Технологическое оборудование машиностроительных произ­водств

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ

Автоматической линией (AJI) называется система автоматически действующих станков, связанных транспортирующими устройствами и имеющая единое устройство управления. AJI осуществляет заданную 348 последовательность ряда технологических операций без участия опе­раторов. Периодический контроль оборудования и его подналадку выполняет наладчик. Загрузка заготовок и выгрузка готовых деталей осуществляется оператором или ПР. Количество установленного в AJI оборудования обычно не превышает 12 единиц.

AJI создается на основе агрегатных станков (АС). В основе проек­тирования AJI и АС лежит принцип агрегатирования, позволяющий сократить сроки проектирования и изготовления указанного оборудо­вания. Компоновка АС и АЛ и унифицированных узлов повышает их надежность, так как происходит непрерывное совершенствование уни­фицированных узлов.

Заготовки, обрабатываемые на АЛ, должны быть технологичными, иметь стабильную конструкцию, обеспечивать минимальное число установок. Операции технологического процесса должны быть синх­ронизированы по времени для выполнения заданного такта выпуска изделий. Это осуществляется использованием комбинированного ин­струмента, согласованием режимов резания на отдельных операциях и другими мероприятиями.

Технологический агрегат 1 АЛ (рис. 212) — это машина, которая выполняет одну или несколько законченных частей технологического процесса, кроме накопления и транспортирования заготовок J. Транс­портный агрегат 2 AJ1 — это машина, которая выполняет межопераци­онные транспортные операции технологического процесса.

Накопитель 4 заделов AJ1 (рис. 212, в) — устройство для приема, хранения и выдачи межоперационного задела, расположенного между двумя станками или участками AJI.

Участок АЛ — это ее часть, соединенная с остальным технологиче­ским оборудованием посредством накопителя или транспортного уст­ройства с емкостью для заготовок и полуфабрикатов (рис. 212, в). Однопредметная (однономенклатурная) АЛ — это линия, в которой обрабатываются заготовки одного типоразмера и наименования (рис. 212, а). Многопредметная (многономенклатурная) AJI — линия, в ко­торой одновременно обрабатываются заготовки многих наименований или различных типоразмеров одного наименования (рис. 212, б).

Связь между технологическими агрегатами АЛ определяется харак­тером транспортных движений между их зонами обработки и наличием или отсутствием между ними межсперационных заделов. В AJI с жесткой связью эти заделы отсутствуют и при отказе одного агрегата останавливается вся АЛ (рис. 212, а). В АЛ с гибкой связью между отдельными агрегатами и участками имеются межоперационные заде­лы, размещаемые в накопителях или в транспортной системе, отсут­ствует жесткое координирование во времени работы агрегатов: отказ какого-либо агрегата или участка не вызывает простоя остальных до тех пор, пока не выработан запас заготовок или не заполнена емкость для готовых деталей (рис. 212, в — ж).

Классификация AJL Структура и конструктивное выполнение AJI определяется ее назначением, принятым оборудованием и конкретны­ми условиями эксплуатации. AJI классифицируют по различным при­знакам.

По типу технологического оборудования AJI делят на следующие группы: 1. Из АС; 2. Из модернизированных универсальных станков, полуавтоматов и автоматов общего назначения (для обработки валов, дисков, зубчатых колес и т. д.); 3. Из специализированных и специ­альных станков, изготовленных только для данной AJI; 4 . Из станков с ЧПУ и транспортной системы с ПУ, которыми управляет единая УП.

По виду транспортных систем и способу передачи обрабатываемых заготовок со станка на станок различают АЛ: 1. Со сквозным транспор­тированием через рабочую зону (рис. 212, б — г). Используются в основном для обработки корпусных заготовок на АС; 2. С верхним транспортированием (рис. 212, в). Применяются для обработки заго­товок шестерен, фланцев, валов и других деталей; 3. С боковым (фронтальным) транспортированием (рис. 212, б). Используются при обработке заготовок коленчатых и распределительных валов, гильз, крупных колес; 4. С комбинированным транспортированием (рис. 212, з); 5. С роторным транспортированием, применяемым в роторных AJI, в которых процессы обработки и транспортирования заготовок час­тично или полностью совмещены во времени.

