Отделение подготовки инструмента

КОМПОНОВКА АСИО

Широкое распространение в гибких механообрабатывающих производствах нашли блочные инструментальные системы ряда фирм: «Имперо» (Италия, системы FB, FC, FCS), «Сандвик Коромант» (Швеция, система BTS), «КруппВидиа» (ФРГ, система «Мультиплекс»), «Хертель» (ФРГ, система «Хертель-FTS») и «Никкен» (Япония).

На станках с ЧПУ, используемых в производственных системах, применяют накопители инструментов и инструментальные магазины. На токарных обрабатывающих центрах могут применяться револьверные головки. Их недостаток – небольшая вместимость, поэтому технологическое оборудование в ГПС дополнительно оснащается цилиндрическими магазинами большой вместимости, из которых инструментальная головка с помощью манипулятора устанавливается в револьверную головку. Цилиндрические магазины могут иметь до 120 инструментов, их используют так же, как накопители инструментов, в непосредственной близости от станка.

Дисковые и цепные магазины используют на обрабатывающих центрах для сверлильно-фрезерно-расточных работ. Такие магазины в производственной системе на ОЦ при обработке сложных корпусных изделий позволяют существенно увеличить их вместимость и могут использоваться как отдельно стоящие накопители инструментов.

При определении фактических норм расхода инструмента составляется сводная ведомость исходя из условий стойкости резца при обработке различных материалов. На основе этих значений рассчитываются фактические нормы расхода резцов на 1000 обработанных деталей по детале-операциям. Эти нормы вводятся в память ЭВМ для разработки квартальных планов изготовления и подготовки инструмента.

При изготовлении деталей большой номенклатуры и частой смене их партий требуется значительное количество режущего и вспомогательного инструмента. Этот инструмент выбирают из типажа инструментальной оснастки для станков с ЧПУ различных групп и типов. Структуру комплекта определяют на основе анализа деталей-представителей, который позволяет выявить применяемость различных типов инструмента при обработке заготовок по различным видам работ.

Для проектирования инструментального потока в ГПС необходима информация о времени работы каждого инструмента и его стойкости, о простое станков вследствие ожидания замены инструмента, о технических средствах доставки и хранения инструмента. Общая потребность в инструменте определяется числом инструментов, необходимых для выполнения автоматического цикла обработки, смены изношенного и замены отказавшего инструмента. Число инструментов, необходимое для обработки партии заготовок, определяется числом различных инструментов, необходимых для пооперационной обработки каждой заготовки. Число инструментов, необходимых для замены изношенных, определяют расчётным путем с учетом их стойкости.

В условиях ГПС число инструментов уточняется исходя из того, что одна инструментальная наладка работает на станке, а другая готовится к выполнению следующей операции. При этом запасное число дублеров для режущего инструмента определяется коэффициентом = 10…30, а для вспомогательного инструмента – = 1,4…1,6.

Оптимальный период замены режущего инструмента определяется по формуле

 

,

 

где – постоянная, зависящая от среднего значения стойкости и коэффициентов и , определяющих форму кривой распределения Вейбулла (распределения времени безотказной работы инструмента); – время на замену; –стоимость одной мин работы станка; – стоимость инструмента (где – цена инструмента; – среднее число повторных заточек; – время на принудительную смену).

В условиях автоматизированного производства возможны следующие замены режущего инструмента:

1. По отказам, когда каждый отказывающий инструмент заменяется по мере его выхода из строя через случайный период времени безотказной работы;

2. Смешанный способ, при котором каждый инструмент заменяется принудительно через промежуток времени , если он вышел из строя раньше этого периода, заменяют по отказу. При этом способе часть инструмента будет заменена до использования им полного ресурса работоспособности. Способ требует наличия счетчиков циклов для каждого инструмента или их группу, настроенных на период их замены;

3. Т.н. «жесткая» профилактика, когда группа режущего инструмента с одинаковым средним значением стойкости и одним законом ее распределения заменяется одновременно по мере достижения ими периода независимо от времени установки каждого инструмента. Преимущество способа: время на замену одного инструмента уменьшается по сравнению с индивидуальной принудительной заменой, так как замена выполняется группами;

4. Параллельная замена, когда все инструменты заменяются одновременно по мере отказа одного из них. Способ не требует счетчиком циклов, имеет преимущество групповой замены, но резко снижает срок службы инструмента;

5. Индивидуальная замена, когда инструмент, отказавший в период времени , заменяется индивидуально.

