Справочник технолога-машиностроителя
Глава 7. ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ НА АГРЕГАТНЫХ СТАНКАХ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ

Автоматические линии в простейшем ва­рианте компонуют на базе агрегатных стан­ков, соединенных транспортной системой принудительного перемещения заготовок штангами или в спутниках. В первом случае после каждого цикла обработки заготовки ав­томатически передвигаются и закрепляются в стационарных приспособлениях, располо­женных на рабочих позициях, а во втором — в спутниках, которые периодически переме­щаются на протяжении всего процесса обра­ботки и также фиксируются на рабочих пози­циях. Стабильная точность обработки на автоматических линиях во многом зависит от устранения или уменьшения износа в резуль­тате трения между перемещающимися частя­ми оснастки. Спутники или силовые головки, которые поворачиваются вокруг своих осей и перемещаются в процессе обработки, реко­мендуется выполнять на воздушных подушках (рис. 29). В свою очередь, продольное переме­щение спутника и его фиксацию также следует выполнять с учетом предохранения базирующих поверхностей от изнашивания (рис. 30), что особенно важно для чистовых операций. После окончания рабочего цикла (рис. 30, а) гидроцилиндр 6 с помощью кулачка 10 отодви­гает спутник 1 от базирующих упоров 7—9, а штанга 2 перемещает его на следующую по­зицию обработки (рис. 30,б). После этого гидроцилиндр 6 срабатывает в обратном напра­влении и фиксирует спутник 1 (рис. 30,б); одновременно срабатывает система 3-5 бло­кировки. При применении бункерной загрузки заготовок группа роторных агрегатных стан­ков может быть превращена в роторную или роторно-цепную автоматическую линию.

В автоматизированном производстве пере­дачу заготовок обеспечивают межопера­ционные транспортные системы: гравитаци­онные — для заготовок с массой до 10 кг; с приводными функционными роликами или подвесными толкающими конвейерами — при большей массе.

Загрузку или разгрузку заготовок после обработки выполняют роботы. В качестве примера на рис. 31 приведен манипулятор, вы­полняющий загрузку (разгрузку) заготовок на восьмиместный поворотный стол специально­го четырехшпиндельного вертикального расточного станка в автоматической линии обра­ботки чугунных гильз автомобильного двига­теля. Смонтированное на колонне гидравличе­ского устройства поворотное коромысло несет на каждом плече по четыре оправки с убираю­щимися сухарями, которые свободно проходят через отверстие в гильзе и разводятся, удержи­вая ее на весу (рис. 31,а). Захватив со спутника транспортной системы четыре заготовки, ко­ромысло поднимается, поворачивается и за­гружает их на свободные позиции стола рас­точного станка. Одновременно подается команда на автоматический зажим гильзы по двум пояскам (рис. 31,б). Аналогично, но в обратном порядке, происходит разгрузка расточенных гильз для передачи их на после­дующую обработку.

На простых автоматических линиях не всегда можно выполнять все операции обра­ботки данного изделия, и часть из них прихо­дится «доделывать» на отдельно установлен­ном оборудовании вне линии, что влечет дополнительные затраты труда. Создание комплексных автоматических линий позволяет выполнять на них разнообразные операции: сверление и развертывание с подачей СОЖ под давлением, запрессовку втулок и другие путем установки соответственно модернизиро­ванного оборудования. Для бесперебойной ра­боты автоматических линий в их состав вклю­чают накопители заделов, питающие заготов­ками соответствующие участки линии при выходе из строя отдельных станков или в период их переналадки; моечные машины и установки для обдувки заготовок; кантова­тели для вытряхивания стружки; стенды для хранения и настройки инструмента (блоков) с счетчиками рабочих циклов и сигнализацией на смену инструмента, а также другое вспомо­гательное оборудование.

