39696

Особенности проектирования технологических процессов для ГПС

Лекция

Производство и промышленные технологии

Дальнейший анализ заготовок обработка которых предполагается в ГПС производится в следующей последовательности: анализ возможности унификации конструктивных элементов и параметров деталей подготовка предложений по отработке конструкций на технологичность; анализ возможности получения заготовок более прогрессивными методами формообразования в целях уменьшения трудоемкости механообработки расхода материалов улучшения качества изделий и подготовка предложений по переводу технологии на прогрессивные методы получения заготовок; ...

Русский

2013-10-08

114 KB

16 чел.

Особенности проектирования технологических процессов для ГПС

Организационно-технологической основой ГПС являются производственные подразделения, специализированные для изготовления групп технологически однородных деталей или сборки технологически однородных сборочных единиц, т.е. функционирующие на основе групповой технологии, обладающей следующими основными свойствами:

• сквозная унификация конструкций изделий, технологии и организации как основа совершенствования системы технической подготовки производства;

• адаптивность, достигаемая заменой проектирования новой технологии и конструирования новых средств технологического оснащения, а также полной переналадки производства, на корректировку ранее разработанных технологических процессов, на конструирование сменных элементов к имеющимся переналаживаемым приспособлениям и их модернизацию, а в конечном итоге па простую переналадку при выпуске нового изделия;

• специализация средств технологического оснащения для изготовления ограниченной номенклатуры изделий группы, а также технологической подготовки для проектирования рабочей документации на ограниченный перечень групп изделий.

Следует подчеркнуть, что организация группового производства из формы наиболее эффективной и целесообразной в условиях неавтоматизированного производства при создании ГПС превращается в необходимую.

Проектирование групповой технологии начинается с анализа деталей, входящих в производственную программу производственного подразделения, например, цеха. При этом производится группирование деталей цеховой номенклатуры для специализации производственных участков и группирование номенклатуры деталей участка с формированием конструктивно-технологических групп (КТГ) [6].

Формирование КТГ направлено на то, чтобы объединить детали, относящиеся к одинаковым технологическим типам, получить возможность выделить от каждого из них типового представителя или построить комплексную деталь, технология изготовления которой достаточно полно отражала бы технологию изготовления всех деталей, включенных в КТГ. В рамках КТГ должны решаться задачи по отработке конструкций деталей на технологичность, по унификации и типизации технических, технологических и организационных проектных решений.

Группирование позволяет сочетать универсальность выпуска технологически однородных изделий со специализацией производства. Группирование позволяет также выделить специализированные по типам изделий проектные подразделения, для которых разработка алгоритмов и применение ЭВМ достигается просто, быстро и с наименьшими затратами .В связи с этим основой структуры является возможно более глубокая специализация проектных подразделений по обслуживанию специализированных ГПС.

Возможность быстрой реакции на новые требования технического прогресса обеспечивает универсальная часть системы по всему циклу создания нового изделия.

По мере создания все более сложного универсального программного обеспечения и появления более автоматизированного универсального оборудования доля специальной части может уменьшиться. Однако начинать проектирование следует с выделения специальных частей для обеспечения быстрого создания ГПС.

Дальнейший анализ заготовок, обработка которых предполагается в ГПС, производится в следующей последовательности:

• анализ возможности унификации конструктивных элементов и параметров деталей, подготовка предложений по отработке конструкций на технологичность;

• анализ возможности получения заготовок более прогрессивными методами формообразования в целях уменьшения трудоемкости механообработки, расхода материалов, улучшения качества изделий и подготовка предложений по переводу технологии на прогрессивные методы получения заготовок;

• анализ возможных изменений технологических процессов изготовления деталей - применения рациональных методов обработки и высокопроизводительного оборудования;

• выявление технологических и транспортных баз, возможности автоматической ориентации, особенностей транспортирования и хранения заготовок и деталей;

• анализ характеристик технологического оборудования, в том числе, перспективного.

Окончательный выбор объектов для создания ГПС производится на основе экономической оценки, позволяющей определить целесообразность автоматизированной обработки заготовок.