Условием рациональной замены инструмента на ГПМ является правильное определение его стойкости, для чего выполняются расчеты по определению стойкости для каждой операции. Стойкость за календарное время рассчитывают по формуле

 

,

 

где – стойкость инструмента между повторными заточками, мин; – стойкость между повторными заточками по машинному времени, мин (выбирается по нормативам); – норма штучного времени на операцию, мин; – время машинной работы (время работы инструмента на одну заготовку), мин.

Если ГПС оснащена системой диагностирования состояния инструмента, то замена выполняется по её отказам. При отсутствии данной системы замена осуществляется смешанным способом.

Основной расчетной характеристикой центрального магазина инструмента является его вместимость, которая определяется числом инструмента, требуемого для обработки заданного числа заготовок и количества ГПМ. Центральный магазин следует располагать над станками, что позволяет экономить производственную площадь. Центральный магазин желательно использовать для хранения комплекта инструмента, необходимого для обработки заготовок всех предусмотренных наименований деталей. Если это не удается конструктивно, то необходимо организовать хранение части инструмента вне комплекса.

На стадии технического предложения при разработке ГПС суммарное число инструментов, необходимых для обработки заготовок всей номенклатуры деталей в течение месяца, составляет

 

,

 

где – число инструментов для обработки всей номенклатуры деталей; – число дублеров для обработки месячной программы деталей; – число наименований деталей; – среднее время обработки одного наименования, мин; – среднее время работы одного инструмента, мин; – среднее число дублеров на одну деталь.

Суммарное время, затрачиваемое на инструментальное обслуживание ГПМ, определяется по формуле

 

(ч),

 

где – число смен инструмента на одном ГПМ в течение месяца; – среднее время смены одного инструмента, мин; – число ГПМ в ГПС.

Суммарное число смен инструмента в ГПС в течение месяца определяется по формуле

 

,

 

где – число дополнительных смен в магазинах станков в течение месяца, связанных с некомплектностью размещения инструмента; 2 – коэффициент, учитывающий количество смен одного инструмента; – число неразмещающихся инструментов в магазине станка; – месячная программа выпуска деталей; – число заготовок, одновременно обрабатываемых на станке.

ОТДЕЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ ИНСТРУМЕНТА

В системе инструментального обеспечения ГПС отделение подготовки инструмента включает участки по подготовке, заточке, упрочнению и ремонту инструмента.

На гибкость производственной системы влияет также организация настройки инструмента на размер и связь между фактическим размером настройки инструмента и фактическим размером. Настройку и подготовку инструмента осуществляют на участке подготовки и комплектации основного и вспомогательного инструмента.

На участках подготовки инструмента осуществляются: хранение инструмента; комплектация, согласно комплектовочным картам, сборка и настройка режущего инструмента на размер, получение комплектов изношенного инструмента и их разборка, а также учет инструмента и его движения.

Настройка инструмента на размер, как правило, производится вне станка на специальных стендах, и по-прежнему остается ручной трудоемкой операцией. Поэтому участок (секцию) настройки инструмента оснащают высокоавтоматизированными техническими средствами, которые управляются ЭВМ и напрямую связаны с верхним уровнем управления производственного участка.

В условиях гибкого производства необходимо обеспечение гибкости и минимизации затрат на технические и вспомогательные средства при переходе производства на выпуск новой продукции, что требует использования высокоэффективного метода имитационного моделирования функционирования всех подсистем АСИО. Это позволяет осуществить выбор наиболее оптимальной схемы инструментального обеспечения производства. Структура и организационный уровень СИО определяются множеством производственно-технологических факторов: разнообразием видов продукции и ее номенклатурой; особенностью конструкции деталей (тела вращения, корпусные или плоскостные детали); составом вспомогательного оборудования (АСС, АТС, накопители); грузоподъемностью технических средств; составом основного оборудования, (токарная группа, сверлильно-фрезерно-расточная группа); циклом и объемом производства деталей (частота переналадок, число ГПМ и вспомогательного оборудования); режимом работы ГПС (двухсменный, трехсменный и круглосуточный).

Уровень автоматизации инструментального обеспечения отдельных компонентов и технологического оборудования по числу функций связаны с инструментальной оснасткой и определяют технический уровень всей АСИО в ГПС. Эффективная работа отдельных подсистем по подготовке инструмента, а также инструментальное обеспечение технологического оборудования, находящегося в составе ГПС, могут быть реализованы только при соответствующем техническом уровне всех подсистем по подготовке инструмента и инструментального обеспечения каждого ГПМ.

