Автоматизация производственных процессов в машиностроении: учебное пособие [Евгений Эммануилович Фельдштейн] (pdf) читать онлайн

Среднее профессиональное образование

Е.Э. Фельдштейн, М.А. Корниевич

Автоматизация
производственных
процессов
в машиностроении
Рекомендовано учреждением образования
«Республиканский институт профессионального образования»
в качестве пособия для учащихся учреждений,
обеспечивающих получение среднего специального образования
по специальности «Технология машиностроения»
Рекомендовано
Федеральным государственным учреждением
«Федеральный институт развития образования»
в качестве учебного пособия для использования
в учебном процессе образовательных учреждений,
реализующих программы среднего профессионального
образования

Минск
«Новое знание»

Москва
«ИНФРАМ»
2011

УДК 62152(075.32)
ББК 34.5505я723
Ф39
Рецен з е нты :
цикловая комиссия технологии машиностроения УО «Минский государственный политехнический колледж» (И.Н. Дегтярев);
декан машиностроительного факультета, доцент кафедры технологии машиностроения УО «Брестский государственный технический университет», кандидат технических наук А.П. Акулич

Ф39

Фельдштейн, Е.Э.
Автоматизация производственных процессов в машиностроении : учеб. пособие / Е.Э. Фельдштейн, М.А. Корниевич. —
Минск : Новое знание ; М. : ИНФРАМ, 2011. — 265 с. : ил. —
(Среднее профессиональное образование).
ISBN 978-985-475-443-7 (Новое знание)
ISBN 978-5-16-004756-0 (ИНФРА-М)
Рассмотрена автоматизация процессов изготовления деталей, их
загрузки, ориентирования, соединения и выгрузки, автоматизированные транспортные системы и системы смены режущих инструментов.
Представлены методы контроля и диагностики процесса обработки
выпускаемой продукции. Показаны возможности применения промышленных роботов. Рассмотрены некоторые вопросы организации
и эксплуатации гибких производственных систем.
Пособие предназначено для студентов специальности 236 01 01
«Технология машиностроения» техникумов и технических колледжей,
других родственных специальностей. Может быть полезно учащимся
профессиональнотехнических учебных заведений.

УДК 62152(075.32)
ББК 34.5505я723

ISBN 978-985-475-443-7 (Новое знание)
ISBN 978-5-16-004756-0 (ИНФРА-М)

© Фельдштейн Е.Э.,
Корниевич М.А., 2011

© ООО «Новое знание», 2011

Список условных сокращений
АЛ
—
АПРУ —
АРКЛ —
АРЛ
—
АСИО —
АСНИ —
АСОК —
АСОН —
АСОПП —
АСПР —
АССОО —
АСТПП —
АСУ
—
АСУО —
АСУОП —
АСУП —
АСУТП —
АТСС
ГПМ
ГПС
ГПЯ
ИРК
КПП
ОТК
САПР
СОЖ
УСО
ЦИЛ
ЦИС
ЧПУ

—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—

автоматическая линия
автоматизированное погрузочноразгрузочное устройство
автоматическая роторноконвейерная линия
автоматическая роторная линия
автоматическая система инструментального обеспечения
автоматизированная система научных исследований
автоматизированная система обеспечения качества
автоматизированная система обеспечения надежности
автоматизированная система оперативного планирования
производства
автоматизированная система плановых расчетов
автоматизированная система содержания и обслуживания
оборудования
автоматизированная система технологической подготовки
производства
автоматизированная система управления
автоматическая система удаления отходов
автоматизированная система управления организацией
производства
автоматизированная система управления предприятием
автоматизированная система управления технологическими
процессами
автоматизированная транспортноскладская система
гибкий производственный модуль
гибкая производственная система
гибкая производственная ячейка
инструментальнораздаточные кладовые
контрольнопроверочный пункт
отдел технического контроля
система автоматизированного проектирования
смазывающеохлаждающая жидкость
устройство связи с объектами
центральноизмерительная лаборатория
центральный инструментальный склад
числовое программное управление