ГПС для механической обработки заготовок имеют несколько типов компоновок.

Произвольная - с произвольным расположением оборудования. При наличии большого количества станков значительно усложняются и удлиняются транспортные маршруты.

Функциональная - при которой станки располагают по функциональному признаку так, чтобы заготовки последовательно проходили от начала до конца ГПС.

Модульная - при которой аналогичные операции параллельно выполняются одинаковыми гибкими производственными модулями. Такая компоновка обладает определенными возможностями резервирования и при некоторых условиях может заменять функциональную.

Групповая - при которой каждая группа станков предназначена для обработки определенной номенклатуры заготовок.

В ГПС входят не только станки, склады и транспортная система, но и оборудование для осуществления дополнительных операций, например, мойки. термообработки и удаления стружки. При проектировании ГПС необходимо учитывать и операции, которые следует проводить на отдельных участках. Например, перед установкой заготовки на приспособление-спутник необходимо обработать технологические базы. В идеальном варианте эти операции также следует выполнять в условиях в ГПС, но сейчас рациональнее использовать для этого имеющиеся фрезерные и сверлильные станки.

После обработки заготовок в ГПС может возникнуть необходимость в проведении некоторых дополнительных операций, например, закалки и шлифования и т.п.

На нынешнем этапе развития ГПС не всегда может быть автоматизирован полный цикл обработки заготовок, а лишь часть технологического процесса.

В ряде случаев часть технологических операций обработки элементарных поверхностей выносится за пределы гибких участков или линий. К таким операциям относится обработка редко встречающихся поверхностей или обработка отдельных поверхностей при отсутствии автоматически действующего оборудования.

Кроме того, за пределы ГАУ и ГАЛ могут быть вынесены операции, выполняемые на оборудовании, имеющем низкую загрузку в составе участка При этом решается вопрос о повышении их загрузки путем организации межучастковых (или межцеховых) коопераций.

Гибкая автоматизация механообработки затруднена вследствие ряда особенностей, которые необходимо учитывать при проектировании:

• наличие большого количества стружки, особенно на черновых операциях;

• большая протяженность технологических потоков;

• наличие сложной и точной оснастки, требующей установки заготовок с минимальными зазорами;

• большое количество относительно быстро изнашиваемого режущего инструмента, вызывающее необходимость в его автоматической поднастройке и принудительной замене,

• наличие многономенклатурного контрольно-измерительного инструмента:

• наличие большой и быстросменяемой номенклатуры вспомогательного оборудования и оснастки,

• наличие в технологическом процессе таких операций, как слесарные, разметочные, термические и т.п.

В отличие от традиционных производственных систем в условиях ГПС необходимо разрабатывать технологические процессы не только обработки заготовок, но и их установки и смены на станках и устройствах, транспортирования, контроля, мойки и др. Степень подробности технологических решений должна быть доведена до уровня подготовки отладки управляющих программ для оборудования.

При отработке конструкций деталей на ГПС на технологичность должны -выполняться требования по технологичности не одной детали, а сочетание требований к группе деталей. Основные требования к технологичности перечислены ниже.

Детали должны иметь:

• сравнительно одинаковые габаритные размеры и материалы;

• сходство конструктивно-технологических параметров (одинаковые по форме и расположению поверхности для базирования и захвата);

• сходство технологических операций, применяемой оснастки и инструмента,

• явно выраженные базы и признаки ориентации, позволяющие организовать их транспортирование и складирование в ориентированном виде,

        • должны занимать в пространстве стабильное положение, иметь минимальное количество различных устойчивых положений, а также ярко выраженных ориентирующих элементов.

       Необходимо предусмотреть:

• возможность обработки максимального количества поверхностей за один установ;

• для деталей, не имеющих явно выраженных баз, возможность их создания;

• исключения разнообразия размеров, резьб и допусков;

• исключение применения очень малых отверстий (использовать только в случае крайней необходимости),

• максимальную унификацию отдельных элементов обрабатываемых поверхностей заготовок;

• наибольшую простоту геометрических форм контуров поверхности и, по возможности, близость к правильной геометрической;

• минимальное количество смен захватных устройств при переходе от манипулирования от одного типа размера заготовок к другому.

