент. Регулировочный винт 1 оправки упирается в пятку 4. Оправка запирается в корпусе патрона при помощи шарика з при осевом сдвиге втулки 2. Осевое положение инструмента устанавливают регулированием винта 1 по шаблону вне линии.

Рис. 4. Быстросменный патрон используемый в автоматических линиях механической обработки

Инструменты хранятся вставленными в переходные оправки 6. После переточки оправка с инструментов вставляется во втулку 2 шаблона (рис. 5), для чего лапку 1 отводят в сторону, и при помощи регулировочного винта оправки выверяют инструмент по длине, пока сверло не упрется в лапку 1, а головка винта оправки — в торец винта 3.

Шаблоны этого типа применяют при точности установки порядка ±0,25 мм. Для более точной установки служат предельные шаблоны, а при допуске менее ±0,1 мм — также индикаторные приборы.

Рис. 5. Шаблон для предварительной выверки стержневых инструментов по длине

В автоматических станочных линиях широко применяются быстросменные резцы с регулированием их положения вне линии. Также в автоматических линиях успешно применяются резцы с механическим креплением чашечных или многогранных неперетачиваемых твердосплавных пластинок (рис. 6). Чашечная пластинка 4 (рис. 6, a) крепится штоком 3 и прижимается к корпусу 1 резца пружиной 2. Чашечную пластинку можно вручную поворачивать, не снимая резец со станка, для использования нового участка ее режущей кромки. Регулировочный винт корпуса предназначен для установки длины вылета резца в специальном приспособлении вне станка.

Многогранная твердосплавная пластинка 2 (рис. 6, б) садится с зазором 0,1-0,15 мм на штифт 3, запрессованный в корпус 1 резца, прижимается к штифту и к опорной площадке на корпусе клином 4 и дополнительно силой резания. Для поворота пластинки, чтобы сменить режущую кромку, клин 4 нужно освободить. Фасонные неперетачиваемые твердосплавные пластинки (рис. 6, б-г) для резцов, работающих на автоматических линиях, имеют на передней поверхности фаску 0,2-0,5 мм и стружкозавивающую канавку, образованную в процессе изготовления пластинки.

Рис. 6. Типовые конструкции твердосплавных резцов: а — чашечный резец; б — резец с твердосплавной многогранной пластинкой; в — трехгранная пластинка; г — шестигранная пластинка; д — чашечная пластинка; е — пятигранная пластинка

Оборудование автоматических линий

Компоновка станков, особенно их рабочей зоны, должна предусматривать возможность применения всех видов загрузочных устройств и транспортных систем, нормально применяемых в автоматических линиях для деталей, обрабатываемых на станках данного типа.

Автоматизация загрузки станка устройствами подачи заготовок и транспортная система только одного вида могут быть применены при встраивании в автоматическую линию станка уже существующей модели. Широкая увязка компоновки вновь проектируемого станка со всеми нормальными загрузочными и транспортными системами делает возможным встраивание этого станка в один участок линии со станками иных типов и назначений, повышает степень его универсальности и расширяет область его применения; это, в свою очередь, ведет к лучшей эксплуатационной выверке конструкции и к повышению надежности станка.

Увязка компоновки станка с транспортными и загрузочными системами нормальных типов выражается не только в удобстве их применения, но и в доступности (при наличии транспортной и загрузочной систем) зоны резания для визуального контроля схода стружки (особенно сливной) на транспортер и для устранения задержек в сходе стружки, в доступности транспортера стружки для устранения ее заеданий и других неполадок, доступности гидроаппаратуры и системы охлаждения для смены уплотнений и т. д.

Компоновка станка, конструкция его суппортов, корпусных деталей и станины должны надежно обеспечивать непрерывный автоматический отвод стружки из зоны резания, а специальный транспортер — от станка.

Наибольшие трудности возникают при отводе длинной сливной стружки, образующейся при обтачивании стальных заготовок на горизонтальных одношпиндельных и вертикальных многошпиндельных полуавтоматах, габаритные условия которых позволяют сделать конструкцию шпиндельных узлов достаточно жесткой для обдирки стальных заготовок твердосплавными резцами.

Наилучшие условия для отвода сливной стружки из зоны резания складываются, если в горизонтальном одношпиндельном автомате продольный суппорт с резцом повернут около линии центров на 180°, и получается свободное пространство для того, чтобы стружка сходила вниз, не опутывая обрабатываемую деталь и оснастку суппорта.

При обтачивании ступенчатых валиков на токарных копировальных полуавтоматах условия работы стружколомателей затруднены изменением режима резания.

