Научно-техническая революция существенно влияет не только на внешний вид новых изделий, но и на технологию их изготовления. В производство смело внедряются прогрессивные технологии, основанные на ультразвуковом и лазерном принципах, мембранная и плазменная технология, технология сверхвысоких давлений и импульсных нагрузок, виброударный принцип в резонансном режиме и др.; совершенствуются также традиционные технологии. Новые виды обработки требуют нового оборудования и нового подхода к управлению технологическими процессами. Управление современным технологическим оборудованием осуществляется комплексно, в неразрывной связи с работой этого оборудования. Автоматизация производственных процессов и управление работами осуществляются при помощи программ с использованием вычислительной техники. Автоматические поточные линии позволяют создавать автоматические участки, цехи, заводы, работающие без участия людей. Такое автоматическое оборудование применяется главным образом в крупносерийном и массовом производствах. Эти линии предназначены для обработки определенных изделий и не обладают универсальностью. Переход на выпуск другой продукции требует перестройки линии и замены оборудования, которая вызвана тем, что станки-автоматы практически не поддаются переналадке.
Согласно статистике, в промышленности около 75 % всех механически обрабатываемых деталей изготовляется партиями по 50 шт. и менее. Оборудование, на котором изготовляются эти детали, оправдает себя при возможности быстрой переналадки его на выпуск другого типоразмера деталей. Такими свойствами обладает новая, прогрессивная технология обработки деталей при помощи комплексной автоматизации всех операций, выполняемых на быстропереналаживаемом оборудовании с числовым программным управлением (ЧПУ). Оборудование работает по программе, заложенной в компьютерное устройство. Стоит лишь сменить программу, заложить в магазин обрабатывающего центра (ОЦ) новый набор инструментов, и станок готов к изготовлению новой детали. Подача заготовок и прием готовых деталей производятся при помощи роботов-манипуляторов и транспортных тележек, работающих по программе, заложенной в ЭВМ.
Использование быстропереналаживаемого оборудования позволяет создать гибкое автоматизированное производство (ГАП). ГАП предназначено для автоматизированного выпуска продукции в многономенклатурном и мелкосерийном производстве с учетом приспособления к быстроменяющимся производственным условиям и сменяемости номенклатуры выпускаемой продукции.
ГАП состоит из двух основных систем: гибкой автоматизированной производственной системы (ГПС) и автоматизированной системы управления (АСУ), использующей микропроцессоры и ЭВМ. Каждая система имеет свою структуру. В гибкое автоматизированное производство входит автоматизированная технологическая система, транспортная система, системы автоматизированного складирующего оборудования, контрольно-измерительного оборудования и др.
Главные практические достоинства гибких производственных систем (ГПС) заключаются в следующем;
1) повышается мобильность производства. Технологическое оборудование способно выполнять различные операции обработки с быстрой сменой инструмента и широким диапазоном изменения режимов обработки. С этой целью обеспечивается концентрация операций и расширение технологических возможностей оборудования за счет оснащения его сложными револьверными головками, в том числе и индивидуальным приводом инструмента и др.;
2) сокращаются сроки перехода на выпуск новой продукции; время переналадки уменьшается в среднем на 50%, а в некоторых случаях на 75 %;
3) автоматизируется выполнение всех вспомогательных функций, включая диагностику работы и состояние оборудования на всех уровнях.
ГПС относится к категории сложных систем. В их создании участвуют технологи, конструкторы, специалисты в области электроники, программисты, экономисты и др. Решения, принимаемые этими специалистами, имеют большое значение для работы системы и могут вызывать удорожание или удешевление ее. Если стоимость существующих ГПС колеблется от сотен тысяч до десятков миллионов рублей, то очевидным становится ответственность разработчиков, принимающих решения по устройству системы. Принятие неоптимальных решений и ошибки при разработке повышают затраты и затягивают сроки внедрения ГПС.
Разработка ГПС представляет собой взаимоувязанные решения таких вопросов, как проектирование технологических процессов, выбор и разработку новых видов базового оборудования и их структурно-компоновочную расстановку, разработку средств системы обеспечения функционирования технологического оборудования и организацию работы системы. Применение эмпирических методов разработки, основанных на интуиции, не всегда приводит к желаемым результатам. Только применение научных методов с использованием систем автоматического проектирования позволит учесть доминирующие связи всех компонентов, минимизировать риск ошибок и создать оптимальную ГПС.