ВВЕДЕНИЕ

Производительность машиностроительного производства
обусловлена временем, необходимым для выпуска единицы про
дукции. Это время складывается из ряда составляющих, среди
которых:
• основное время, связанное непосредственно с процессом об
работки или сборки изделия;
• вспомогательное время, необходимое для выполнения под
готовительных операций (загрузки и выгрузки деталей, быстрых
ходов, контроля выполняемых функций и т.д.);
• подготовительнозаключительное время, требуемое для на
ладки оборудования, монтажа и демонтажа специальных уст
ройств и т.д. (относится к одной детали);
• организационное время, связанное как c техническим об
служиванием оборудования (подналадка, смена и поднастройка
инструментов и т.п.), так и с работой оператора (время на отдых
и естественные надобности).
Сократить основное время обработки можно путем использова
ния высокоскоростного оборудования, прогрессивных режущих
инструментов, новых технологий. Подготовительнозаключи
тельное время на современном этапе развития промышленности
может быть сокращено в результате внедрения новейших авто
матизированных систем подготовки производства. Средством
сокращения вспомогательного и организационного времени яв
ляется автоматизация производства.
В общем случае под автоматизацией производства пони
мают такой уровень его развития, при котором функции управ
ления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются
приборам и автоматическим устройствам. Цель автоматизации
заключается в повышении эффективности труда, улучшении
качества выпускаемой продукции, создании условий для опти
мального использования всех ресурсов производства.
Исторически можно выделить несколько уровней автомати
зации производства.

Введение

5

Первый уровень автоматизации — частичная автоматиза
ция — подразумевает автоматизацию отдельных производст
венных операций, осуществляемую в тех случаях, когда управ
ление процессами вследствие их сложности или скоротечности
практически недоступно человеку и когда простые автоматиче
ские устройства эффективно заменяют его. На этом уровне осу
ществляется автоматизация рабочего цикла технологической
машины, т.е. создаются полуавтоматы и автоматы. Следует под
черкнуть, что автоматизируется только одна технологическая
операция сборки, обработки или контроля, а также вспомога
тельные процессы, непосредственно связанные с выполнением
основных технологических операций.
В машиностроении наиболее распространены технологиче
ские машины с автоматизированным рабочим циклом. В этих
автоматах рабочие и холостые ходы повторяются в заданной по
следовательности, и за каждый рабочий цикл выдается одно об
работанное изделие (порция продукта).
На первом уровне автоматизации технологические маши
ныавтоматы и агрегаты образуют независимые модули. Объе
динить их в производственные системы достаточно сложно, по
этому межмашинное транспортирование деталей, накопление
заделов, разделение или соединение потоков деталей при их пе
редаче на очередную операцию осуществляются вручную или
с помощью средств механизации. При этом обычно отсутствует
единая информационная основа для управления качеством про
дукции и работой отдельных машинавтоматов, что затрудняет
применение автоматизированных систем управления.
Первый уровень автоматизации имеет два подуровня. После
разработки отдельных полуавтоматов и автоматов (первый под
уровень) переходят к автоматизации систем машин и созданию
автоматических линий (второй подуровень). На этом подуровне
автоматизации технические решения выходят за рамки кон
кретных технологических операций, охватывая весь техноло
гический процесс, который представляет собой совокупность
операций получения конструкционных материалов, их обра
ботки, сборки и контроля деталей, сборочных единиц, изделий
в целом. В этом случае должны быть автоматизированы и про
цессы, не связанные непосредственно с технологией обработки:
доставка к машинам деталей, материалов, технологических
сред, транспортирование от машины к машине, накопление

