ЗАГОТОВОК ИЗ ПРОКАТА

 

Оснащение отрезных станков с ЧПУ типа СNC оборудованием для автоматического выделения прутка (его загрузка, измерения, клеймения, сортировка заготовок и укладки их в бункера, удаления стружки, автоматического контроля за поломкой инструмента, по усилению подачи инструмента и усилию зажима прутка) превращает станок в модуль, который при наличии магазина может работать в условиях безлюдной технологии в течение определенного времени. Наличие таких модулей позволяет перейти к более высокому уровню автоматизации процесса резки заготовок путем наращивания модулей и создания на их основе многостаночных гибких автоматизированных систем. Такие системы должны иметь необходимые интерфейсы, программно – математическое обеспечение и механические устройства для интеграции с другими компонентами автоматизированного производства, управляемого ЭВМ. В последнее время вопросам автоматизации заготовительного производства, включая складирование и подачу материала на отрезку, уделяется особое внимание.

Решая эти вопросы, фирма «Kasto» (ФРГ) создала гибкий автоматизированный участок резки заготовок (фиг.1), в состав которого входят отрезные станки с ЧПУ, склад проката, транспортные устройства, система удаления стружки, система управления. Фирма поставила различным предприятиям около 70 автоматизированных участков, которые предназначены для ритмичного обеспечения заготовками из проката гибких участков механообработки или участков станков с ЧПУ (например, токарных). На участке возможна резка сортового проката различных сечений: круглого, квадратного, труб и т.д.

Для этого используется круглопильный станок модели PKS-130 OPL, позвалющий разрезать прутки диаметром до 130 мм. Длительность цикла резки не превышает 30 с. Станки работают круглосуточно, причем в ночную смену в режиме безлюдной технологии, наблюдение за участком ведет один человек из другой службы. Размер партии отрезанных заготовок составляет от 10 до 200 штук. Переход от одного вида проката на другой, занимает всего 30 с, так как транспортировка заготовок со склада происходит во время операции резки.

Склад проката состоит из простых по конструкции вертикальных стеллажей с горизонтальными полками из сварных профилей. Портальный кран передвигается вдоль стеллажей по двум рельсам из ряда в ряд в зависимости от полученных команд. Кран – штабелер имеет подвижную вертикальную каретку с пятью выдвижными вилами для загрузки проката в ячейки стеллажа и выгрузки. После отбора необходимого прутка кран – штабелер перемещается в положение точно напротив отрезного станка и опускается на уровень резки; пруток измеряется и подается на резку.

Для управления работой автоматизированного участка применяется мини- ЭВМ. В качестве обслуживающего персонала могут использоваться неквалифицированные рабочие; длительность периода обучения их составляет несколько часов.

При задании управляющей программы на отрезку через пульт управления вводится следующая информация: размер поперечного сечения разрезаемого проекта, порядок выделения проката (адрес ячейки в складе и адрес рабочего места резки), длина отрезаемых заготовок, вид материала, число заготовок, адрес доставки отрезанных заготовок при сортировке, усилие зажима (при резке труб). Предусмотрено введение 12 кодов материала от мягких сталей до сверхтвердых сплавов с целью корректировки скорости и подачи при отрезке.

После введения всей информации ЭВМ автоматически выбирает необходимые режимы резания и, управляя всем оборудованием, обеспечивает запланированную резку заготовок. Объем памяти системы управления позволяет хранить информацию о 90 различных операциях по транспортировке и 64 программах резки. При необходимости ручного управления некоторыми операциями предусмотрен специальный пульт. На фирме «Kasto» для обслуживания типового участка резки заготовок из проката, состоящего из трех отрезных станков, необходимо два оператора.

Гибкие автоматизированные системы резки заготовок из проката, создаваемые фирмой «Kaltenbach» (ФРГ), состоят из тех же составных частей, но отличаются исполнением. Так, отрезные станки применяюся как с ЧПУ, так и без него. Система складирования фирмы «Remmert» (ФРГ), применяемая на участке, позволяет осуществлять постоянное управление складов проката в реальном времени.

Автоматизированный склад проката (фиг. 2) представляет собой сварную многоярусную конструкцию, в ячейках которой размещены контейнеры с прокатом. Расстояние между стойками немного превышает ширину контейнера. Кран – штабелер мостовой конструкции перемещается по рельсам, расположенным на стеллаже. Находящийся на кране электрический тельфер поднимает и опускает в проводах несущую траверсу, которая укладывает или извлекает контейнер справа или слева при помощи телескопических захватов. Вся установка может управляться и вручную, и в автоматическом режиме. Программное управление включает в себя операции ввода и вывода проката, определение направления перемещения штабелера и его адресования, начало операции торможения и ускорения окончание операций с соблюдением высокой точности адресования. Выпускаются пяти и семиярусные склады с общим количеством контейнеров 145 и 222 штуки. Применяемые контейнеры имеют размеры 6500*300*500 мм при грузоподъемности до 3000 кг и 400*200*400 мм - грузоподъемностью 2000 кг.

