Автоматические линии. Область применения, виды и компоновки.

Автоматическая линия, система машин, комплекс основного и вспомогательного оборудования, автоматически выполняющего в определённой технологической последовательности и с заданным ритмом весь процесс изготовления или переработки продукта производства или части его.

Выделяют 3 основных вида автоматических линий:

+ Автоматические линии последовательного действия

+ Автоматическая линия параллельного действия

+ -//- последовательно-параллельного действия (АЛ комбинированного действия)

Лини последовательного действия

Автоматы и линии последовательного действия дифференцируют обработку, разбивая на группы операций, стремясь к одинаковой их продолжительности и располагая в различных позициях согласно принятой технологической последовательности. Обработку ведут во всех позициях одновременно; изделие последовательно проходит через все позиции и обрабатывается в них различными группами инструментов согласно технологическому процессу так, что в обработке одновременно находится число изделий, равное числу позиций.

Рис. 5.1. Развитие структурных схем компоновки автоматических линий последовательного действия

а) - однопозиционном автомат; б), д) Линейная компоновка; в), г) – Круговая компоновка; е) Линейная компоновка с промежуточными накопителями; ж) Круговая компоновка с промежуточными накопителями

Формула производительности автоматической линии

где: w — коэффициент возрастания внецикловых потерь из-за простоев соседних участков

t_уч — внецикловые потери одного участка

n_уч – кол-во участвков

q – количество рабочих позиций

t_pо — суммарное время технологического воздействия согласно принятому технологическому процессу

ΣС — потери по инструменту одного комплекта инструмента

t_е — потери по оборудованию одного комплекта механизмов и устройств

Показанные на рис. 5.4 графики зависимости производительности автоматических линий от числа рабочих позиций при различном числе участков показывают, что деление линии на участки позволяет повысить наивыгоднейшую степень дифференциации и концентрации операций технологического процесса.

Рис. 5.4. Производительность автоматических линий последовательного действия при различном числе позиций и участков

Лини параллельного действия

Многие процессы, например обработка давлением (штамповка, вытяжка, пробивка, обрезка, чеканка и т. д.), сборка, контроль и др., обладают малой длительностью составных операций дифференцированного технологического процесса (порядка одной секунды и менее). Это практически исключает возможность дальнейшего дифференцирования технологического процесса путем дробления составных операций.

Концентрация разноименных операций в многопозиционных автоматах, как правило, нерациональна, так как время обработки меньше времени холостого хода (поворота шпиндельного блока). Для таких операций более целесообразно создание многопозиционных автоматов параллельного действия с концентрацией одноименных операций.

В основе создания автоматов параллельного действия использованы однопозиционные машины, выполняющие отдельные операции дифференцированного технологического процесса.

Рис. 5.5. Развитие структурных схем компоновки автоматов параллельного действия

а) однопозиционная машина; б) несколько параллельно работающих машин; с) автомат параллельного действия; г) автомат с расположением рабочих шпинделей по окружности; д) конвейерная схема компоновки

Автоматы, в которых обработка деталей в этом случае производится на ходу при непрерывном вращении стола, получили название роторных и нашли широкое применение в самых различных отраслях производства.

Роторный принцип работы дает возможность производить загрузку и съем обрабатываемых деталей всегда в одной зоне, что позволяет легко встраивать автоматы в линию, а при ручной загрузке обеспечивать максимальные простоту и удобство. По окружности рабочего ротора (рис. 5.6, а), который имеет непрерывное транспортное движение, расположены рабочие шпиндели, которые включают инструментальные блоки для выполнения заданных операций (на рис. 5.6, б – пуансон и матрица для штамповки изделий типа колпачков). Под действием системы неподвижных торцовых копиров, расположенных сверху и снизу, некоторые элементы инструментальных блоков (пуансоны, выталкиватели и т. д.) получают в процессе вращения ротора осевые перемещения, которые являются технологическими движениями (рис. 5.6, б).