Однако представляется нецелесообразным предусматривать высокий уровень автоматизации как АСИО в целом, так и отдельных функций инструментального обеспечения для одной или нескольких высокоавтоматизированных подсистем (например, АСУ-И, САПР-И, АСТПП-И, АТСС-И, СН-И), отдельных технических средств (приборы по настройке инструмента, стеллажи по хранению и автоматизированной выдаче инструмента) и технологического оборудования, если основной состав ГПМ в ГПС или подсистем и технических средств по подготовке и доставке инструмента имеет более низкий уровень автоматизации.

В то же время для ГПМ сравнительно низкого уровня автоматизации инструментального оснащения, но при их большом числе в ГПС, может быть целесообразной высокая степень автоматизации выполнения отдельных функций, связанных с подготовкой инструмента. В таких случаях необходимо организовывать взаимосвязь отдельных функциональных участков по подготовке и обеспечению инструмента высокого уровня автоматизации с технологическим оборудованием в зоне производства в целях наиболее эффективного использования ГПС в целом. Чем более однородны по уровню автоматизации состав подсистем и технических средств, осуществляющих подготовку и доставку инструмента, а также инструментальное обеспечение каждого ГПМ, тем более эффективно можно использовать АСИО в условиях гибких производств.

Эффективность АСИО определяется снижением затрат времени на смену инструмента, уменьшением времени и трудоёмкости его подготовки, увеличением срока работоспособности (периода стойкости) каждого инструмента, а также ликвидацией простоев технологического оборудования и всей ГПС по вине режущего инструмента.

Инструментальный грузопоток от ЦИС до непосредственно каждого ГПМ состоит из двух основных звеньев:

- грузопоток от ЦИС до секции настройки инструмента (СН-И) включает режущие пластины (РП), режущий (РИ), вспомогательный (ВИ) и измерительный (МИ) инструменты;

- грузопоток от секции настройки инструмента (СН-И) до ГПМ включает инструментальные комплекты (ИК), которые состоят из собранных РП, РИ и ВИ и представляют собой инструментальные блоки (ИБ).

Организация подачи инструмента с центрального склада на станки
Возможны три принципиальные схемы организации подачи инструмента с центрального склада на станки (рис. 1):

1. Подача с центрального склада А и через участок Б настройки инструмента при нем непосредственно к станкам (путь 1). При наличии большого количества ГПС, обслуживаемых центральным складом, увеличивает частоту транспортных потоков и значительно загружает работой центральный склад; эту схему рекомендуется применять как временную на первых этапах внедрения ГПС.

2. Подача инструмента индивидуально с центрального склада на инструментальные участки отдельных ГПС или сменными магазинами через участок В настройки инструмента при ГПС. Такая схема (путь 2) нашла достаточно широкое применение.

3. Подача инструмента с инструментального участка В через промежуточный склад Д, общий для всех станков типа ОЦ, и загрузка роботом со стеллажа склада В в стационарные магазины на станках.

Рис. 1. Схема организации подачи инструмента со склада на станки

Доставка инструмента на ОЦ непосредственно с центрального склада (схема 1) ограничивает автономию ГПС. Выбор практически должен быть сделан между схемами 2 и 3, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Схема 2 требует создания новых ОЦ со сменными магазинами или требует существенной модернизации существующих ОЦ. Схема 3 позволяет автоматизировать загрузку инструмента роботами в магазины как новых, так и существующих ОЦ. Преимущества загрузки с общего стеллажа позволяют иметь на ОЦ небольшой магазин (или вообще отказаться от него), иметь ОЦ с магазинами разной конструкции, тогда как при сменных магазинах все станки должны иметь одинаковые магазины. Подача каждому станку своего магазина усложняет автоматизацию, требует дополнительных устройств установки и перевозки разных магазинов, увеличивает потоки и вероятность простоев из-за магазина. Наличие общего стеллажа инструмента сокращает общее количество инструмента, находящихся в обороте, а значит и себестоимость продукции. Однако при большом количестве ОЦ в одной ГПС создание общего инструментального стеллажа и применение роботов для загрузки инструмента могут затруднить свободу в размещении станков и др. оборудования ГПС, и применение сменных или дополнительных магазинов может оказаться предпочтительнее. Опыт показывает, что предварительная настройка инструмента вне станка и установка его в магазины на автоматизированном рабочем месте не требует значительного времени: один оператор – настройщик за 1 смену подготавливает инструменты, необходимые для обеспечения работы 10…12 ОЦ, работающих в три смены.