Что делает автоматизированное обрабатывающее оборудование производительным, надежным и универсальным?

1. Высокая производительность

Основная цель автоматизации производства заключается в повышении производительности труда и оборудования. Автоматизация должна основываться на передовой технологии и обеспечивать постоянное сокращение времени, не связанного с резанием, а также вспомогательных операций. Автоматизация устаревшего технологического процесса дает лишь ограниченный эффект.

Долгосрочная производительность ниже идеальной частоты циклов, поскольку потери возникают не только в ходе цикла обработки. Замена инструмента, ремонт, регулировка механизмов, перезагрузка, смена заготовки и организационные простои — все это отнимает время. Эти потери можно сократить в шести областях:

1. Потери, связанные с механической обработкой. Используйте непрерывные автоматизированные линии, быстрые механизмы без резки, автоматический контроль качества, систему удаления стружки, а также роботов или устройства для периодической загрузки.
2. Потери, связанные с инструментами. Используйте хранилища инструментов, роботы с автоматической сменой инструмента, автоматическую регулировку инструмента, самоблокирующиеся устройства и принудительную замену инструмента.
3. Убытки, связанные с оборудованием. Используйте механизмы автоматической компенсации износа и снижения износа, защитные устройства, износостойкие материалы, надежную смазку, плановое техническое обслуживание и автоматическую диагностику.
4. Потери, связанные со сменой смен и нехваткой материалов. Используйте автоматизированные системы хранения между операциями, линиями, участками и цехами в сочетании с автоматической регистрацией данных и компьютеризированным управлением.
5. Убытки, связанные с ломом. Используйте активный контроль в процессе обработки, адаптивное управление, автоматическую компенсацию износа инструмента и принудительную смену инструмента для регулирования технологического процесса и геометрии заготовки, а также для сокращения брака.
6. Потери при переналадке и настройке. Используются современные автоматические системы CNC, перенастраиваемые гибкие линии, системы с переменными параметрами под компьютерным управлением, программное управление, автоматическое переключение программ и быстрорегулируемое оснащение.

2. Стабильная точность обработки

Качество продукции определяет, обладают ли сам продукт и автоматизированная система практической ценностью. Предотвращение брака партии и обеспечение точности являются основополагающими требованиями.

1. Износ инструмента, связанный с его размерами. Износ может оказывать определяющее влияние на размерную и геометрическую точность. Автоматическое измерение заготовки, косвенный мониторинг режущего усилия, крутящего момента, температуры, шума или шероховатости поверхности, а также прямое онлайн-обнаружение износа могут подавать данные в систему управления, которая автоматически компенсирует износ инструмента. В случаях, когда обнаружение и компенсация недоступны, в обрабатывающих центрах и автоматизированных производственных линиях широко применяется обязательная замена инструмента по истечении срока службы, при этом данные о сроке службы и времени резания управляются компьютером.
2. Упругая деформация. Система с низкой жесткостью может привести к значительной погрешности, особенно при чистовой обработке, где жесткость также влияет на шероховатость поверхности. Специализированные и модульные станки для средне- или крупносерийного производства могут быть спроектированы с учетом требований конкретного семейства изделий, чтобы их механические характеристики обеспечивали достаточную жесткость. Например, при модернизации режущего инструмента с одного зубца до нескольких зубцов может не удаться достичь требуемой точности, если не учитывать жесткость станка.
3. Параметры резки. Скорость, подача и глубина резания влияют на шероховатость поверхности. Они должны соответствовать требованиям к производительности без ущерба для качества поверхности.
4. Ошибка настройки оборудования. Автоматизированное производство основано на использовании настроенных станков и автоматическом обеспечении заданных размеров. Поэтому перед началом производства необходимо отрегулировать размерные настройки станка и соотношение между станком и заготовкой. Инструменты можно настроить на основе эталонной детали или путем пробной резки, и они должны соответствовать заданному допуску.

3. Высокая надежность оборудования

Качество, затраты и фактическая производительность зависят от надежности. По мере повышения надежности фактическая производительность приближается к теоретическому расчетному значению.