По типу расположения оборудования различают замкнутые (рис. 212, з) и незамкнутые (рис. 212, а — ж) AJI. В замкнутых АЛ загрузка заготовок и съем готовых деталей осуществляется в одном месте, что удобно, но доступ к агрегатам затруднен. Поэтому наиболее распрост­ранены незамкнутые АЛ с прямолинейным, Г-образным, П-образным и другим расположением оборудования.

По структурному построению различают АЛ: 1. С последовательным расположением оборудования (рис. 212, а); 2. С параллельно последо­вательным расположением (рис. 212, д), когда в участках АЛ работают по несколько станков, выполняющих параллельно одну и ту же опе­рацию, а участки в АЛ — последовательно.

По виду обрабатываемых заготовок различают АЛ для обработки корпусных заготовок, заготовок тел вращения и т. д.

По возможности переналадки АЛ делят на переналаживаемые и непереналаживаемые. На первых периодически выполняется перена­ладка оборудования с обработки заготовки одного типа на другой, незначительно отличающихся по размерам и геометрической форме.

Длинные AJI с целью уменьшения времени простоев разделяют на несколько самостоятельно функционирующих участков (рис. 212, г), между которыми устанавливают накопители. В АЛ высокопроизводи­тельных станков накопители могут быть установлены после каждого станка (рис. 212, в). Целесообразность установки накопителя и его вместимость определяют на основе технико-экономических расчетов. Накопители сокращают простои АЛ, но увеличивают ее стоимость. Вместимость накопителя обычно выбирают для обеспечения 15—120 мин безотказной работы AJI, исходя из производительности смежных стан­ков или участков.

Накопителем может служить специальное устройство в виде мага­зина, бункера или сама транспортная система 2 (рис. 212, д — ж).

Для упрощения установки и закрепления нежестких заготовок корпусов и других деталей (рис. 213) сложной конфигурации исполь­зуют специальные приспособления-спутники 2, которые обеспечивают сохранность ориентации расположенных на них заготовок при транс-
обработанных деталей

В)

Рис. 213. Схемы возврата приспособлений спутников в AJI

Портировании и обработке, во время которой спутник автоматически фиксируется и закрепляется на рабочих позициях AJI.

В таких AJI возврат спутников на рабочую позицию после снятия готовой детали 1 может выполняться различными способами: 1. В вертикальной плоскости конвейером возврата 3 (рис. 213, a), располо­женным над рабочим конвейером 4. Перемещение спутника в верти­кальной плоскости осуществляется подъемником 6 и опускателем 5. Подача спутника с заготовкой с рабочего конвейера 4 в станок 7 и обратно производится загрузочным устройством; 2. В горизонтальной плоскости сзади станков-конвейерами возврата <?(рис. 213, б), распо­ложенными на одной высоте с рабочим конвейером 4. Перемещение спутника в вертикальной плоскости осуществляется подъемником 6 и опускателем 5. Подача спутника с заготовкой с рабочего конвейера 4 в станок 7 и обратно производится загрузочным устройством; 3. В горизонтальной плоскости сзади станков-конвейерами возврата <?(рис. 213, б), расположенными на одной высоте с рабочим конвейером 4. Имеются AJ1, в которых конвейер возврата J расположен выше рабочего конвейера. В этом случае передающие конвейеры выполняются на­клонными. 4. В горизонтальной плоскости конвейерами возврата 3 и устройствами 6 для передачи спутников 2 между конвейерами 3 и 4 (рис. 213, в). По рабочим позициям AJI, где возврат разгруженных спутников отсутствует (рис. 213, г).

