Главная страница ДонНТУ  | | Страница магистров ДонНТУ

АКТУАЛЬНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГПС ПРИ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ПЛИТ В УСЛОВИЯХ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Калафатова Л.П., Аксенова В.C. (ДонНТУ, Донецк)

    In present article by the example of a concrete detail such as a plate variants of construction Flexible Manufacturing System are analysed with the purpose of a choice of best of them, proceeding from criterion of the minimal specific expenses at maintenance of the set productivity.

    Бурное развитие информатики и микропроцессорной техники подняло на принципиально новый уровень решение многих задач управления технологическими и производственными процессами. Тенденция перехода к автоматизированному производству затронула многие сферы хозяйства, в том числе и машиностроение. В основе автоматизации процессов лежит частичное или полное отстранение человека от непосредственного участия в производственном процессе.
    На определенном этапе автоматизация машиностроительного производства шла по пути создания жестких автоматических линий, предназначенных для массового производства. Срок окупаемости таких линий составляет не менее 8 - 10 лет. Однако единичное и мелкосерийное производство оставались практически неавтоматизированными. Начальным этапом формирования принципиально нового направления автоматизации этих типов производств можно считать 60-е годы, когда впервые было сформулировано понятие "гибкое производство".[1]
    Под гибкостью станочной системы понимают ее способность быстро перестраиваться на обработку новых деталей в пределах, определяемых техническими возможностями оборудования и технологией обработки группы деталей. Высокая степень гибкости обеспечивает более полное удовлетворение требований заказчика, оперативный переход к выпуску новой продукции, сохранение оправданного характера мелкосерийного производства.[2]
    Гибкое автоматизированное производство должно обладать следующими признаками: гибкость состояния системы, то есть способность хорошо функционировать при различных изменениях; гибкость действия, то есть обеспечение возможности легко включать в систему новые станки и инструменты;- гибкость системы группирования; гибкость технологии; гибкость оборудования; гибкость транспортной системы; гибкость системы обеспечения инструментом; гибкость системы управления; организационная гибкость производства.
    Необходимость присутствия большинства из перечисленных выше признаков было положено в основу при проектировании гибких производственных систем, предназначенных для обработки деталей типа плит в условиях серийного производства. Решение задач проектирования производственных систем для механической обработки деталей такого типа находят широкое применение в различных отраслях промышленности и являются достаточно актуальными.
    Учитывая, что в большинстве случаев плиты используются при изготовлении различного типа прессов, пресс-форм, элементов гидравлики, к ним предъявляются повышенные требования по точности и качеству обработки поверхностей. В настоящее время плиты изготавливаются преимущественно на универсальных станках фрезерной и сверлильной групп, что требует значительных затрат машинного и особенно вспомогательного времени. Детали этого типа могут обладать значительными размерами и массой, необходимостью удаления больших припусков, что является причиной роста усилий резания при фрезеровании и часто приводит к значительным погрешностям при обработке, поломке инструмента, а, следовательно, и к браку деталей. Все это отрицательно сказывается на автоматизации производства плит.
    В настоящей статье сделана попытка на примере конкретной детали типа плиты (рис. 1) проанализировать варианты построения ГПС с целью выбора лучшего из них, исходя из критерия минимальных удельных затрат при обеспечении заданной производительности.
    На рисунке 1 изображена рассматриваемая деталь. В условиях неавтоматизированного производства затраты машинного времени на изготовление такой детали составляют tр=29.16мин, производительность этого вида изделий - 12 деталей в смену.
    В основе автоматизированного производства лежат принципы дифференциации и концентрации операций. Для обработки данной детали в автоматизированном производстве необходимы такие операции:

    Таблица 1-Перечень операций, необходимых для изготовления детали

Номер станка и его наименование Выполняемая операция Машинное время tр, мин
1.Вертикально-фрезерный с ЧПУ Фрезерование поверхности 1 1.67;
2.Вертикально-фрезерный с ЧПУ Фрезерование поверхности 2 1.67;
3.Вертикально-фрезерный с ЧПУ Фрезерование поверхности 3 2.58;
4.Вертикально-фрезерный с ЧПУ Фрезерование поверхности 4 1.84
5.Агрегатный Обработка отверстий 2.04
6.Агрегатный Обработка отверстий 1.38

Рис.1 – Деталь-плита.