6

Введение

межоперационных заделов, удаление отходов и т.п. Система
управления автоматической линией координирует работу тех
нологического и вспомогательного оборудования, а также вы
полняет функции организационноэкономического характера.
Однако все остальные функции производства — организация,
проектирование, снабжение, контроль и др. — реализуются как
отдельные задачи и никак не связаны между собой.
Второй уровень автоматизации — комплексная автомати
зация — предусматривает создание групп технологического обо
рудования, автоматизированных участков, цехов и заводов.
Автоматизация этого уровня охватывает совокупность техноло
гических процессов на участке или в цехе с соответствующим
усложнением функций транспортирования деталей и склади
рования изделий, подачи к автоматическим линиям запасных
инструментов и обновления технологических сред, удаления от
ходов производства (особенно усложняются функции автомати
ческого управления и регулирования).
В настоящее время комплексная автоматизация представляет
собой систему конструкторских и технологических решений по
созданию высокопроизводительного производства, базирующую
ся на широком использовании компьютеров и микропроцессор
ной техники для выполнения технологических и вспомогатель
ных операций.
Третий уровень автоматизации — полная автоматизация —
высшая ступень автоматизации, которая предусматривает пере
дачу всех функций управления и контроля комплексноавтома
тизированным производством автоматическим системам управ
ления. Полная автоматизация реализуется в тех случаях, когда
производство рентабельно, устойчиво, его режимы практически
неизменны, а возможные отклонения могут быть заранее учтены,
а также в условиях, недоступных человеку или опасных для его
жизни и здоровья.
Полная автоматизация подразумевает кроме использования
принципов комплексной автоматизации также разработку и вне
дрение ряда автоматических систем:
• автоматизированной системы управления предприятием
(АСУП);
• автоматизированной системы управления организацией
производства (АСУОП);

Введение

7

• автоматизированной системы управления технологически
ми процессами (АСУТП);
• автоматизированной системы плановых расчетов (АСПР);
• автоматизированной системы обеспечения качества (АСОК);
• системы автоматизированного проектирования (САПР);
• автоматизированной системы научных исследований
(АСНИ) и др.
Полная автоматизация производства основана на исполь
зовании компьютеров и сложного программного обеспечения
и характеризуется гибкостью в решении каждой возможной
проблемы (выполнение инновационных исследований, подго
товка к выпуску новой продукции, размещение заказов, рас
шивка узких мест и др.). В ее разработке участвуют большие
коллективы специалистов — конструкторы, технологи, систе
мотехники, математики, экономисты, программисты и др.

1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
СИСТЕМАХ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ

1.1. Автоматические станочные линии
Наиболее прогрессивным методом в машиностроении явля
ется поточное производство. Оно характеризуется расчленени
ем производственного процесса на отдельные, относительно ко
роткие операции, выполняемые на специально оборудованных
последовательно расположенных рабочих местах — поточных
линиях, при определенном интервале выпуска изделий — так
те выпуска. В массовом производстве при устойчивом длитель
ном выпуске однородной продукции поток — основная форма
организации. В серийном производстве на потоке изготовляют
ся отдельные узлы и детали, широко применяемые для различ
ных конструкций.
Поточное производство позволяет полнее реализовать про
порциональность, ритмичность и непрерывность выпуска про
дукции. Благодаря узкой специализации появляются возможно
сти для более полного использования высокопроизводительного

1.1. Автоматические станочные линии

9

механизированного и автоматизированного оборудования, со
кращаются или полностью исключаются простои оборудова
ния, уменьшается доля вспомогательных операций, растет про
изводительность труда.
Высшей формой поточного производства является автомати
зированное производство, при котором работа оборудования (агре
гатов, аппаратов, установок) происходит автоматически по за
данной программе, а рабочий только осуществляет контроль за
их работой, устраняет отклонения от заданного процесса, произ
водит наладку и подналадку автоматизированного оборудования.
Различают частичную и комплексную автоматизацию. При
частичной автоматизации рабочий полностью освобождается от
работ, связанных с выполнением технологических процессов.
В транспортных, контрольных операциях при обслуживании
оборудования полностью или частично сокращается ручной
труд. В условиях комплексной автоматизации технологический
процесс изготовления продукции, управление этим процессом,
транспортировка изделий, контрольные операции, удаление от
ходов производства выполняются без участия человека, но об
служивание оборудования производится вручную.
В условия как частичной, так и комплексной автоматизации
получили широкое распространение автоматические линии
(АЛ), которые строятся по принципу поточных линий и обеспе
чивают все преимущества поточного производства. Автомати
ческая линия — это комплекс автоматического оборудования,
расположенного в технологической последовательности вы
полнения операций, связанный автоматической транспортной
системой и системой автоматического управления и обеспечи
вающий автоматическое превращение с заданным ритмом ис
ходных материалов (заготовок) в готовое изделие. Рабочий на
АЛ выполняет функции наладки, контроля за работой оборудо
вания, загрузки линии заготовками и выгрузки деталей.
По характеру выполняемых работ выделяют линии ком
плексные, механообрабатывающие, механосборочные, сбороч
ные, штамповочные, сварочные, термические, консервационные,
упаковочные и др.
Загрузка, разгрузка и перемещение изделий между рабо
чими местами осуществляются автоматической транспортной
системой. В жесткой (синхронной) АЛ изделия загружаются,