Трудности отвода стружки возрастают с увеличением ее сечения. Поэтому на линиях из шлифовальных станков и некрупных токарных прутковых и патронных автоматов стружка отводится легче, чем на линиях из многорезцовых и копировальных токарных полуавтоматов.

На состоящих из агрегатных станков линиях для корпусных деталей отвод стружки непосредственно не связан с компоновкой и конструкцией станков — он влияет на конструкции зажимного приспособления и транспортные устройства, требуя введения проемов для схода стружки.

Важнейшим требованием к станкам, как и другому оборудованию автоматической линии, является высокая надежность работы. Высокая надежность автоматической линии достигается повышением собственной надежности каждого станка и агрегата и снижением потерь его рабочего времени из-за простоя других станков или иного оборудования линии, связанного с работой данного станка.

По признаку связи между станками различают:

• линии из станков, жестко связанных между собой общим шаговым транспортером, который перемещает одновременно все обрабатываемые заготовки от станка к станку на величину шага, равного расстоянию между станками (сблокированные линии);
• линии из станков, свободно связанных между собой вследствие наличия между ними накопителей заделов (бункеров), что позволяет каждому станку линии работать при простое предыдущего или последующего в потоке станка.

В сблокированной автоматической линии остановка одного станка вызывает простой всего участка линии, обслуживаемого одним общим шаговым транспортером. Поэтому повышение надежности работы станков и иногда оборудования линии имеет особо важное значение для автоматических линий из жестко связанных станков.

Одним из средств повышения надежности работы автоматической линии служит повышение производительности станков, так как оно ведет к уменьшению количества станков, а следовательно, и другого оборудования линии и таким образом уменьшает количество элементов линии, вызывающих ее простой.

Существенное значение для повышения собственной надежности станков и их экономичности имеет применение в автоматических линиях серийно изготовляемых станков, конструкции которых выверены в условиях их эксплуатации. Характерной особенностью такого рода станков является их универсальность — приспособленность их компоновки к удобному встраиванию в автоматические линии со всеми основными видами транспортных и загрузочных систем, нормально применяемых при обработке деталей данного типа. Другие достоинства таких станков — удобство их для ручной и крановой загрузки, хорошая обозримость рабочей зоны с рабочего места, доступность и удобство манипулирования с рабочего места основными органами для наладки и регулирования станка, удобство управления наладочным и полуавтоматическим циклом при работе вне автоматической линии.

В сблокированных автоматических линиях для корпусных деталей производятся фрезерные, расточные, сверлильные и резьбонарезные операции, для чего используются высокопроизводительные специальные многошпиндельные станки.

Повышение надежности и снижение себестоимости специальных станков достигаются выполнением их в виде агрегатных станков из нормализованных узлов выверенных конструкций.

С той же целью для сблокированных линий нормализуются узлы транспортных устройств и систем управления (рис. 7).

Рис. 7. Схема участка сблокированной автоматической линии для корпусной детали. Унифицированные узлы линии: 1 — пульт управления; 6 — барабан поворота детали; 12 — привод транспортера стружки; 13 — притычная гидроаппаратура; 15 — гидростанция; 16 — насос автоматической смазки; 19 — поворотный стол; 20 — транспортер детали. Унифицированные узлы станков: 4 — несамодействующая силовая головка; 5 — вертикальная станина; 8 — салазки; 9, 11, 18 — самодействующие силовые головки; 10 — цилиндр зажима детали; 17 — станина-подставка. Оригинальные узлы линии: 2, 14, 21 — подставки и основание; 3 — приспособления; 7 — наклонные подставки

Участки и автоматические линии станков с ЧПУ

Растет число потребителей, которые уже убедились в преимуществах ЧПУ и закупили по несколько таких станков. Эти станки во многих случаях обеспечили получение прибылей, которые не могли быть достигнуты при использовании одного станка с ЧПУ. По отзывам потребителей при внедрении ЧПУ упрощается организация многосменной работы, вопросы обслуживания решаются совместно для всей группы станков, легче распределить управление станками между операторами. Управление производством можно поручить одному сотруднику, который старается помочь конструкторам принимать решения с учетом ЧПУ и организует группу составителей программ обработки деталей.

В ряде производственных компаний, для автономной подготовки управляющих программ станков с ЧПУ используются центральный компьютер. Для этих целей были разработаны специальные системы управления, а также ряд программ широкого назначения для использования в международном масштабе.