При выборе или анализе метода получения исходных заготовок в первую очередь рассматриваются его возможности по обеспечению необходимой точности, так как автоматическое манипулирование заготовками и их автоматическая установка для обработки повышает требования к точности выполнения размеров заготовок и точности их формы. Особо выделяются требования к качеству черновых технологических баз и транспортных баз.

Эти поверхности для исходных заготовок должны иметь уменьшенные уклоны (1-2 град.). Смещение по линиям разъема для штампованных поковок и отливок должны быть минимальными. Повышенные требования предъявляются и к стабильности механических свойств материала.

Каждая деталь характеризуется набором технических величин (материал геометрия), определяющих технические требования и набором организационно-экономических показателей (объем выпуска, число деталей в партии), определяющих экономические и организационные требования в ГПС.

       Анализ номенклатуры позволяет определить количество переналадок оборудования и оснастки, необходимые гибкость и производительность.

Вид исходных заготовок определяет конструкцию приемо-передающих устройств, ПР; материал заготовок определяет тип и конструкцию захватных устройств; масса заготовок и готовых деталей определяет грузоподъемность средств автоматизации и т.п.

При проектировании технологических процессов на основе анализа содержания выполняемых операций выбирается основное оборудование: тип станка, компоновка, размеры рабочей зоны и другие данные.

Окончательное определение состава оборудования и количества станков связано не только с выбором по наименьшей стоимости и максимальной производительности, но и с учетом следующих основных факторов:

• возможности обработки многошпиндельными головками, параллельной обработки нескольких изделий или параллельной обработки несколькими инструментами;

• наличие устройств для смены и накопления изделий или возможность использования таких устройств;

• наличие инструментального магазина достаточной емкости;

• возможность встройки в ГПС;

• возможности ограничения типов оборудования.

Следует применять однотипные станки с широкими технологическими возможностями.

Требование максимальной концентрации обработки за одну установку продиктовано не только необходимостью обеспечения высокой точности, но и необходимостью уменьшения емкости пристаночных накопителей заготовок .При работе станка в автоматическом режиме достаточное основное время обработки создает возможность обслуживания одним роботом нескольких станков.

При проектировании технологии и разработке участков и линий одним из рациональных решений в ГПС является наличие возможности отказа от синхронизации работы оборудования между операциями (позициями) технологического процесса как элемента жесткой связи оборудования. Такое решение позволяет обеспечить [7]:

• упрощение системы управления,

• повышение надежности за счет того, что выход из строя отдельного станка не ведет к простою (пока есть задел в накопителях и загрузочных позициях). Расчет объемов межоперационных заделов производятся с учетом вероятности возникновения отказов;

 возможность увеличения емкости накопителей обеспечением полной автономности каждого ГПМ и его работой непосредственно со складом.

Сложность ГПС делает важным предварительный расчетный анализ функционирования, позволяющий оценить правильность основных решений. Такой анализ может быть проведен на основе моделирования.

В процессе проектирования технологического процесса обработки заготовок с Использованием ПР и разработки структуры РТУ и РТЛ определяются [8]:

• состав и количество основного технологического оборудования;

  количество ПР;

      закрепление за каждым ПР определенного количества оборудования;

• место и способ передачи изделий между оборудованием и отдельными РТК, а также на вход и выход РТУ;

      компоновка ПР и их параметры: требуемое количество степеней подвижности, необходимые размеры рабочей зоны, точность позиционирования, количество точек позиционирования, грузоподъемность;

• расположение технологического оборудования в производственных помещениях (планировка оборудования),

• параметры траекторий манипулирования, скорости и порядок перемещения схватов по этим траекториям;

• алгоритм работы РТК;

• производительность РТК и ее сопоставление с требуемой.

В настоящее время станкостроение ориентируется на РТК для обработки определенных групп или классов заготовок. Такие РТК оснащаются всеми необходимыми устройствами для организации их автономной работы.