10

1. Общие сведения об автоматизированных системах

разгружаются и передаются от одного рабочего места к другому
одновременно или через кратные промежутки времени. При вы
ходе из строя любого станка или механизма все остальные вы
ключаются, и вся линия простаивает.
Гибкая (несинхронная) АЛ состоит из самостоятельно рабо
тающих станков. Изделия обрабатываются и передаются от
станка к станку неодновременно, через межоперационные нако
пители. В линии предусмотрены межоперационные заделы, по
этому при выходе из строя какоголибо станка все остальные
продолжают работать до полного истощения задела или запол
нения последующего накопителя.
Линии бывают спутниковые и бесспутниковые. В первом слу
чае изделия базируются, обрабатываются и транспортируются
на приспособлениях, называемых спутниками. Для возврата
спутников в начало линии иногда необходимы дополнительные
транспортеры.
В зависимости от условий транспортирования изделий с опе
рации на операцию линии делятся на сквозные и несквозные.
В сквозной линии транспортирование осуществляется через
зону обработки, а время передачи с операции на операцию не
совпадает полностью со временем обработки. В несквозной ли
нии транспортирование осуществляется в два приема: вначале
вне зоны обработки вдоль линии, а затем поперек линии в зону
обработки. Используются также ветвящиеся линии, в которых
поток обрабатываемых изделий на той или иной операции де
лится на несколько, т.е. обработка производится на параллельно
действующих станках. В этом случае можно говорить о многопо
точной обработке.
Для расширения номенклатуры обрабатываемых деталей ис
пользуются переналаживаемые линии.
Классификация автоматических линий по конструктивно
компоновочным признакам приведена на рис. 1.1.
В состав АЛ входят:
• автоматическое оборудование (станки, агрегаты, установки
и т.д.) для выполнения технологических операций;
• механизмы для ориентировки, установки и закрепления
изделий на оборудовании;
• устройства для транспортировки изделий по операциям;
• машины и приборы для контроля качества и автоматиче
ской подналадки оборудования;

1.1. Автоматические станочные линии

Рис. 1.1. Конструктивнокомпоновочные признаки
автоматических линий

11

12

1. Общие сведения об автоматизированных системах

• средства загрузки и разгрузки заготовок и готовых деталей
на линии;
• аппаратура и приборы системы управления;
• устройства смены инструмента и оснастки;
• устройства удаления отходов;
• устройства обеспечения необходимыми видами энергии
(электричество, пар, инертные газы, сжатый воздух, вода, масло,
канализационные системы);
• устройства обеспечения смазочноохлаждающими жидко
стями и их удаления и т.д.
В состав АЛ последнего поколения входят также электрон
ные устройства:
• «умные» супервизоры1 с мониторами на каждой единице
оборудования и на центральном пульте управления. Они заблаго
временно информируют персонал о ходе процессов в отдельных
агрегатах и системе в целом и дают рекомендации о необходимых
действиях в нештатных ситуациях (например, негативная тен
денция технического параметра агрегата; информация о заделах
и количестве заготовок; информация о браке и его причинах
и т.д.);
• статистические анализаторы с графопостроителями, пред
назначенные для статистической обработки разнообразных пара
метров работы АЛ (время работы и простоев; причины простоев;
количество выпускаемой продукции (всего, уровень брака); ста
тистическая обработка каждого параметра обрабатываемого из
делия на каждой автоматически контролируемой операции;
статистическая обработка выхода из строя систем каждой едини
цы оборудования и линии в целом и т.д.);
• диалоговые системы селективной сборки, при использова
нии которых обеспечивается сортировка фактических размеров
сравнительно неточно обработанных деталей, входящих в сбо
рочную единицу (сочетание подобранных размеров обеспечивает
высококачественные параметры сборочной единицы).
Примеры компоновки автоматических линий для обработки
типовых деталей приведены в табл. 1.1.
1