Компании, которые вначале приобрели один станок с ЧПУ, а теперь используют уже несколько таких станков, могут поставить вопрос, каким же будет следующий шаг в направлении их использования с наибольшей эффективностью. Ответом будет создание автоматических линий механической обработки из отдельных станков, в которых группы станков, даже не будучи соединены между собой, управляются от одного узла или компьютера с возможным разделением времени ее работы между станками. В США были разработаны несколько систем непосредственного управления группами станков с ЧПУ от компьютера. Среди них — «Data Controller» фирмы General Electric, «Omnicontrol» фирмы Sundstrand и «System 70» фирмы Bunker-Ramo.

Наиболее интересным по своему замыслу примером системы непосредственного управления от компьютера может служить автоматическая линия (участок) с программным управлением под названием «Система 24». Это группа, которую составляют обрабатывающие центры с ЧПУ «третьего поколения». Станки снабжены устройствами автоматической смены инструментов; конструирование станков было выполнено специально для производства ограниченного числа операции с высокой производительностью. Из таких станков компания Molins (Англия) спроектировала участок с управлением от центрального компьютера. Вдоль линии механической обработки в течение 24 ч должны автоматически перемещаться обрабатываемые детали. Подлежащие обработке в течение суток заготовки вручную устанавливают на спутники во время восьмичасовой рабочей смены. Спутники с деталями автоматически складируются, и с помощью устройства, управляемого от компьютера, происходит их выбор и транспортировка по адресам к соответствующим станкам. Заготовки на данной линии обработки деталей обрабатываются на станках в любой последовательности на протяжении 24 ч.

Если обработка не завершается на одном станке, то спутник временно возвращается на склад. Если считать, что сегодня эпоха обрабатывающих центров, ближайшее будущее за целыми производственными комплексами. Принцип «производственного комплекса» в применении к изготовлению деталей небольшими партиями будет, возможно, означать использование универсальных автоматических систем ЧПУ. Целью применения таких систем с ЧПУ является повышение эффективности производства в условиях обработки очень большой номенклатуры деталей небольшими партиями.

В настоящее время ЧПУ предназначено не только для решения задач мелкосерийного производства. Проекты, подобные описываемому, могут представлять значительный интерес для отраслей промышленности, изготовляющих детали средними по размерам партиями, и подтолкнуть их к созданию участков из связанных между собой станков с ЧПУ.

Примером такого подхода среди компаний-изготовителей деталей средними партиями может служить английская компания Borg-Warner, являющаяся отделением американской компании. В 1968 г. станки с ЧПУ были соединены между собой используя транспортные системы автоматических станочных линий (транспортер с рольгангами). Линия предназначалась для обработки различных модификаций корпусов автоматических коробок передач автомобиля и являлась первым шагом в создании автоматизированного производства большого числа мелких серий однотипных деталей. Разработка линии велась совместно с фирмой Cincinnati Milling Machines Ltd, Бирмингам, Англия, которая в дальнейшем предложила проект автоматической ЛИНИИ «Variable mission».

В этой линии группа станков связана кольцевым транспортером. К каждому станку (рис. 8) подходят поперечные транспортеры. Длина поперечных транспортеров обеспечивает накопление некоторого запаса обрабатываемых деталей. Детали перемещаются по транспортерам на индивидуальных спутниках (транспортных приспособлениях). Основание спутника выполняет функции транспортного средства и точной ориентации (относительно инструмента). Каждый спутник имеет несколько адресов, указывающих к каким станкам данная деталь должна быть подана. Преимущество такого рода линии обработки деталей в том, что вначале это может быть очень простая система, где станки связаны между собой транспортером с рольгангами, по которому можно вручную перемещать детали на спутниках, затем можно установить дополнительные транспортеры и приводить их в действие электродвигателем. Такая линия может непосредственно управляться от компьютера.

В автоматических линиях обработки находят применение сверлильно-револьверные, сверлильно-фрезерные станки с ЧПУ, а также токарные и многооперационные станки с ЧПУ. Большое внимание в настоящее время уделяется созданию станков с ЧПУ с высокой степенью агрегатирования, позволяющей собирать разнообразные по конфигурации станки из отдельных нормализованных узлов. Такой подход проявился, в частности, при создании компанией Stavely (Англия) линий SIMS, первая из которых построена для компании Rolls Royce Ltd и предназначена для обработки деталей двигателя для аэробуса.

Рис. 8. Автоматическая станочная линия с программным управлением «Variable mission» фирмы Cincinnati для обработки деталей небольшими партиями

Источник https://umelyeruki.ru/stanki-dlya-avtomaticheskoy-linii/

Источник https://www.stanotex.ru/avtomaticheskaya-stanochnaya-liniya/