В эксплуатации автоматических линий важ­ную роль играет рациональный способ удале­ния стружки. Для транспортирования стружки применяют различные виды конвейеров, а так­же транспортируют ее с помощью потока СОЖ. Существуют автоматические линии, в том числе переналаживаемые, на которых транспортирование заготовок выполняют ро­боты. На рис. 32 показана переналаживаемая линия, предназначенная для обработки двух модификаций поворотных кулаков (Iк — мас­сой 8 кг; IIк — массой 12 кг) грузовых автомо­билей (производительностью 50 шт/ч), посту­пающих после токарной обработки на другой автоматической линии. Подаваемые конвейе­ром Т заготовки оператор устанавливает на позицию I агрегатного станка С1 для сверле­ния и развертывания базового отверстия, про­веряет их на контрольном стенде K1 и уклады­вает в вращающийся накопитель H1. Робот Р1 забирает заготовку из накопителя H1, подает ее на позицию продувки П1, поворачивая при этом для полной очистки от стружки, и пере­мещает в вертикальном положении над пози­цией II фрезерного станка С2 с двумя фре­зерными головками. На столе станка устано­влено два приспособления: первое для базиро­вания и крепления заготовки во время фрезерования от позиции II до позиции III, а второе — для базирования и крепления заго­товки во время фрезерования от позиции III до позиции IV. При отводе стола в исходную позицию II подается приспособление без заго­товки, робот Р1 опускается, продувает приспо­собление, позиционирует заготовку на приспо­соблении и дает команду на ее крепление, после чего отводится и дает команду на нача­ло рабочего цикла Устройство, смонтирован­ное на позиции III, опускается, продувает при­способление, снимает обработанную заготов­ку, после чего стол возвращается в исходное положение (позиция II) к устанавливает заго­товку во втором приспособлении, которое вместе со столом перемещается на позицию IV, завершая фрезерование. Робот Р2 снимает заготовку с позиции IV, подает ее па установ­ку П2 для продувки и устанавливает в верти­кальном положении на позицию V фрезерного станка СЗ, рабочий цикл которого аналогичен циклу станка С2. На позиции VII робот Р3 снимает заготовку, продувает ее на установке П3 и переносит на сверлильный агрегат С4, на котором в автоматическом цикле производит­ся обработка отверстий под шкворень и вы­грузка заготовок на конвейер, подающий их к станкам для чистовой обработки. При пере­наладке линии на обработку кулаков Iк опе­ратор налаживает станок С1, для чего за 25 мин он меняет установочные штифты и за­жимы на приспособлении, в то время как на линии продолжается обработка кулаков Iк, по­ступающих из накопителя H1. После того как заготовки кулаков Iк кончатся, фрезерный ста­нок С2 останавливают и монтируют на нем оснастку для обработки кулаков IIк. Тем вре­менем на станке С1 обрабатывают заготовки кулаков IIк, и оператор укладывает их в нако­питель Н1, а на станках С1 и С2 продолжается обработка заготовок кулака Iк, поступающих из накопителя Н2. После отладки станка С2 и истощения запаса заготовок кулака Iк в на­копителе H2 робот P1 начинает загружать за­готовки кулака IIк из накопителя Н1 на ста­нок С2, а робот Р2 выгружает их в накопитель H2. Одновременно заменяют оснастку на фре­зерном станке С3 и аналогичным образом переналаживают остальные участки линии.

Автоматические линии для обработки тел вращения — валов, фланцев и других подоб­ных деталей компонуют из токарных - ко­пировальных, многорезцовых и тому подоб­ных станков, объединенных общей транспорт­ной системой.

Кроме автоматических линий с принуди­тельным перемещением обрабатываемых заго­товок, существуют также линии челночного типа с отдельно смонтированным кару­сельным столом, на котором размещены два зажимных устройства: одно для разгрузки и загрузки заготовок, а другое — рабочее. Обрабатывающие головки (фрезерные, рас­точные, сверлильные или резьбонарезные), смонтированные на общих направляющих, по­следовательно подают в зону обработки и по­сле окончания цикла возвращают в исходное положение.

На рис. 33 представлена разновидность описанной автоматической линии с неподвиж­ной заготовкой крупной корпусной детали, к которой периодически подводят сменные агрегаты с инструментами — многошпиндельные головки (модули), размещенные на замкнутом транспортном устройстве. По за­данной программе головки автоматически перемещаются на рабочую позицию, закрепляются на силовой головке, совершают рабо­чий в обратный ход, после чего отключаются и поступают на кантователь, который в горизонтальном положении укладывает их на транспортное устройство для последующего использования в работе.

