Файл: Мясников, В. А. Программное управление оборудованием.pdf

В [111 описан автоматизированный участок АУ1 с групповым программным управлением для комплексной механической обра­ ботки деталей типа тел вращения: валов длиной 100—750 мм и диа­ метром 20—160 мм; гильз, стаканов и втулок длиной и диаметром до 250 мм; дисков, фланцев, зубчатых колес длиной до 250 мм и диа­ метром 50—320 мм; кулачков, эксцентриков н других деталей со сложными криволинейными поверхностями. На участке кроме 10 единиц основного оборудования, указанного на рис. 208, имеется транспортно-накопительная система, система инструмен­ тального обеспечения и развитая система управления.

Склад транспортно-накопительной системы представляет собой трехъяруспые стеллажи, состоящие из десяти (по числу станков) секций, по четыре вертикальных ряда ячеек в каждой секции. Каж­ дая ячейка вмещает две тары. Вместимость склада — 200 тар с де­ талями, что достаточно для восьмичасовой автономной работы участка. Одна из ячеек в начале склада предназначена для приема заготовок; из другой ячейки в конце склада выдаются готовые де­ тали. Одна из нижних ячеек каждой секции занята тележкой, транспортирующей тару с заготовками к станку, другая тележка с деталями находится в это время у станка. По окончании обра­ ботки всей партии деталей тележкп меняются местами. Ячейки склада обслуживаются электроштабелером 2, а работой транс­

портно-складской системы управляет ЭВМ.

ЭВМ содержит информацию о поступлении деталей и заготовок на склад, о их местонахождении в каждый момент времени; кроме того ведет учет обработанных и необработанных деталей. ЭВМ рас­ считывает последовательность обработки деталей на станках с уче­ том наличия нужных заготовок на складе, а также режущего ин­ струмента в системе инструментального обеспечения.

В качестве основного критерия при определении оптимальной последовательности обработки принято минимальное время пере­ наладки станков (для каждого из них оно составляет 40—60 мин). Оптимизация загрузки станков по указанному критерию сокращает время переналадки участка в три-четыре раза.

Определено, что для токарной обработки деталей на участке АУ1 требуется около 250 единиц различного инструмента. Поэтому, например, для автоматов типа 1715МФЗ установлен транспортернакопитель режущего инструмента (ТНРИ). ТНРИ — транспор­ тер цепного типа с гнездами для инструментальных блоков. Цепь замкнута в вертикальной плоскости. Все инструментальные блоки могут устанавливаться в любое гнездо магазина, так как хвосто­ вики блоков помечены определенным кодом. Код считывается дат­ чиками системы смены инструмента, чем обеспечивается отыскание инструмента, заданного программой.

Система группового программного управления содержит упро­ щенные индивидуальные пульты управления станками и централь­

431

няет общее управление работой участка, осуществляет диспетчери­ зацию и учет производства.

Рассмотренные выше участки не являются полностью автомати­ ческими. Наиболее полно автоматизирован участок, показанный на рис. 208, но станки на этом участке по-прежнему обслужи­ ваются рабочими.

Структура комплексно-автоматизированного участка

Рассмотрим полностью автоматизированный участок обработки деталей со сложными фасонными поверхностями и со специфиче­ скими задачами контроля, требующими анализа результатов с по­ мощью ЭВМ. Таким экстремальным случаем является, например, обработка турбинных лопаток — деталей, относящихся к одним из самых сложных изделий машиностроения. На этом примере хорошо видны сложности, которые могут встретиться на пути создания пол­ ностью автоматизированных производств.

На рис. 209 изображена планировка участка для обработки крупных направляющих турбинных лопаток массой до 80 кг и длиной до 1350 мм. За участком закреплена обработка лопаток нескольких десятков типоразмеров. Планировка является гипоте­ тической, но основана на реальной рабочей технологии. Здесь предусмотрен весь комплекс средств, обеспечивающих полную ав­ томатизацию процесса изготовления лопаток.

Станок 1 предназначен для фрезерования торцов и сверления

в них двух конусных базовых отверстий. В эти конусные отверстия устанавливается лопатка на всех остальных станках, кроме пред­ последнего, где производится отрезка технологических припусков. Другие станки осуществляют обработку рабочего профиля лопа­ ток, представляющего собой сложную геометрическую поверх­ ность. Обработка ведется в трех или четырех координатах. Так как цикл обработки профиля велик (составляет 3—10 ч) и синхрониза­ ция с остальными операциями возможна лишь при параллельной обработке большого числа лопаток, для обработки используются многошпиндельные станки. Станки 10 выполняют сверление зали­ вочных отверстий и фрезерование торцов. На станках 11 произ­

водится отделка рабочей поверхности для достижения 7—8 класса чистоты поверхности.