В ряде АЛ, предназначенных для обработки заготовок очень слож­ной формы (например, коленчатых или эксцентриковых валов), спут­ники 2 служат только для транспортирования заготовок 1 между станками 7. В этом случае заготовка снимается со спутника и перено­сится для обработки на станок портальным манипулятором, который перемещает по траверсе 11 каретку 9 с двумя захватами 10 для транс­портировки заготовок и деталей (рис. 213, в).

Роторные АЛ. По структуре роторные АЛ, используемые в массовом производстве, имеют существенные отличия от AJI, скомпонованных из АС и других станков, соединенных транспортной системой. Ротор­ные АЛ комплектуются из роторных автоматов, в которых все техно­логические операции выполняются в процессе непрерывного транспортного движения обрабатываемой заготовки вместе с инстру­ментом. Траектория транспортного перемещения изготавливаемой де­тали по всем станкам обеспечивается транспортными роторами. Высокая производительность роторных AJ1 обеспечивается числом позиций роторных автоматов и частотой вращения роторов.

Роторная АЛ (рис. 214) состоит из многошпиндельных роторных станков-автоматов 7, которые связаны между собой транспортными роторами 4, выполняющими посредством клещей загрузку заготовок на первый автомат, их передачу между автоматами выгрузку готовых деталей. В роторном автомате заготовки переносятся толкателями 2 из клещей в патроны 6 рабочих шпинделей. Шпиндели совместно с суппортами 5 и закрепленным на них режущим инструментом смон-

A — устройство для загрузки-выгрузки зубчатых колес на зубофрезерный станок, б— устройство для загрузки-выгрузки колец, втулок на одношпиндельний токарный автомат, в — устройство для загрузки-выгрузки шайб на сверлильный станок, г — двухваликовое устройство для подачи (отвода) колец и других деталей на бесцентровый круглошлифовальный автомат; 1 — фреза, 2 — поворотная рука для обработанных деталей, 3 — поворотная рука для заготовки, 4 — заготовка, 5 — кассета, 6 — деталь, 7—лоток, 8 — рука, 9 — лоток, 10 — ползун, 11 — гидроцилиндр, 12 — держатель детали, 13 — шпиндель станка, 14— клещи руки, 15— штырь разжима клещей, 16— кулачки приводов, 17— конусные валки, 18— регулируемая опора, 19— корыто, 20— механизм горизонтального пере­мещения валков, 21 — винт вертикального перемещения валков, 22 — рычаг, 23 — приводная цепь

Тированы на барабане, который медленно вращается на центральной неподвижной колонне 8. Суппорты получают необходимые перемеще­ния через тяги от неподвижного копира 7.

Применение AJI снижает себестоимость изготовления деталей, сокращает число рабочих и занимаемые площади. По сравнению с отдельно работающими АС скомпонованные из них AJI эффективнее в несколько раз: сокращается объем незавершенного производства. В AJI для выполнения разнообразных операций по загрузке заготовок, выгрузке готовых деталей, по межоперационному складированию, ориентации и перемещению в процессе изготовления используются различные автоматические загрузочные, ориентирующие, поворотные, транспортные устройства, механизмы контроля, устройства для отвода стружки. 354

Загрузочные устройства AJI. По месту расположения автоматиче­ские загрузочные устройства подразделяются на встроенные, являю­щиеся неотъемлемыми частями автоматов и работающие от общего привода (рис. 215, а), и на расположенные около автоматов и между участками AJ1, работающие от самостоятельного привода (рис. 215, б). По характеру подачи заготовок загрузочные устройства разделяют на устройства непрерывного (рис. 215, г) и циклического действия (рис. 215, в). Они имеют механический, гидравлический или пневматический привод.

Загрузочные устройства осуществляют накопление и выдачу заго­товки, полуфабрикатов или изделий в ориентированном положении и состоят из емкости и целевых механизмов: захвата; отсекателя; сбра­сывателя; привода. В зависимости от метода накопления устройства подразделяют на бункерные, магазинные и штабельные. В бункерных устройствах объекты производства в емкости находятся в неориенти­рованном положении. Посредством специального механизма они ори­ентируются и выдаются из бункерного устройства (рис. 216, а, д — з). В магазинных устройствах объекты производства размещаются в ем­кости в ориентированном положении в один ряд (рис. 216, б, в), а в штабельных устройствах — в несколько рядов или слоев (рис. 216, в, г> ж).