Особенностью проектирования роботизированных технологических процессов является необходимость определения (выбора) типа схвата ПР (торцовый или боковой), а также формы и размеров его рабочих элементов. Для большинства заготовок при их обработке за несколько операций требуется вспомогательное оборудование для перезахвата изделия. Такие вспомогательные позиции требуются в тех случаях, когда транспортная база при разгрузке оборудования на предыдущей операции не совпадает с транспортной базой при загрузке оборудования на следующей операции.

Транспортная база - база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процесс перемещения автоматическими средствами манипулирования (относительно координатной системы захватного устройства) [9].

Так как транспортная база имеет такое же назначение, как и технологическая, правило ее выбора в основном совпадает с правилами выбора технологической базы с учетом специфических требований:

• поверхности транспортной базы должны обеспечивать надежное захватывание и ориентацию заготовок;

• поверхности транспортной базы не должны иметь дефектов;

• транспортной базой не должна быть легкоповреждаемая поверхность;

• транспортная база по возможности должна совпадать с центром тяжести заготовки (в противном случае появляется вращающий момент от массы заготовки).

В качестве транспортных баз могут быть использованы необрабатываемые и обрабатываемые поверхности.

Если за базу принимается необрабатываемая поверхность, то необходимо учесть:

• изменение размеров после обработки;

вероятность того, что на следующей операции необходимо захватывать за обработанную поверхность;

• точность дальнейшей установки и обработки, так как черновая база должна использоваться, как правило, только один раз.

В ряде случаев необходимо обработать дополнительные поверхности, использовать искусственные транспортные базы в виде, например, приклеиваемых элементов. При выборе транспортной базы должны соблюдаться все правила базирования.

Выбор транспортной базы, определение траектории и скоростей манипулирования осуществляется при проектировании транспортно-установочного перехода. Транспортно-установочный переход - комплекс приемов, выполняемых ПР и другим оборудованием в пределах одного установа заготовки

При построении траекторий манипулирования проверяется отсутствие соударения робота, оборудования и других роботов. Проводится выбор ориентации оборудования и траектории входа и выхода схвата из оборудования. Такая проверка проводится графически и аналитически.

Скорости манипулирования выбираются в основном из условия обеспечения такта выпуска изделий с РТК и всего участка в целом. Скорости определяются в следующей последовательности:

• построение траекторий манипулирования;

• группирование переходов по длительности их выполнения исполнительными механизмами;

• распределение скоростей между степенями подвижности робота. Решение задачи планировки разбивается на следующие этапы:

• выбор порядка расположения оборудования;

• выбор ориентации оборудования относительно роботов и построения общих траекторий манипулирования.

При проектировании выбираются модели ПР, технические параметры которых наиболее близки к требуемым. Если модель не может непосредственно обеспечить требуемые характеристики, разрабатывается проект модернизации ближайшего по параметрам ПР. Чаще всего требуется модернизация или разра-     ботка новых захватных устройств, введение дополнительных точек позиционирования или степеней подвижности.

Около половины перемещений робота совершается без изделия. Они являются холостыми ходами - так как ПР не выполняет своей основной функции - транспортирования изделий. Для повышения эффективности использования РТК наиболее простым является введение вблизи оборудования накопителей для промежуточного хранения изделий в момент загрузки и разгрузки этого оборудования. В этом случае тратится на 25-45 % меньше времени, чем в системах без дополнительных накопителей. Промежуточные накопители могут быть:

• неподвижны и установлены рядом с оборудованием;

• находиться на самом роботе;

• в виде двух схватов на руке;

• в виде двух схватов на платформе, которая может смещаться относительно руки

• в виде двух рук.

Наиболее эффективным в условиях гибкого производства является установка буферных накопителей определенной емкости.

Обычно для обслуживания станков применяются не один, а несколько роботов в силу следующих причин:

• один робот не успевает обслужить оборудование за требуемое время, т.е. обеспечиваемый  такт выпуска изделий с РТК больше требуемого Тр > [Тр ];

• на различных операциях обеспечить манипулирование одним универсальным захватным устройством не удается;

• величина перемещений одного ПР не позволяет обслужить все оборудование РТК.