    В условиях неавтоматизированного производства затраты машинного времени на изготовление такой детали составляют tр=29.16мин, производительность этого вида изделий – 12 деталей в смену.
    В основе автоматизированного производства лежат принципы дифференциации и концентрации операций.
    На рисунках 2 - 4 представлены три варианта автоматизированной обработки детали. Во всех трех вариантах использованы одинаковые металлорежущие станки, а именно: четыре вертикально-фрезерных станка 1 - 4 и два вертикальных трехстоечных агрегатных станка 5,6, каждый из которых оснащен поворотным столом и специальными многошпиндельными сверлильными головками. Автоматические линии отличаются особенностями транспортно-накопительных систем и систем загрузки.

Рис.2-Автоматическая линия с жесткой межагрегатной связью

    На рисунке 2 изображена автоматическая линия с жесткой межагрегатной связью. Транспортирование деталей от станка к станку осуществляется шаговым конвейером, загрузку и разгрузку станков производит портальный промышленный робот. Имеются также автоматизированные склады, откуда заготовки поступают на конвейер и куда уходят готовые детали. Недостаток такой автоматической линии очевиден: из-за выхода из строя одного из станков (что бывает довольно часто) перестанет работать вся линия, а это может привести к большим материальным потерям. К тому же данный вариант обеспечивает наименьшую из рассматриваемых вариантов производительность (92 детали в смену). Стоимость представленной системы также наименьшая, однако с точки зрения оценки экономической эффективности автоматическая линия с жесткой межагрегатной связью будет дольше окупаться из-за необходимости частых остановок вследствие неполадок, что считаем неприменимым.
     В автоматической линии с гибкой межагрегатной связью (рис.3) в качестве транспортно-накопительной системы использованы тактовые столы и напольные промышленные роботы с захватами в виде вакуумных присосок, установленные между станками, т.е. линия разбита на шесть участков. Она работает таким образом: робот берет заготовку со склада, разворачивается и устанавливает ее в приспособление вертикально-фрезерного станка поз.1, приспособление автоматически зажимается и начинается обработка. После окончания работы приспособление автоматически разжимается, и следующий робот забирает деталь, перемещает ее на тактовый стол, откуда этот же робот, захватывая деталь, перемещает ее к следующему станку (поз.2). Затем цикл повторяется. Последний робот забирает заготовку с загрузочно-разгрузочной позиции поворотного стола агрегатного станка (поз.6) и доставляет на склад.

Рис.3 – Автоматическая линия с гибкой межагрегатной связью.

     Очевидно, что стоимость такой ГПС по сравнению со стоимостью жесткой компоновки линии на порядок выше, однако здесь отсутствуют недостатки, присущие предыдущему варианту – при выходе из строя одного из элементов системы линия не потеряет работоспособность. Такая линия обеспечивает достаточно высокую производительность – 112 деталей в смену.
    С целью повышения производительности рассмотрим вариант ГПС (рис.4), в котором на лимитирующую по времени операцию (вертикально-фрезерная - концевое фрезерование в поз.3 применен станок-дублер. Принцип работы такой же, как и в предыдущем варианте, но здесь напольный промышленный робот должен успеть обслужить два станка-дублера. Стоимость данной ГПС превышает стоимость вышеприведенного варианта на стоимость станка-дублера. Однако реальная производительность существенно возрастает и составляет 168 деталей в смену.

Рис.4 - Автоматическая линия с гибкой межагрегатной связью с применением станка-дублера.

    Рассмотрев три варианта построения ГПС, можно сделать вывод: с точки зрения критерия минимальных удельных затрат при обеспечении заданной производительности наиболее оптимальным считаем второй вариант автоматической линии с гибкой межагрегатной связью (см. рис.3), так как в данном варианте обеспечивается заданная производительность, превышающая заданную не более, чем на 10%. К тому же удельные затраты являются минимальными.

Список литературы:
  1. Автоматизация типовых технологических процессов и установок: уч. пос. для вузов/ А.И.Корыгин и др. 2-е издание перераб. и доп. Москва: Выща школа, 1988
  2. Блехерман М.Х. Гибкие производственные системы: организационно-экономические аспекты. Москва: Экономика, 1988.
  3. Гибкие автоматизированные производственные системы / под ред. Д.С.Ямпольского и др. Киев: Выща школа, 1985
  4. . Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине “Теория проектирования автоматизированных станочных комплексов” (для студентов специальности 7.090203) / Калафатова Л.П. Молчанов О.Д. – Донецк: ДонНТУ, 2003

Современные металлорежущие системы машиностроения /Материалы 5-й Всеукраинской студенческой научно-технической конференции.- Выпуск 6-й.- Донецк:ДонНТУ,2004