Загрузочные устройства по конструкции подразделяют на цепные, фрикционные, трубчатые, дисковые и лотковые. Заготовки могут перемещаться в бункере или магазине под действием цепи, подающего диска, толкателя вращающихся щеток вибрационного механизма и других механизмов, а также под действием сил гравитации (массы). Перемещение заготовок может быть прерывистым и непрерывным.

Транспортные системы AJL Системы классифицируются по различ­ным признакам: 1. По характеру транспортной связи между техноло­гическим оборудованием AJI различают транспортные системы синхронные (жесткие) и несинхронные (гибкие). В AJI из АС для изготовления корпусных деталей наиболее часто используют транспор­тные системы с жесткой связью технологического оборудования, к которым относятся конвейеры с убирающимися собачками (рис. 217) или поворачивающимися фланцами (рис. 217, б). Для сокращения простоев оборудования в AJI с жесткой связью применяют конвейеры с управляющими собачками (рис. 217, е), выполняющими небольшое межоперационное накопление объектов производства между станками. В AJI с гибкой связью, которые используют в основном для обработки заготовок тел вращения, чаще всего используют транспортные системы в виде цепных, роликовых, винтовых, вибрационных конвейеров (рис. 217, в, з, ж, и, д), подъемников (рис. 217, к, л), лотков (рис. 217, г). При гибкой связи координация перемещений объектов производства в AJI отсутствует. 2. По характеру перемещения объектов производства в AJI различают транспортные устройства циклического (рис. 217, а,

А — бункер с траком, б — магазин со спиральным лотком, в —магазин со щетками перемещения деталей, г — магазин с змееобразными лотками, д — бункер с дисковым захватом, е — бункер с ножевым захватом, ж — бункер с барабанным захватом, з — вибрационный бункер; 1 — чаша, 2 — деталь, 3 — трак для подъема деталей, 4 — наклонная планка трака, 5— привод с электродвигателем, б —лоток выдачи, 7—лоток для сброса деталей в чащу, сошедших с планок, 8 — цепная передача для перемещения планок, 9—стойка, 10 — спиральный лоток, 11 — держатель лотка, 12 — диск с лотком в ваде архимедовой спирали, 13— переходной наклонный лоток, 14— щетка, 15 — вал, 16 — змееобразные лотки, 77— механизм распределения деталей по лоткам, 18— механизм выдач деталей в лоток, 19 — диск с радиальными карманами для захвата деталей, 20 - огсекатель, 21 — нож для захвата и подачи деталей, 22— шибер для подачи деталей, 23— барабан, 24 — конвейер отвода деталей, 25— привод шибера, 26— конвейер подвода деталей, 27— наклонный пружинный стер­жень, 28— верхний башмак стержня, 29 — вибратор, 30- приемник выдачи деталей, 31 — якорь вибратора, 32— сердечник электромагнита, 33 — катушка электромагнита, 34 — нижний башмак стержня, 35— пружинный амортизатор

/— подвижная штанга, 2— убирающаяся собачка, 3 — перемещаемая деталь, 4 — направляющая, 5— поворачивающийся флажок, 6 — гидроцилиндр, 7— механизм приема деталей, 8 — втулочно-ро- ликовая цепь, 9 — палец, 10 — привод с электродвигателем, 77 - механизм выдачи деталей, 12 — стальная лента, 13 — шарикоподшипниковая опора, 14— скоба, 75—наклонная пружина, 16 — лоток, 17— вибратор лотка, 18— рычаг контроля наличия детали, 19— подвижная соединительная планка, 20 — ролик, 21 — управляемая толкающая собачка, 22 — упор, 23 — звено, 24— вал с прива­ренной спиралью (винт), 25— корыто; 26 — отсекатель, 27— копир для сбрасывания деталей с площадки, 28— площадка на цепи, 29— механизм передачи движения рольганговому устройству, 30— столик с рольганговым устройством б, е, л) и непрерывного действия (217, а, д, ж, з, и, к). 3. По способу перемещения объектов производства транспортные системы подразде­ляют на системы с перемещением под действием силы гравитации (рис. 217, г), с принудительным перемещением (рис. 217, а — з, к, л) и с перемещением смешанным способом. 4. По целевому назначению транспортные системы подразделяют на системы межоперационного и межстаночного обслуживания (рис. 2 17, и, г и др.) и для удаления отходов — стружки (рис. 217, и).