Такая складская система обладает рядом преимуществ, среди которых оптимальное использование имеющегося пространства, свободный доступ к любому стеллажу в складе в любой момент, планирование загрузки и выгрузки проката, возможность контроля массы складируемых материалов и централизованное управление при помощи ЭВМ.

Свою продукцию фирма «Kaltenbach» широко экспортирует. На судостроительной фирме «Appledore Shipbuilder» (Великабритания) установлен участок для отрезки труб производство труб «Kaltenbach-Rummert», включающий устройства складирования контейнерного типа и подачи проката. Система предназначена для отрезки труб диаметром 20-2542 мм на участке верфи по подготовке водопроводных систем судов. Функции оператора сводятся к выбору материала и программы в соответствии с потребностями производства. Загрузка и выгрузка проката, измерение, установка, отрезка производятся в автоматизированном режиме. Ближайшая задача фирмы заключается в подключение участка к АСУ предприятия, которая будет готовить ежедневные задания с оптимизацией, как времени резания, так и расходы материала. В памяти ЭВМ будут храниться данные о размерах остатков с целью их первоначального использования.

Контейнерная система складирования (участок размером 8*17 м) позволила значительно улучшить использование площадей. Система включает 12 вертикальных стеллажей, в каждом из которых установлено по девять контейнеров длиной 6 м; то есть всего 108 контейнеров, обеспечивающих хранение большей части потребного сортимента. Для подачи материала на отрезку соответствующей контейнер погружается краном на специальную тележку, с которой трубы подаются на приемный конвейер пилы. Ленточно-отрезной станок фирмы «Kaltenbach- Behringer» снабжен автоматическим измерительным устройством. Отрезанные трубы сходят по отводящему конвейеру на один из двух участком для последующей, гибки или отфланцовки.

Автоматизированный участок фирмы «Stolzer» (ФРГ), предназначенный для резки прутков диаметром до 260 мм (при длине проката до 6,5 м) включая четыре группы устройств: для хранения проката, загрузочно-разгрузочные, станки для резки, информационно – управляющие.

Прутки хранятся в автоматизированном складе, имеющем 636 ячеек с контейнерами грузоподъемностью 2,5 т, рассчитанном на хранение прутков общей массой до 1590 т. Штабелер с помощью вилочного подъемного механизма перемещает контейнер с прутками из ячейки склада на промежуточную позицию, где контейнер обменивается на ранее использованный. Штабелер оснащен электрическими весами, с помощью которых выполняется непрерывный учет расхода материала. Затем контейнер с прутками посредствам подвесного автооператора транспортируются от промежуточной позиции на загрузочно-разгрузочную позицию, расположенную около станков.

В щтабелере и автооператоре для вертикального перемещения контейнера используют цепные подъемные механизмы. При выборе размеров цепи учитываются требования ее малого удлинения в процессе работы, а также высокой износостойкости и надежности. Различные загрузочно-разгрузочные устройства, находящиеся на участке, оснащены пневматическими и электромеханическими устройствами захвата прутков.

На загрузочно-разгрузочной позиции с помощью специального устройства прутки, уложенные в контейнер, разделяются на разные по размерам и подаются на устройство смены прутков на станках. Время смены прутка диаметром 260 мм не превышает 1 мин. Для разделения прутков, отличающихся профилем сечения, в контейнере имеются промежуточные прокладки. Устройство для разделения прутков имеет траверсу, управляемую по двум координатам, с вилочным подъемным механизмом. Рабочие скорости для разделения прутков и устройств смены прутков выбраны с таким расчетов, чтобы время смены прутка было значительно меньше такта его резки.

В составе участка предусмотрены два круглопильных станка, оснащенных системами ЧПУ типа CNC. Резка выполняется твердосплавными дисками или пилами из быстрорежущей стали. Станки оснащены сортировочными устройствами и защитными ограждениями.

Участок имеет центральный пульт управления с дисплеем и децентрализованную систему управления. Каждое транспортное устройство или станок снабжены автономным устройством управления, связанным с центральным пультом. Благодаря такому построению информационно-управляющих устройств, обеспечиваются высокая надежность и гибкость работы участка.

На участке работает четыре оператора, один из которых обслуживает автоматизированный склад. При повышении требований к квалификации персонала общие затраты значительно ниже в сравнении с обычным производством.

Благодаря комплексной автоматизации процессов хранения, транспортирование и резки прутков общее снижение затрат достигает 50-70% по сравнению с общим производством. Предусмотрена работа участков в ночную смену без участия оператора.