Супервизор — программа управления задачами, предназначенная для на
блюдения и управления всеми задачами в системе управления (процессом об
работки, памятью и работой оборудования).

1.1. Автоматические станочные линии

13
Таблица 1.1

Схемы компоновки автоматических линий для обработки
типовых деталей
Назначение и характеристика

Компоновка и эскиз

Короткая жесткая однопоточная
сквозная линия из 3...5 агрегат
ных станков для обработки кор
пусных деталей с 1...5 сторон
Жесткая линия для обработки
валов с поперечным расположе
нием оборудования и сквозной
зоной прохождения транспорт
ного потока
Ветвящаяся гибкая многопоточ
ная линия для комплексной об
работки корпусных деталей с на
копителями между участками,
сквозная и несквозная на отдель
ных участках

Линия для обработки валов с ко
ротким циклом обработки, фрон
тальным расположением обору
дования, верхним транспортиро
ванием и загрузкой в рабочую
зону двуруким автооператором
Жесткая комплексная несквоз
ная линия для обработки неслож
ных зубчатых колес при относи
тельно больших программах вы
пуска

Обозначения: 1 — станок; 2 — межоперационный транспортер; 3 — транс
портное устройство подачи заготовок в рабочую зону; 4 — накопитель;
5 — автооператор; 6 — портальное устройство; 7 — подводящий транс
портер; 8 — отводящий транспортер; 9 — накопитель заготовок; 10 — на
копитель готовой продукции; 11 — загрузочноразгрузочное устройство.

14

1. Общие сведения об автоматизированных системах

Следует отметить, что традиционные автоматические ста
ночные линии имеют ряд недостатков, среди которых весьма
высокая трудоемкость, а иногда и невозможность переналадки
линии на другую обрабатываемую деталь, вынужденные про
стои работоспособных станков изза неполадок одного станка
или вспомогательного оборудования, использование специаль
ных режущих инструментов и оснастки и др.

1.2. Роторные и роторноконвейерные
линии
Автоматическая роторная линия (АРЛ) — это комплекс
рабочих машин, транспортных устройств, приборов, объединен
ных единой системой автоматического управления, в котором
заготовки одновременно с обработкой перемещаются по дугам
окружностей совместно с воздействующими на них инструмен
тами. Наиболее распространены АРЛ для операций, выполняе
мых посредством линейного рабочего движения (штамповка,
вытяжка, прессование, сборка, контроль).
АРЛ состоят из рабочих роторов и транспортных роторов, пере
дающих заготовки с одного рабочего ротора на другой. Рабочий
ротор представляет собой жесткую систему, на которой монти
руется группа орудий, равномерно расположенных вокруг обще
го вращающего систему вала. Необходимые рабочие движения
сообщаются этим орудиям исполнительными органами; для ма
лых усилий применяются механические органы, для больших
— гидравлические (например, штоки гидравлических силовых
цилиндров). Инструмент, как правило, монтируется в блоках,
предварительно налаживаемых вне рабочих машин и сопрягае
мых с исполнительными органами ротора преимущественно
осевой связью, что обеспечивает возможность быстрой замены
блоков. Пример обработки детали на АРЛ с использованием
комплекта инструментов показан на рис. 1.2.
Транспортные роторы принимают, транспортируют и пе
редают изделия. Они представляют собой барабаны или диски,