Обслуживание нескольких станков одним ПР снижает затраты и дает возможность выполнять этим устройством функции транспортирования. Но при этом могут возникать потери во времени ожидания станком обслуживания, если одновременно на нескольких станках возникает потребность в новых заготовках. В этом случае робот может подать заготовку только на один станок, остальные в это время простаивают. Анализ может быть проведен с помощью циклограмм.

Продолжительности простоев Тп станков и роботов определяется множеством факторов: числом оборудования, циклом работы каждой единицы, временем обслуживания и т. д. Расчеты могут быть проведены на основе конкретной номенклатуры. Учитывая необходимость гибкости, наиболее рациональным для мелких и средних заготовок является установка накопителей у каждого станка и наличие для каждого станка автоматического загрузчика.

    При организации обслуживания станков несколькими роботами передача изделий от одного РТК к другому может осуществляться следующими способами:

• из захватного устройства одного робота в захватное устройство другого;

• в самом технологическом оборудовании;

• с помощью дополнительных устройств.

Оснастка и вспомогательные устройства выбираются из числа известных и зарекомендовавших себя в эксплуатации устройств: кассеты, накопители, транспортирующие и передающие устройства и т.п. Однако, как правило, эти конструкции требуют значительной модернизации. Большую же часть вспомогательного оборудования необходимо проектировать заново.

Поскольку РТК предназначены для многономенклатурного производства в условиях «безлюдной» технологии, все средства технологического оснащения должны обладать возможностью автоматической переналадки. Для этого необходимо организовать идентификацию (опознавание и сравнение) заготовки перед операцией, либо по размерам, либо по конфигурации. Автоматическая переналадка позволяет менять не только содержание операций обработки, но и их последовательность.

Операционная технология должна быть отработана на основе типовых решений и обеспечить необходимое качество, высокую производительность и надежность обработки заготовок в автоматическом режиме.

Распределение технологических операций между станками должно быть таким, чтобы станкоемкость операций была по возможности равной или кратной друг другу.

Имеющиеся примеры применения промышленных роботов показывают необходимость тщательного решения вопросов обеспечения точности автоматической установки заготовок по операциям технологического процесса.

Погрешность установки заготовок препятствует выполнению заданных требований по точности формы и расположения обрабатываемых поверхностей, вызывает необходимость увеличения припусков и приводит к росту трудоемкости обработки. Она вызывает погрешности обработки, разделяющиеся на две группы: статические и динамические. Статические влияют на точность расположения обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей. Динамические на погрешность формы обрабатываемых поверхностей.

Автоматическая установка заготовок с помощью ПР требует определенного соответствия устанавливаемой заготовки, схемы ее установки и параметров промышленного робота.

При использовании ПР установка заготовок отличается рядом особенностей:

• базирование и закрепление заготовок совмещено во времени;

• в момент закрепления возникает статическая неопределенность, заключающаяся в одновременном удержании заготовки схватом ПР и зажимным приспособлением;

• имеет место погрешность перемещения при транспортировании заготовок в позицию закрепления, выражающаяся при токарной обработке в несовпадении осей шпинделя и заготовки,

• при закреплении возникают деформации звеньев технологической системы Наличие указанных особенностей приводит к установке заготовок с погрешностью, на величину которой оказывают влияние два фактора: погрешность транспортирования (погрешность перемещения заготовки в позицию закрепления) и погрешность силового замыкания (рис. 14.1).

Погрешность транспортирования представляет собой отклонение фактического положения заготовки, перемещенной ПР, от заданного до приложения зажимных сил.

При наличии погрешности транспортирования закрепление заготовки в токарном патроне происходит в два этапа:

• перемещение заготовки одним или двумя кулачками до контакта со всеми зажимными кулачками;

• окончательное закрепление заготовки.