Рассмотрим вспомогательные операции и оборудование для их выполнения. Транспортные операции выполняются замкнутым конвейером, для обслуживания станков предусмотрены роботы. Заготовки на участок поступают по конвейеру 8 и переносятся роботом 2 на станок 1. После окончания базовой операции робот 2 вновь укладывает лопатку на конвейер, затем робот 6 переносит ее с конвейера на станок 5. Если этот станок занят, то передача

происходит на любой из свободных станков данной операции. Возможен вариант промежуточной укладки в буферный мага­ зин 7.

Для автоматизации адресной передачи грузов наиболее удобен вариант, не связанный со сменяемым адресоносптелем, выпол­ ненным либо в виде перфокарты, либо в виде набора штырей и т. и. Задача решается намного проще в том случае, когда каждая те­ лежка конвейера несет на себе постоянный несменяемый кодирую­ щий элемент, предназначенный для считывания его магнитными головками. Число вариантов кодов равно числу обслуживаемых адресов. Число тележек с одинаковым кодом назначается в соот­ ветствии с потребной интенсивностью снабжения данного адреса. На трассе конвейера в зоне действия роботов установлены датчики для считывания кода тележек, а также датчики, считывающие на­ личие груза. Если код тележки совпадает с кодом адреса и второй датчик показывает наличие груза, то поступает команда для вы­ полнения операции «взять груз», осуществляемой роботом. Кон­ вейер движется непрерывно с постоянной скоростью, и робот захва­ тывает груз на ходу. Для выполнения этой операции скорость за­ хвата синхронизируется со скоростью тележки. Таким образом, чтобы направить заготовку, деталь или инструмент к какомунибудь станку, достаточно поместить груз на тележку с кодом, соответствующим коду заданного станка. Перенастройка датчика на опознание того или иного кода производится центральной си­ стемой управления в соответствии с технологическим марш­ рутом.

Рассмотрим роль роботов в данной автоматической линии. Взаимодействие с конвейером — это лишь одна из их функций. Кроме этого роботы производят загрузку и разгрузку станков; уборку стружки на станках; затяжку тех креплений, которые нельзя по тем или иным причинам механизировать; смену инстру­ мента; загрузку и разгрузку местного магазина, а также средств контроля. Среди перечисленных задач нет таких, которые были бы не под силу роботам первого поколения. Внешняя среда, окружаю­ щая робот, неизменна и, следовательно, алгоритмы поведения могут быть строго детерминированными. Адаптация требуется только для операции взятия предметов на ходу, без остановки кон­ вейера. Неточность положения предмета, неповторяемость его положения могут внести в жесткий алгоритм такую помеху, кото­ рая приведет к сбою механизмов: либо предмет не будет взят, либо сброшен на пол, либо неправильно установлен на станок. Задача адаптации — помочь захвату правильно сориентироваться по от­ ношению к положению предмета на конвейере и внести необходи­ мую коррекцию перёд установкой предмета на станок.

Одним из важных требований к конструкции роботов является обеспечение автоматической смены типа захвата в зависимости от конфигурации захватываемого предмета. Однако вряд ли целесо­ образно разрабатывать абсолютно универсальный захват, способ­ ный удерживать детали самой различной конфигурации. Смена за­ хвата неизбежна. Это подтверждается и опытом эксплуатации робо­ тов первого поколения на линиях с переменной номенклатурой.

434

Фирмы-изготовители снабжают роботы целым набором захва­ тывающих устройств с унифицированным элементом для крепле­ ния его на кистевом механизме. Для целей автоматических произ­ водств может быть использован принцип револьверной головки, если речь идет о смене двух типов захвата; при большем ко­ личестве захваты должны храниться в специальном магазине и соединяться с кистевым механизмом с помощью автоматического замка.