1.2. Роторные и роторноконвейерные линии

15

Рис. 1.2. Схематическая развертка прессовой операции
на роторной линии:
1, 3 — инструменты (матрица и пуансон); 2 — предмет обработки; 4 — па
зовый копир; 5 — ползун; 6 — ролики ползунов; h — шаг между предмета
ми обработки; Lп — длина пути обработки; Lц — цикловой путь инструмента;
vтр — транспортная скорость; vтехн — технологическая скорость

оснащенные несущими органами. Чаще применяются транспорт
ные роторы, имеющие одинаковую скорость транспортирования,
общую плоскость транспортирования и одинаковую ориентацию
предметов обработки. Для передачи изделий между рабочими
роторами с различными шаговыми расстояниями или различ
ным положением предметов обработки предназначены транс
портные роторы, которые могут изменять угловую скорость и по
ложение в пространстве транспортируемых предметов.
Рабочие и транспортные роторы соединяются в линии общим
синхронным приводом, перемещающим каждый ротор на один
шаг за время, соответствующее такту работы линии.
Для сокращения числа роторов в линии роторный автомат
питания может быть совмещен с транспортным или рабочим рото
ром, а при технологических процессах с малым числом операций
(3...6) роторные линии и роторный автомат питания можно ком
поновать на одном валу с общим приводом в несколько ярусов.

16

1. Общие сведения об автоматизированных системах

На рис. 1.3 представлена многоярусная роторная линия, где
из встроенного бункера 1, который вращается вместе с ротора
ми, заготовки попадают в лоткимагазины 2, а оттуда под дейст
вием собственного веса поступают по одной в рабочую зону
(рабочую головку) 3 операционного ротора 4, где осуществляет
ся первая операция. Из лотка 5 детали поступают в лоток 6, от
куда они поштучно подаются на вторую операцию в рабочий
орган 10 ротора 9. Далее процесс повторяется, и из лотковмага
зинов 11 детали попадают для следующей операции к рабочим
головкам и далее. Роторы 4, 9 и 14 связаны между собой анкер
ными связями 13 и приводятся во вращение от вала ротора 16,
который связан фланцем 18 с ротором 4. Роторный вал сидит на
подшипниках 17, которые установлены на неподвижной трубе
15, несущей на своей поверхности ряд кулачковых механизмов,
обеспечивающих технологические движения рабочим органам
7, 8 и 12 рабочих головок роторов.

Рис. 1.3. Многоярусный роторный автомат

В многоярусных линиях передача деталей от ротора к ротору
осуществляется за счет ускорения свободного падения, при этом
не требуются транспортные роторы и сохраняется ориентация

1.2. Роторные и роторноконвейерные линии

17

деталей. Каждая рабочая головка любого ротора имеет свой ма
газин в виде лотка строго определенной длины, что обеспечива
ет надежность питания отдельных роторов линии.
Автоматические роторноконвейерные линии (АРКЛ)
включают несколько роторных машин, соединенных между собой
транспортными роторами и конвейерами и работающих в едином
рабочем цикле, а также системы привода и управления (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схема роторноконвейерной линии для литья термопластов
под давлением:
а — заготовки; б — инжекционный цилиндр; в — прессформа; г — изде
лия; 1 — бункер; 2 — ротор дозирования; 3 — ротор смыкания прессформ;
4 — ротор инжекции; 5, 6 — роторы охлаждения; 7 — ротор размыкания
прессформ; 8 — ротор съема изделий; 9, 14 — конвейеры возврата пресс
форм и инжекционных цилиндров; 10...13, 15 — транспортные роторы

На каждой роторной машине выполняется определенная опе
рация процесса, реализуемого в АРКЛ. Такая машина состоит
из ротора, закрепленного на валу, систем исполнительных органов,
держателей для крепления инструментальных блоков и блоков
технологической оснастки, расположенных по окружности ро
тора (рис. 1.5). При необходимости в машине может выполняться
автоматический контроль состояния инструмента (например,
его износа) и (или) качества выполнения операции (например,
определяется масса изделия, его характерные размеры и т.п.);
при выявленных нарушениях производится соответственно за
мена инструмента или отбраковка изделия.
Транспортные роторы служат для передачи объектов обработки
от одной роторной машины к другой и представляют собой систему