Составляющие погрешности транспортирования находятся экспериментальным или расчетным путем. Например, погрешность, связанная с несовпадением транспортной и технологической баз может быть найдена из чертежа заготовки и технических требований на ее изготовление. Факторами, приводящими к появлению погрешности, являются: смещение и эксцентричность поверхности заготовок, получаемых литьем или методами пластического деформирования;

кривизна и коробление поверхности; отклонение линейных и диаметральных размеров; отклонение геометрической формы.

Численные величины этой погрешности зависят от конкретных заготовок.

Погрешность закрепления в схватке ПР зависит от вида заготовок и подающих устройств.

Погрешность позиционирования ПР является паспортной величиной и лежит для имеющихся сейчас моделей в пределах ± 0.1.. .± 0.5 мм.

Величины погрешности обучения зависят от квалификации наладчика (для роботов с обучением).

Погрешности из-за упругих и контактных деформаций особенно значительно влияют на погрешность транспортирования при несовпадении центра тяжести заготовки с транспортной базой.

Повышение точности установки заготовок с помощью ПР обеспечивается:

• уменьшением составляющих погрешности транспортирования;

• изменением фактического положения заготовки с выдачей при необходимости команды на переустановку;

• применением адаптивных захватных устройств и введением контуров коррекции в систему управления;

• введением упругих компенсаторов в систему «схват - рука»;

• использованием дополнительных устройств в виде призм, толкателей, досылателей и т.п.;

• использованием станков вертикального исполнения;

• обработкой заготовок в приспособлениях-спутниках. При проектировании технологических процессов с использованием ПР стремятся до минимума сократить число операций и установов.

 


Рис. 14.1. Составляющие погрешности автоматической установки


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

363. Модель промислового верстата з ЧПУ 1.84 MB
  Промисловий верстат з ЧПУ використовується для обробки різного роду матеріалів, нанесення зображень на різні види поверхонь, отримання різного роду фігурних елементів, фрезерних робіт.
364. Экономический расчет работы предприятия 473.5 KB
  Расчет численности младшего обслуживающего персонала. Определение средней тарифной ставки по видам воздействий. Расчет сдельного расценка за 1 автомобиле-день работы автомобиля. Затраты на расходные материалы и запасные части для ремонтной.
365. Основы программирования 110 KB
  Описание процесса компиляции и запуска программы. Программа для вычислений над матрицами. Microsoft Visual Studio Express. Стандартная библиотека шаблонов (STL). Создание динамического класса для работы с матрицами.
366. Создание транспортной сети SDH в городе Темиртау. 517.5 KB
  Разработка схемы включения станций в проектируемую сеть SDH города Темиртау. Выбор топологии включения станций проектируемой сети. Возможность интеграции с каналами PDH. Развитие магистральных телекоммуникаций казахстанских операторов связи.
367. Трансформация образа трикстера в современной культуре 843 KB
  Основные характеристики трикстера как мифологического персонажа в архаической традиции. Исходная парадигма образа героя-трикстера: этиологические мифы. Трикстериада и ее взаимоотношения с институтом шаманизма и волшебной сказкой.
368. Смарт-карты известных мировых производителей 139.5 KB
  Основные сведения о смарт-картах. Чтение/запись смарт-карты через параллельный порт. Основные управляющие команды карты. Назначение областей данных. Принципиальная схема источника питания.
369. Решение вопросов теории вероятности на уроках математики 583 KB
  Выделить основные цели и задачи изучения теории вероятностей в курсе школьной математики. Изучение и анализ научной учебно-методической литературы, программ по математике для общеобразовательных учреждений. Наблюдение за деятельностью учащихся, ее анализ.
370. Проектирование усилителя низкой частоты 354.5 KB
  Расчет режима работы транзистора по постоянному и переменному току. Расчет КПД каскада для максимального входного сигнала. Расчет коэффициента гармонических искажений. Расчет элементов цепи смещения.
371. Управление производственной деятельностью станций технического обслуживания 380.5 KB
  Расчет производственной программы по количеству ТО и ТР автомобилей. Выбор метода технологического процесса на объекте проецирования. Выбор режима работы объекта и график работы автомобиля на линии. Выбор метода организации производства ТО и ТР на предприятии.