Механизмы изменения ориентации AJI выполняют поворот заго­товок на 90° и 180°. Для изменения ориентации корпусных заготовок используют барабаны для поворота вокруг горизонтальной оси, столы для поворота вокруг наклонной оси. Изменение ориентации заготовок тел вращения происходит при их транспортировании в лотках.

Системы управления АЛ. Выполнение заданного цикла работы отдельных механизмов в автомате отдельных встроенных единиц обо­рудования в AJI осуществляется системами автоматического управле­ния. Заданная последовательность работы оборудования АЛ обеспечивается своевременной подачей однозначных команд привод­ным и исполнительным органам станков и механизмов. В общем случае система управления АЛ состоит из трех типов устройств, служащих для получения информации, ее преобразования и передачи, использования информации дополнительными механизмами. В систему управления АЛ входит ряд подсистем: блокирования, контроля размеров обраба­тываемых заготовок, сигнализации и т. д. В задачи системы управления AJ1 входит автоматическое нахождение места появления отказа и определение его характера получение информации для управления эксплуатацией оборудования, данных о производительности AJI, учет и анализ простоев, контроль состояния режущего инструмента.

Для управления АЛ часто используют путевой контроль на основе релейно-контактной аппаратуры. Системы управления AJI строятся также на основе командоаппаратов — программируемых контроллеров (ПК), представляющих собой малые управляющие машины, выпол­ненные на элементах вычислительной техники. Выпускаются два вида ПК: 1. Малые ПК-ПКМ, служащие только для управления циклом работы оборудования; 2. Большие ПК-ПКБ, обеспечивающие управ­ление циклом и организацию технического обслуживания оборудова­ния.

Систему управления АЛ строят двухуровневой. Нижний уровень организован на базе ПК, а верхний — на базе ЭВМ. Состав управля­ющего оборудования определяется структурой АЛ. В системе управле­ний АЛ с жесткой связью на нижнем уровне ПКБ управляет циклом работы АЛ, осуществляет диагностирование оборудования и ряд фун­кций диспетчирования, а малая ЭВМ верхнего уровня накапливает и обрабатывает статистическую информацию. Такая ЭВМ может быть общей для нескольких систем управления АЛ (рис. 218, а). В системе
управления AJI с гибкой связью работой каждого станка управляет индивидуальный ПКМ (рис. 218, б). При отказе какого-либо станка или ПКМ AJI не останавливается, используя для работы межстаночные заделы. ПКМ объединяются посредством ПКБ или малой ЭВМ, которые управляют только техническим обслуживанием AJI.

Конструкции AJL Автоматические линии создают для изготовления деталей крупносерийного и массового производства: корпусов, валов, шестерен и т. д. Создают также комплексы AJ1 для изготовления изделий, например шариковых, роликовых и карданных подшипников качения.

AJI для обработки валов. В таких AJI технологическое оборудование располагают перпендикулярно или параллельно относительно транс­портной системы. В первом случае транспортная система обычно проходит сквозь оборудование, а во втором случае располагается перед станками или над ними.