Второе важное требование — предельная экономность по зани­ маемой площади. Пространство вокруг оборудования достаточно загромождено. В непосредственной близости к станкам находятся местный магазин заготовок и инструмента, средство контроля, транспортное средство межоперационной передачи, в отдельных случаях — шкафы управления и станции гидросистемы. В то же время роботы Unimate или Versatran требуют такой же площади, как и основное оборудование. Причина заключается в том, что для перемещения захвата по радиусу применены горизонтально распо­ ложенные поступательные пары. Здесь предпочтительнее исполь­ зовать шарнирные механизмы, складывающиеся при уменьшении радиуса, что приводит к значительному уменьшению площади, необходимой для робота.

Третье требование относится к системе управления роботом. При функционировании автоматической линии необходимо мини­ мизировать потоки информации, поступающие к роботу от цен­ тральной системы управления. Робот в силу своей многозвенности имеет шесть-семь управляемых приводов: Это более чем вдвое пре­ вышает число приводов основного оборудования. И те, и другие приводы в общем случае управляются центральной системой, но робот загружает эту систему больше, чем основное оборудование. Поэтому, в целях экономии, было бы желательно часть приводов робота перевести на автономное управление, используя принцип отслеживания заданного углового положения в абсолютном про­ странстве. Датчиком в этом случае может быть, например, устрой­ ство, связанное с гироскопом. Это относится прежде всего к приво­ дам механизма захвата.

Перечисленные требования представляются наиболее общими и могут быть дополнены другими, отвечающими каждому кон­ кретному производству.

Бесперебойная работа автоматического производства немыс­ лима без четкого снабжения режущим инструментом. Даже при неполной автоматизации, как видно из [7, 10, 11, 24, 36], этому уделяется большое внимание.

В данном случае, инструмент подготавливается в инструмен­ тальной кладовой в зависимости от сменного задания. Подготовка состоит не только в подборе номенклатуры и количества инстру­ ментов из расчета на всю смену, но и в установке инструментов в специальные блоки, обеспечивающие заданное положение отно­ сительно начальной точки программы. Таким образом инструменты

поступают на станки выверенными относительно базовых поверх­ ностей блоков на специальных оптических приборах.

Укладка в ячейки центрального магазина ведется в произ­ вольном порядке (в любую свободную ячейку). Опознание необхо­ димого инструмента производится захватом робота путем сканиро­ вания вдоль всех ячеек с одновременным считыванием кодов, нане­ сенных на блоках, например, в виде магнитных меток. Смена инструментов на станках осуществляется принудительно, по времени, с упреждением момента достижения допустимого износа. В случае поломки система управления станком выдает сигнал на внеочередной вызов инструмента.

Обязательным элементом механического производства являются станочные приспособления. Для автоматизированных производств эти приспособления безусловно должны быть групповыми, пере­ налаживаемыми. Применение сменных деталей и узлов целесооб­ разно свести до такого минимума, чтобы их можно было хранить непосредственно у станка. Это избавит систему управления от ре­ шения задачи по доставке нужных элементов приспособлений в нужное время. Для обработки турбинных лопаток такая задача выполнима и частично уже решена в рамках обычного производ­ ства. Учитывая, что групповая технология и агрегатированные сборные приспособления применяются повсеместно, следует лишь подчеркнуть обязательность их разработки и в процессе создания любого автоматизированного производства. Конструкция приспо­ соблений должна быть совместимой с конструкцией робота, т. е. свободная зона в приспособлении вокруг детали должна допускать размещение захвата робота, вводимого туда при установке и снятии детали.

Контроль размеров при обработке изделий на станках с ПУ имеет свою специфику. Если станок исправен, заданная про­ грамма отработана, инструмент правильно установлен и не зату­ пился, заготовка в приспособлении сбазирована правильно, то исполнение заданных размеров гарантировано. Каждый из пере­ численных факторов может быть с достаточной надежностью про­ контролирован теми или иными датчиками и методами. Поэтому средства контроля нужны для отбраковки и необходимы для на­ ладки управляющей программы с учетом нежесткостей системы и других систематических погрешностей; осуществления статисти­ ческого контроля; накопления статистики по износу инструмента (для точного определения момента принудительной его смены); выявления возникающих изменений в систематических погрешно­ стях, что необходимо для коррекции программы (элемент адап­ тации).

На рис. 210 показана система контроля, используемая при обработке сложных криволинейных поверхностей.

Наиболее сложны измерения рабочего профиля турбинных лопаток с помощью приборов 4, 9 (рис. 209). Для размеров рабо­

чей части лопаток паровых и газовых турбин характерна слож-

436