С целью сокращения неперекрываемого вспомогательного времени на смену и уста­новку заготовки предложена автоматическая линия (рис. 34,а), предусматривающая закре­пление заготовки на сменном поддоне, ко­торый автоматически подается на поворотный рабочий стол и монтируется на нем. Наличие второго сменного поддона позволяет за время обработки заготовки снять готовую деталь и установить новую заготовку.

Описанные автоматические линии являют­ся гибкими переналаживаемыми системами, что делает их рентабельными в условиях се­рийного производства видоизменяющейся продукции.

На комплексных автоматических линиях осуществляют механическую обработку, за­калку ТВЧ, мойку, контроль и сборку. На этих линиях выполняют различные фрезерные, токарные, сверлильные и прецизионные опера­ции, обеспечивая 6-й квалитет точности и па­раметр шероховатости поверхности Rа ≤ 0,16 мкм. Линии оснащают средствами операцион­ного и приемочного автоматического контро­ля, адаптивного управления, микропроцессомониторными системами и мини-компь­ютерами, управляющими технологическим процессом, следящими за технической диагно­стикой состояния оборудования и инструмен­та, а также учитывающими загрузку оборудо­вания, выпуск продукции и т. п.

В автоматизированном производстве ши­роко применяют сборный инструмент с СМП (рис. 35).

Для использования твердого сплава с изно­состойким покрытием, минералокерамики и сверхтвердых материалов (СТМ) в конструк­циях инструмента необходимо оборудование с повышенной жесткостью, мощностью, часто­той вращения шпинделя и скоростью подачи. Инструмент с СМП позволяет вести обработку с высокими режимами резания, например сверление при v ≥ 200 м/мин, торцовое фрезе­рование при s ≥ 2000 мм/мин, растачивание чугуна резцами из минералокерамики при v ≥ 800 м/мин и т. п. Для сокращения вспомо­гательного времени следует автоматизировать загрузку, закрепление и выгрузку заготовок, форсировать скорость вспомогательных ходов головок до 20 м/мин, скорость транспортиро­вания заготовок до 35 м/мин, применять бы­стросменный инструмент с наладкой вне стан­ка и хранением на линиях в инструментальных шкафах или на специально оборудованных стендах, облегчить установку и закрепление крупногабаритных фрез, использовать гидро­смыв стружки и очистку от нее приспособ­лений. Непосредственно за станками точного растачивания отверстий устанавливают при­боры автоматического контроля диаметров, подающие сигналы на автоматическую подналадку резцов (рис. 36). При шаге резьбы 1 мм на винте 2, угле наклона конца тяги 4 1°9' и повороте вала шагового двигателя на 36º диаметр растачиваемого отверстия изменяется на 4 мкм.