В AJ1 для изготовления валов электродвигателей (рис. 219, а) конвейер 2 расположен с передней стороны станков-автоматов (на уровне центра) и перемещает заготовки валов из магазина 1 к фрезер - но-центровальному 3 и далее последовательно к токарным 4—1, накатному 8, шлифовальному 9и шпоночно-фрезерному 10 автоматам,

"ЧНИ1

Рис. 219. AJ1 обработки валов электродвигателей:

А — общий вид, 6— маршрут обработки; / — фрезерно-центровальная операция, //—токарная, ///— накатная, /К— шлифовальная, К— шпоночно - фрезерная

На которых выполняется обработка согласно маршруту, данному на рис. 219, б. Загрузку обрабатываемых заготовок в рабочие зоны всех станков (кроме накатного) и их выгрузку на конвейер 2 выполняют питатели 12. На накатном станке подачу и выдачу валов осуществляет конвейер 2, который доставляет их непосредственно в зону обработки. Между токарными станками 5 и 6 расположен кантователь 77, служа­щий для поворота вала на 180°. Делитель потока, установленный между двумя токарными станками 7, обеспечивает их параллельную работу. В конце AJI расположен магазин для хранения готовых деталей.

AJ1 для обработки отверстий в головке цилиндра 6трактора состоит из шести агрегатных станков 7, Д 4, 5, 7, 9 (рис. 220). Через их рабочие зоны конвейер 8 перемещает заготовку 10 с предварительно обрабо­танными плоскостями. Станок 7 выполняет сверление отверстий и снятие фасок на боковых сторонах заготовки. Станок 2 осуществляет сверление отверстий под углом, нарезание резьбы под винты, зенке - рование и развертывание отверстий под контрольные штифты на боковых сторонах. Затем обрабатываемая заготовка поворачивается на поворотном случае 3 в горизонтальной плоскости на 90° и подается на станок 4, который выполняет сверление отверстий со снятием фасок в основании и в верхней плоскости заготовки. Станок 5 производит сверление отверстий со снятием фасок под крышку на передней стороне, а также зенкерование отверстий в основании и нарезание резьбы в верхней плоскости. Станок 7 осуществляет нарезание резьбы в отверстиях в основании. Затем барабан 8 поворачивает заготовку в вертикальной плоскости на 90° и подает ее на станок Р, на котором нарезается резьба на передней и сверлятся отверстия со снятием фасок на задней стороне детали. Далее деталь подается на смежную AJI для последующей обработки.

Переналаживаемые AJI (ПАЛ) используются в крупносерийном и массовом производстве, ПАЛ могут переналаживаться вручную, авто­матически или комбинировано на одновременную или последователь­ную обработку группы однотипных по размерам и технологии изготовления заготовок. ПАЛ компонуют из тех же элементов, что и непереналаживаемые AJ1. В ПАЛ предусматривают резервные позиции для заготовок с частично измененной конструкцией. Эти позиции оснащены устройствами для установки и закрепления заготовки и дополнительными силовыми механизмами, которые кроме движения подачи могут перемещаться по одной-двум координатам. Силовые механизмы с поворотными устройствами обеспечивают поочередную автоматическую подачу в зону обработки до 4-6 многошпиндельных коробок или отдельных режущих инструментов. При переналадке ПАЛ для обработки заготовок другого типа заменяют базирующие устрой­ства, элементы инструментальной наладки, регулируют приводы на новые режимы резания, переналаживают системы управления. ПАЛ управляются посредством ПК.

На рис. 221 показана схема ПАЛ для обработки заготовок четырех типоразмеров корпусов редукторов. В состав ПАЛ входят десять агре­гатных станков (CI — С10), которые соединены конвейером. Обработ­ка выполняется на спутниках четырех типоразмеров. Заготовки загружаются на позиции 7, готовые детали, пройдя через контрольные позиции J, разгружаются на позиции 5. На позициях 4 расположены поворотные столы (угол поворота 90°). На позиции 2 имеются два переналаживаемых АС с устройством для автоматической смены че­тырех шпиндельных коробок. Посредством каждой из них обрабаты­вается заготовка определенного типоразмера. Переналадку ПАЛ на следующий типоразмер заготовки выполняют один раз в неделю. Время переналадки 4 ч. 362