Остановки оборудования могут быть вызваны неисправностями станка, приспособления или узла; поломками инструмента; плановыми остановками; либо организационными причинами, такими как отсутствие заготовок, инструмента или персонала, бракованный материал, а также перебои в подаче электроэнергии или сжатого воздуха. Неисправности либо приводят к остановке механизма, либо не позволяют обеспечить требуемую точность.

Динамика частоты отказов в зависимости от времени эксплуатации проходит три основных этапа:

1. Ранние неудачи. Плотность отказов сначала высока, а затем быстро снижается. К числу причин относятся дефекты материалов, недоработанная конструкция, некачественное изготовление и ошибки на начальном этапе эксплуатации. Регулярные проверки, обратная связь с конструкторами и производителями, устранение дефектов, обучение операторов и обкатка компонентов способствуют стабилизации работы оборудования.
2. Случайные сбои. В условиях нормальной эксплуатации плотность отказов остается стабильной, а неисправности возникают непредсказуемо, зачастую из-за перегрузки или непредвиденной концентрации напряжений. Очистка, смазка, регулировка и осмотр помогают продлить срок службы.
3. Отказы из-за износа. Механический износ, усталость материала, химическая коррозия и изменения свойств материала с течением времени приводят к резкому росту частоты отказов. Улучшение системы технического обслуживания позволяет снизить эту частоту и замедлить износ.

Надежность зависит от надежности компонентов, их количества и архитектуры соединений. В случае жестко последовательно соединенной линии выход из строя одного компонента приводит к остановке всей линии; разделение линии на секции с буферами может повысить надежность и производительность.

Грамотное проектирование, качество изготовления, правильные эксплуатационные процедуры, удобство технического обслуживания и оперативное выявление неисправностей — все это способствует сокращению времени простоя. В часто выходящих из строя изнашиваемых деталях следует использовать быстросъемные соединения, чтобы можно было заменять их целиком на запасные узлы. Параллельные резервные компоненты, резервные ветви и резервное ручное управление могут еще больше повысить эксплуатационную готовность.

4. Гибкость производства

Сокращение жизненного цикла продукции и увеличение ассортимента привели к тому, что смешанное производство мелкими и средними партиями стало обычным явлением. Гибкое оборудование позволяет переключаться между моделями в рамках определенного семейства деталей путем смены программного обеспечения и минимальной замены инструментов, зачастую без необходимости ручной настройки станка. Это значительно сокращает время переналадки и подготовки к производству, а также позволяет организовать производство смешанных моделей.

Автоматизированные системы для производства небольших и средних партий могут потребовать:

1. Автоматическое переключение программ. Компьютеры или программируемые контроллеры должны быстро переключать программы управления оборудованием без остановки системы.
2. Автоматическое производство нескольких видов продукции или семейства деталей. Универсальные высокоавтоматизированные системы транспортировки, закрепления на поддонах и механической обработки должны обеспечивать автоматическую обработку сгруппированных деталей.
3. Переменная маршрутизация и такт. Высокогибкая система должна направлять различные виды продукции по разным технологическим схемам и транспортным маршрутам с различной производительностью.
4. Эффективная автоматическая обработка и сменная инструментов. Станки CNC, оснащенные магазинами и системами автоматической смены инструмента, сокращают время резки и смены инструмента, а также обеспечивают стабильную производительность.
5. Автоматический мониторинг и диагностика неисправностей. Контроль, мониторинг и диагностика в процессе производства позволяют сократить время простоя и время проведения проверок, обеспечивая при этом надежность и качество продукции.

Не каждому станку требуются все функции. Гибкость должна соответствовать производственным требованиям и фактическим условиям эксплуатации.

Даже в жестких системах с большим объемом производства можно использовать гибкие элементы. Ячейки типа «CNC» или станки со сменными шпиндельными головками позволяют повысить адаптивность к различным видам продукции. Буферы в жестких системах транспортировки могут разделять отдельные участки, благодаря чему отказ одного агрегата не приводит к остановке всей линии.