Общим характерным признаком ГПС является гибкость. Гибкость выражает динамичность, изменчивость системы, возможные внутренние перестройки и преобразования.
Гибкость системы должна быть рассмотрена вместе с изучением ее технологических возможностей. Гибкость ГПС есть свойство быстро и целенаправленно изменять технологические возможности в пределах своего технологического потенциала путем перестройки (переналадки) морфологической и функциональной организации в соответствии с требованиями производственной ситуации при минимально возможных трудовых (материальных) затратах.
Важной характеристикой гибкости ГПС является ее живучесть, которая проявляется при выходе из строя одного или нескольких станков ГПС. Закрепленные за отказавшими станками детали обрабатываются на исправных станках за счет перераспределения технологических функций между ними. Степень перераспределения, осуществляемая управляющей ЭВМ, характеризует живучесть системы.
Основу ГПС составляют станки с числовым программным управлением (ЧПУ); обрабатывающие центры (ОЦ); универсальные приспособления со стандартными крепежными элементами для обработки деталей; стандартный комплект режущего инструмента с оснасткой; сопроводительная оснастка (тара, спутники, поддоны); транспортно-накопительная система для создания заделов и оперативного перемещения по соответствующим адресам заготовок, деталей, инструмента и приспособлений; устройства автоматической установки и снятия деталей на станке; контрольно-измерительная техника и измерительный инструмент.
Достижение гибкости металлорежущих станков и ОЦ с ЧПУ базируется на создании комбинированных многошпиндельных обрабатывающих центров (модульный принцип) с магазинами сменных многошпиндельных коробок и магазинами единичных стержневых инструментов. В процессе работы обрабатывающего центра смена инструмента в шпинделе выполняется в соответствии с программой обработки детали. Каждый последующий инструмент вступает в работу после окончания использования предыдущего. Смене каждого инструмента предшествует выполнение процедуры поиска очередного инструмента в накопителе магазина.
Для достижения гибкости формируются гаммы агрегатных узлов, позволяющих создавать различные компоновки одно- и многошпиндельных и комбинированных центров. Построенное по этому принципу оборудование обладает производительностью агрегатных станков и гибкостью обрабатывающих центров. Сменные головки располагаются в магазинах по 4—12 позиций в каждом и образуют мультицентры. Подача сменных головок в рабочую зону станка осуществляется автоматическим манипулятором по команде управляющей программы. Станок, в котором может заменяться как инструмент, так и многошпиндельная головка, называется «блок-центром». Разрабатывается «глобус-центр», способный изготовлять детали со сферическими поверхностями. В перспективе будет разрабатываться «агрегат-центр», который можно состыковать с центральной управляющей ЭВМ и роботизированной транспортной системой. Станки оснащаются устройствами контроля точности обработки изделий, системами автоматизированной размерной наладки и целостности инструмента. В качестве транспортного средства в ГПС успешно применяются самоходные тележки с разными системами управления. Работу оборудования ГПС осуществляет система ЧПУ, управляемая ЭВМ. Если раньше ЭВМ размещалась отдельно от станка, то теперь миниатюрные микропроцессоры и микроЭВМ легко вписываются непосредственно в станок.
Современная система ЧПУ станком — классическая схема управления: источники информации (датчики) об объекте управления и внешней среде; исполнительные устройства (двигатели, контакторы, муфты); вычислительно-управляющее устройство. Для ввода информации управляющих программ в системе ЧПУ используются такие программоносители, как перфоленты, штекерные панели, а также блоки памяти на ферритовых кольцах и полупроводниковых интегральных схемах. Система управления может осуществлять: выбор и выполнение операций; распознавание и перемещение спутников; смену обрабатываемых деталей; поиск требуемых инструментов, который производится при перемещении магазина или шпиндельного узла с целью сокращения времени на смену и увеличение надежности диагностики состояния (износа) инструмента; изготовление деталей с контролем заданных размеров непосредственно на детали (активный контроль) либо измерением текущих координат рабочих органов станка путем сравнения их со значениями запрограммированных координат (косвенный контроль); управление и диагностику подсистем процесса обработки.
Новые автоматические технологии способствуют исключению ошибок и неточностей, допускаемых человеком, из процесса обработки. Одновременно они обеспечивают надежность и высокое качество изготавливаемых изделий.
Глава 4 ПРОЕКТНЫЕ СТАДИИ РАЗРАБОТКИ ИЗДЕЛИЯ