18

1. Общие сведения об автоматизированных системах

Рис. 1.5. Технологическая роторная машина с гидравлическим при
водом исполнительных органов:
1 — держатели инструментальных блоков; 2 — вал; 3 — ротор с блоком
исполнительных органов (гидроцилиндров); 4 — блок технологической
оснастки

манипуляторов, оснащенных захватными устройствами, которые
перемещают изделия в горизонтальной плоскости, а при необходи
мости и вертикально.
Привод исполнительных органов АРКЛ может быть механи
ческим (осевое усилие на инструмент до 20 кН) или гидравличе
ским (до 160 кН).
Оптимальный эффект использования АРКЛ достигается, если
операции выполняются при простом осевом перемещении инст
румента, а объект обработки имеет небольшие размеры. Для
АРКЛ характерна независимость производительности от про
должительности обработки объекта, поскольку первая определя
ется рабочим циклом линии, а вторая — суммарной длиной пути,
проходимого объектом при обработке в различных роторных ма
шинах, который функционально не связан с указанным циклом.

1.2. Роторные и роторноконвейерные линии

19

В АРКЛ, в отличие от технологических роторных автоматов
и автоматических роторных линий, после выполнения опера
ций происходит отделение технологических орудий от испол
нительных органов: орудия передаются в гнезда цепного кон
вейера, который огибает роторы и в соответствующих зонах
вновь вводит инструмент в контакт с исполнительными органа
ми. Это позволяет уменьшить габариты роторных машин, упро
стить обслуживание инструмента.
АРКЛ могут производить одновременно несколько изделий
разных типоразмеров небольшими партиями, при этом осуще
ствляется определенная маршрутизация объектов обработки
в технологических и транспортных роторах.
На АРЛ и АРКЛ можно выполнять операции, значительно
различающиеся по продолжительности, например прессовые,
контрольные, термические и химические. АРЛ и АРКЛ могут
одновременно обрабатывать несколько различных изделий. Та
кие многономенклатурные линии могут применяться в немассо
вых производствах.
Применение АРЛ и АРКЛ наиболее рационально в произ
водстве с непродолжительными технологическими процессами
и при изготовлении относительно простых предметов, имеющих
форму тел вращения. Производительность линии определяется
транспортной скоростью ротора и шаговым расстоянием между
изделиями в роторе. По сравнению с отдельными автоматами не
роторного типа применение АРЛ и АРКЛ сокращает производ
ственный цикл (в 10...15 раз); значительно уменьшает межопе
рационные запасы заготовок (в 20...25 раз); высвобождает про
изводственные площади; в несколько раз снижает трудоемкость
изготовления и себестоимость продукции; капитальные затра
ты на изготовление такой линии окупаются за 1...3 года.
Следует указать и основной недостаток роторных линий: они
проектируются лишь под «жесткое» массовое производство, так
как почти не поддаются переналадке при переходе на выпуск
другого изделия. В современном машиностроении легкость пе
реналадки — основное требование, поэтому роторные линии ис
пользуются преимущественно в производстве комплектующих
элементов (метизов, шпонок, распорных колец и т.п.).