Компоновка комплексной автоматической линии для обработки, контроля и сборки четырех основных алюминиевых деталей ко­робки передач легкового автомобиля с про­изводительностью 150 шт/ч показана на рис. 37. На линии предусмотрены быстросменное крепление инструмента, наладка его вне стан­ков и хранение в инструментальных шкафах, устройства для сигнализации о поломке ин­струмента, автоматический контроль и авто­матическая подналадка инструмента на опера­циях окончательного растачивания, межопера­ционные накопители вместимостью 50 загото­вок каждый. Контроль цикла выполняют программируемые контроллеры с возможностью мониторизации с помощью мини-компьютера. Комплекс состоит из пяти авто­матических линий, расположенных на участке длиной 215 м, площадью 1700 мг. Помимо ме­таллорежущего оборудования в комплекс вхо­дят сборочный агрегат, пять контрольных установок, пять автоматических моечных ма­шин, 20 конвейеров и три накопителя. Всего выполняется 16 операций фрезерования, 176 операций сверления, снятия фасок и резьбонарезания, 37 операций получистового и чисто­вого растачивания, в том числе: на линии АЛ1 (обработка переднего корпуса): операция 10—черновое и чистовое фрезерование, сверле­ние, снятие фасок, резьбонарезание, черновое и получистовое растачивание; операция 20 — чистовое растачивание; операция 30 — мойка и продувка; операция 40 — кон­троль; на линии АЛ2 (обработка задней кры­шки): операция 10 — черновое и чистовое рас­тачивание, сверление отверстий, снятие фасок и резьбонарезание; операция 20 — запрессовка втулки; операция 30 - чистовое растачивание; операция 50 — контроль, на линии АЛЗ (обра­ботка удлинителя коробки передач): операция 10 — черновое и чистовое фрезерование, свер­ление отверстий, снятие фасок, резьбонареза­ние, получистовое растачивание отверстий, операция 20 — мойка и продувка; операция 30 — контроль, после чего изделие переме­щается на линию АЛ4 для последующей сбор­ки с картером коробки передач. На линии АЛ4 операция 10 — черновое и чистовое фрезе­рование, сверление, снятие фасок, резьбонарезание, получистовое растачивание; операция 20 — мойка и, продувка; операция 30 — кон­троль; операция 40 — десятипозиционный ав­томатический сборочный агрегат; операция 60 — мойка и продувка; операция 70 — автома­тический контроль размеров, параллельности, перпендикулярности основных осей и плоско­стей, после чего специальное устройство за­хватывает узел и передает его на участок сборки.

Гибкое автоматизированное производство (ГАП) функционирует на основе безлюдной технологии. Работа всех производственных компонентов ГАП — технологического обору­дования, складских и транспортных систем, участков сборки и других координируется как единое целое многоуровневой системой упра­вления, обеспечивающей изменение про­граммы, быструю перестройку технологии при смене объектов производства. ГАП, охваты­вая все предприятие в целом или отдельные участки и линии, рассчитано на мелкосе­рийный и единичный выпуск изделий в одну, две или три смелы без непосредственного уча­стия рабочих в производственном процессе.

В общем случае ГАП состоит из исполни­тельной и управляющей систем, в которые входят соответствующие подсистемы: техно­логическая, включающая станки, технологиче­ские установки, промышленные роботы, кон­трольно-измерительные устройства и стенды; транспортная, состоящая из модулей, осу­ществляющих перемещение заготовок, деталей и готовых изделий, а также удаление отходов производства; складская, обеспечивающая прием, хранение, выдачу и учет заготовок, го­товых изделий и инструмента; управления, со­стоящая из средств вычислительной техники — ЭВМ, связанных в единый комплекс с по­мощью специальных устройств и линий пере­дачи данных, и совокупности программ, реализуемых ЭВМ и управляющих как от­дельными единицами оборудования, так и системой в целом.

В качестве вариантов ГАП возможно со­здание производственных комплексов для обработки деталей типа тел вращения или корпусных деталей, состоящих из 10 — 12 стан­ков, связанных транспортной системой и упра­вляемых ЭВМ, или гибких производственных систем (ГПС), также управляемых ЭВМ. В ГПС входят станки типа обрабатывающий центр, системы транспортирования, загрузки и разгрузки, управления потоком материалов и всем технологическим процессом, что позво­ляет резко повысить коэффициент использования оборудования и эффективность производ­ства в целом.

Применение в ГПС роботов, станков с ЧПУ, многооперационных станков с инстру­ментальными магазинами, многоопера­ционных станков модульного типа со сменны­ми многошпиндельными головками (см. рис. 33, 34), загрузочно-разгрузочных устройств и транспортных тележек с направляющим ка­белем, управляемых ЭВМ, позволяет выпол­нять обработку партий деталей в условиях ча­сто переналаживаемого производства с минимальными затратами труда.

Для автоматизации инженерного труда со­зданы автоматизированная система научных исследований (АСНИ), система автоматизиро­ванного проектирования (САПР), автоматизи­рованная система управления технологической подготовкой производства (АСУТПП), автома­тизированная система управления производ­ством (АСУП) и др., что расширяет творческие возможности ИТР, а в отдельных случаях поз­воляет передавать данные о конструкции и технологии производства изделий непосред­ственно ЭВМ, управляющими станками и тех­нологическими установками.