При большом количестве позиций расположение их по окружности становится невыгодным из-за большого холостого пространства в центре. В этих случаях применяется конвейерная схема компоновки.

Рис. 5.6. Схема роботы роторного автомата:

а – рабочие и холостые ходы, б – развертка рабочей зоны

При анализе производительности автоматов параллельного действия необходимо учитывать влияние тех же факторов, что и для автоматов последовательного действия.

Очевидно, в автомате параллельного действия за один рабочий цикл выдается не одна, а р готовых изделий:

.

Время обработки детали в автоматах параллельного действия по сравнению с однопозиционной машиной (см. рис. 5.5, а) не изменяется, следовательно, К = К_о, t_p = const.

Суммарные внецикловые потери по сравнению с однопозиционной машиной возрастают в р раз, так как р рабочих позиций имеют р комплектов инструментов для полной обработки детали. Число механизмов по сравнению с однопозиционной машиной также увеличивается в р раз.

Следовательно, производительность автоматов параллельного действия можно выразить формулой

.

По этой же формуле определяют и производительность конвейерных автоматов (см. рис. 5.5, д).

В случае, если имеется группа из р однопозиционных автоматов, работающих параллельно (см. рис. 5.5, б), производительность, естественно, увеличивается в р раз, так как внецикловые потери сохраняются на прежнем уровне. Производительность группы независимо работающих автоматов определяется по формуле

.

Как показывают графики (рис. 5.7, а, б), в противоположность машинам последовательного действия автоматы параллельного действия не имеют точки максимума производительности. Увеличение числа параллельных позиций не может привести к падению производительности. Графики показывают, что постепенно рост производительности замедляется, асимптотически приближаясь к некоторому пределу, величину которого можно определить при условии р → ∞:

.

Рис. 5.7. Производительность автомата параллельного действия: а) – при различных внецикловых потерях; б) – при различной длительности обработки

Автоматические линии последовательно-параллельного действия

По схеме последовательно-параллельного действия создаются наиболее производительные автоматы и все многопоточные автоматические линии.

На рис. 5.8 показаны схемы различных вариантов автоматов и линий последовательно-параллельного действия.

На схеме (рис. 5.8, а) представлена система из р параллельных потоков с линейно расположенными последовательными позициями. По такой схеме строят автоматические линии с жесткой связью, когда после каждого шага транспортера две или несколько деталей последовательно перемещаются на очередные позиции для обработки.

По схеме (рис. 5.8, б) работают автоматы последовательно-параллельного действия с расположением рабочих позиций по окружности.

С увеличением числа позиций в автомате последовательно-параллельного действия количество возможных комбинаций возрастает.

Рис. 5.8. Варианты построения автоматических линий последовательно-параллельного действия

Автоматические линии последовательно-параллельного действия можно строить по двум основным вариантам:

1) линии из автоматов параллельного действия, соединенных последовательно; если эти автоматы роторного типа, автоматические линии также называются роторными;

2) линии из многошпиндельных автоматов последовательного действия, соединенных параллельно.

На рис. 5.8, в изображена схема автоматической линии из роторных автоматов, связанных между собой транспортными роторами. В каждом роторе параллельно (со смещением по фазе) обрабатываются пять деталей. На каждом из роторов выполняется одна операция; детали, перемещаясь последовательно с одного ротора в другой, постепенно проходят весь процесс обработки. На рис. 5.8, г представлена схема автоматической линии, состоящая из многошпиндельных автоматов последовательного действия, работающих параллельно.

В автоматах последовательно-параллельного действия в обработку поступает р изделий, которые выдаются за один рабочий цикл. Отсюда производительность

.

Технологический процесс обработки общей длительностью t_ро дифференцирован на q рабочих позиций, следовательно, время рабочего хода tp = t_pо/q. Длительность рабочего цикла

.

Производительность автоматов последовательно-параллельного действия в зависимости от числа последовательных позиций па­раллельных потоков обработки показана на рис. 5.9.