Благодаря высокой гибкости, на участке экономически эффективно могут обрабатываться мелкие серии заготовок (в количестве до 10 штук). Наличие вертикального склада позволяет сохранить требуемую для участка производственную площадь.

Описанные выше участки, обладают по сравнению с участками, состоящими только из отрезных станков, следующими преимуществами: уменьшение затрат прямого труда (оператор не связан со станком, не необходимости в квалифицированных станочниках, организация оборудования отвечает требованиям безлюдной технологии); улучшение использование оборудования (исключает потери, связанные с настройкой и подготовкой станка к работе, реализуются автоматические функции, исключающие необходимость вмешательства оператора в цикл обработки, обеспечивается быстрая загрузка-разгрузка и другие транспортно- передаточные функции, максимально реализующие машинное время); улучшение пооперационного управления (уменьшается число неконтролируемых переменных, обеспечиваются средства распознавания и быстрого реагирования на отклонения от плана, уменьшается влияние ошибок человека); уменьшение непродуктивных затрат (уменьшается величина партий запуска деталей, ускоряется оборачиваемость средств, используются только планируемые инсрументы, необходимые для данного производства, снижаются складские запасы, уменьшается время внедрения новой продукции, снижается фонд заработной платы, повышается количество продукции и согласованность номенклатуры деталей, снижается уровень отходов и брака.)

Основные недостатки гибких производственных систем связаны, главным образом, с их высокой стоимостью,большими капиталовложениями, со сложностью и недостаточной надежностью их программного обеспечения. Опыт эксплуатации показал, что продолжительность простоев из-за остановки станка или сбоя программ несколько больше, чем предполагалось при расчетах. Внедрение гибких систем затруднено тем, что различные их элементы, не могут быть состыкованы непосредственно с ЭВМ без промежуточных блоков. Кроме того, существующие станочные модели не всегда объединяются в систему стыковочных элементов. Отрезанные загодовки транспортируются в бункера и сбрасываются навалом без ориентирования. К недостаткам также относится то, что тара, заполненая отрезными заготовками, от станка удаляется обычным универсальным цеховым транспортом к складу заготовок или непосредственно на участки механообработки.

При внедрении гибких производственных систем выявляются все слабые места традиционной технологии и оборудования. Возникают проблемы, не характерные для традиционного производства: автоматизация контроля режущего инструмента, стабилизация точности реза, контроля рабочего процесса и так далее. Их решение позволит повысить надежность и гибкость существующих систем. Максимальная гибкость может быть достигнута при условии автоматизации операций, связанных с переналадкой станка на новый вид проката.

Необходимость широкого внедрения гибких производственных систем, в том числе гибких участков резки заготовок из проката, признана почти во всех странах с развитым машиностроительным производством. Гибкие системы целесообразно применять в условиях массового, средне- и мелкосерийного производства изделий, технические и другие характеристики которые должны соответствовать быстро меняющимся требованиям рынка. Большинство участков работает при полной загрузке в течение двух рабочих смен с участием человека и при полной загрузке- в третью смену без участия человека или при его минимальном участии в качестве наблюдателя.

Анализ гибких участков, их структуры и компоновок показывает, что нет стереотипных решений, каждое решение оригинально. Внедрение участков, отличающихся высокой степенью автоматизации, должно осуществляться постепенно. Особое внимание должно быть уделено подготовке квалифицированных кадров. Необходимо повысить «гибкость» обслуживающего персонала.

Развитие гибких производственных систем в дальнейшем ведет к объединению в составе одной системы оборудования для термической обработки, отрезки и сварки заготовок, что, наряду с традиционной механической обработкой, позволяет получить готовое изделие в пределах одного гибкого производства, то есть в будущем предполагается переход к автоматическим цехам и даже заводам.

В тяжелом и транспортном машиностроении должен быть широко использован опыт проектирования и создания гибких производственных участков резки заготовок из проката. Для повышения производительности резки необходимо создание отрезных станков с ЧПУ типа CNC как круглопильник, так ленточных и ножовочных.

Гибкие производственные модели на их основе с полным набором периферийного оборудования обеспечат объединения их в более сложные системы.

Назрела также необходимость в создании складских систем для длинномерных заготовок с применением мостового крана - штабелера типа Remmert.

В настоящее время за рубежом создан ряд моделей и центров резки листов и профильного проката на базе прессов, ножниц и установок плазменно-дуговой резки, которые являются основой для создания гибких производственных систем, объединяющих резку, сварку и механообработку в единый производственный цикл.

Лазерные установки с полным основанием могут быть использованы для резки проката в промышленном масштабе, по сравнению с традиционными методами лазерная обработка труднодоступных мест определяет преимущество этого метода, который находит все больше применение в тяжелом машиностроении.