ГЛАВА 7. ПРИНЦИПЫПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТАНОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Современные многооперационные станки с ЧПУ являются одним из основных видов металлообрабатывающего оборудования, которое используется на машиностроительных заводах страны. Этому способствует не только достигаемая на этих станках высокая степень автоматизации обработки, но и возможность быстрой переналадки их на изготовление любой номенклатуры деталей, т. е. обеспечивается возможность гибко перестраивать технологический процесс механической обработки. Поэтому, в первую очередь, многооперационные станки с ЧПУ нашли широкое применение в мелкосерийном производстве, которое составляет 60...70 % для многих отраслей машиностроения. Однако отечественный и зарубежный опыт эксплуатации оборудования с ЧПУ показывает, что коэффициент его использования в мелкосерийном производстве составляет 0,4...0,6 из-за потерь времени на переналадку станков, наличия незавершенного производства, односменной работы вместо двухсменной и других организационных вопросов. Для повышения эффективности использования станков с ЧПУ многие предприятия проводят работы по созданию гибких производственных систем, состоящих из оборудования с ЧПУ и управляемых от ЭВМ.
Создание гибких производственных систем
на базе оборудования с ЧПУ
Под гибкой производственной системой (ГПС) понимают совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающую свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик (ГОСТ 26228-85).
Понятие ГПС является обобщающим, не зависящим от уровня автоматизации, организационных признаков (линия, участок, цех), вида выполняемой обработки и разновидности изготовляемых изделий. Состав оборудования ГПС формируется в зависимости от типа производства (единичного, серийного), номенклатуры изготовляемых деталей, сложности и объема выполняемых операций механической обработки, степени автоматизации, технико-экономической эффективности от внедрения производственной системы. Классификация ГПС определена по ГОСТ 26962-86.
Гибкая производственная система включает в себя ряд многооперационных станков с ЧПУ, специальные устройства для автоматической загрузки и разгрузки деталей, автоматизированные транспортно-накопительные системы заготовок и инструментов, управляющий вычислительный комплекс на базе ЭВМ, автоматизированную систему программного обеспечения для управления всей производственной системой. В ГПС автоматизируются практически все технологические операции, что позволяет обеспечить наиболее высокий уровень производительности труда и повысить коэффициент загрузки станков с ЧПУ до 0,85...0,90, а коэффициент сменности до 2...3, при этом существенно сокращается производственный цикл изготовления деталей и появляется возможность выполнять операции в любой последовательности с различной номенклатурой деталей одновременно.
Эффективность ГПС не ограничивается только увеличением коэффициентов использования оборудования. Известно, что стремление повысить коэффициент загрузки станков с ЧПУ приводит к росту размера партии деталей, которая составляет обычно трехмесячную программу производства. В ГПС при автоматизированной переналадке размер партии может быть снижен без потери производительности станков до полумесячной или месячной программы; при этом в несколько раз сокращается цикл обработки, ускоряется производство деталей, и сокращаются необходимые оборотные средства.
На рис. 7.1 приведены данные, характеризующие использование оборудования, материалов и производственного персонала в случае автономной эксплуатации традиционных станков с ЧПУ и при переходе к ГПС.
Рис. 7.1 Использование оборудования, материалов и персонала при
автономном использовании станков с ЧПУ (а) и при переходе к ГПС (б)
В первом случае (рис. 7.1, а)из 8760 ч. годового фонда времени станки используют его для выдачи продукции только на 10...20 % и остается десяти – пятикратный резерв времени; заготовки находятся в работе только 2...5 % времени, остальное время они пролеживают; оператор занят на станке в течение 30...40 % смены, остальное время он является наблюдателем.
При переходе к ГПС (рис. 7.1, б)полезное использование фонда времени возрастает в 2...3 раза, в несколько раз сокращается простой материала, производственный персонал получает полную загрузку с широкими функциями.
Появление ГПС только в начале 1980-х годов объясняется тем, что именно в это время сформировалась техническая база ГПС, включающая три составные части: многооперационные станки с ЧПУ, оснащенные устройствами автоматической смены заготовок и инструмента; робототехнические транспортные средства и микроэлектронные системы управления, обладающие разветвленной гибкой структурой и осуществляющие централизованное управление группой технологического оборудования.
Использование группового управления станками от ЭВМ позволило реализовать следующие технологические задачи:
1. Запись и хранение в памяти ЭВМ УП (создание базы данных УП);
2. Оперативная коррекция УП оператором непосредственно у станка;
3. Передача УП на интерполяторы устройств ЧПУ станков;
4. Учет и планирование времени работы оборудования и диспетчерская связь.
Положительный эффект от применения группового управления станками заключается в следующем: во-первых, повышается надежность работы станков благодаря отсутствию программоносителя и расположению в специальном помещении ряда сложных электронных и магнитных устройств; во-вторых, появляется возможность быстрой и высококачественной отработки программ непосредственно у станка; в-третьих, повышается загрузка станков вследствие введения оперативного контроля их работы. Недостатки группового управления заключаются в использовании быстродействующей универсальной ЭВМ, прокладки длинных сетевых коммуникаций и возможности простоя группы станков при выходе из строя устройства централизованного управления.