20

1. Общие сведения об автоматизированных системах

1.3. Станки с ЧПУ и гибкие
производственные модули
Повышение нестабильности рынка, усиление конкурентной
борьбы за потребителя, практически неограниченные возможно
сти научнотехнического прогресса привели к частой сменяемо
сти выпускаемой продукции. Главным фактором в конкурент
ной борьбе стал фактор времени. Предприятие, которое может
за короткий срок довести идею до промышленного освоения
и предложить потребителю высококачественный и относитель
но дешевый товар, становится победителем.
Быстрая сменяемость продукции и необходимость снижения
цены при высоком качестве приводят к противоречию. С одной
стороны, низкие производственные издержки (при прочих рав
ных условиях) обеспечиваются применением автоматических
линий и специального оборудования. С другой стороны, проек
тирование и изготовление такого оборудования нередко занима
ет более двух лет, т.е. к моменту начала выпуска изделия оно
может морально устареть. Применение же универсального (не
автоматического) оборудования увеличивает трудоемкость из
готовления, т.е. цену, продукции.
Такая ситуация возникла в 1960х гг. и, естественно, перед
станкостроительными фирмами встала задача создания ново
го оборудования, которое бы удовлетворяло следующим тре
бованиям:
• гибкость, т.е. легкая переналаживаемость с одной детали
на другую;
• возможность автоматизации;
• автоматическое изменение условий работы по команде управ
ляющей вычислительной машины;
• встраиваемость в автоматические линии и комплексы;
• высокая точность обработки;
• высокая надежность;
• автоматическая подналадка (корректировка) положения
инструмента в процессе выполнения операции и т.д.
В настоящее время к оборудованию, отвечающему перечис
ленным требованиям, относят:

1.3. Станки с ЧПУ и гибкие производственные модули

21

• станки различных типов (токарные, фрезерные, шлифо
вальные) с системой числового программного управления (ЧПУ)
и многоцелевые станки, имеющие магазины со 100 и более инст
рументами, с точностью позиционирования изделия относительно
инструмента 0,25 мкм, «умными» супервизорами функциониро
вания всех систем, активным контролем и автоматической под
наладкой инструмента;
• промышленные роботы с программным управлением как
универсальное средство манипулирования деталями, а также пе
реналаживаемые роботы — маляры, сварщики, сборщики и т.д.;
•универсальнотранспортные погрузочноразгрузочные
средства;
• лазерные раскройные установки с ЧПУ, заменяющие слож
нейшие комплексы холодной штамповки, которые сами опреде
ляют оптимальный раскрой материалов;
• термические многокамерные агрегаты, где в каждой из ка
мер производится термическая или химикотермическая обра
ботка по заданной программе;
• высокоточные координатные измерительные машины с про
граммным управлением;
• лазерные бесконтактные измерительные устройства и т.д.
На базе перечисленного оборудования были созданы вначале
гибкие производственные модули, затем — гибкие производст
венные ячейки (комплексы) и линии, гибкие производственные
участки, цехи, производства, заводы.
Гибкий производственный модуль (ГПМ) представляет со
бой сложную систему, состоящую из следующих элементов:
• токарный станок с ЧПУ, токарный или сверлильнофрезер
норасточный многоцелевой станок;
• промышленный робот либо иное устройство для выполне
ния операций загрузкивыгрузки заготовок (деталей);
• система управления;
• накопитель заготовок и деталей, как правило, в ориентиро
ванном положении;
• контрольнодиагностические средства — устройства кон
троля состояния инструмента, автоматической привязки инст
румента к системе координат, измерения деталей на станке или
вне его;
• устройство автоматизированной очистки зоны обработки
и удаления отходов.

22

1. Общие сведения об автоматизированных системах

Дополнительно может быть предусмотрено использование:
• промышленного робота или манипулятора для замены ре
жущего инструмента, зажимной или инструментальной оснаст
ки, захватных устройств основного робота;
• накопителя режущих инструментов;
• накопителей зажимной или инструментальной оснастки,
а также захватных устройств основного робота;
• накопителя бракованных деталей;
• устройства для кантования изделий;

Рис. 1.6. ГПМ для обработки корпусных деталей:
1 — многоцелевой станок; 2 — горизонтальный шпиндель; 3 — система
управления; 4 — стол с закрепленной палетой; 5 — палета для размещения
заготовок; 6 — устройство для смены палет; 7 — магазин палет; 8 — авто
оператор для смены инструментов; 9 — дисковый магазин режущих инст
рументов; 10 — инструменты в магазине

1.3. Станки с ЧПУ и гибкие производственные модули

23

• устройства входного контроля состояния заготовок.
Возможности ГПМ сверлильнофрезернорасточной группы
расширяются путем использования различного количества осей
обработки, типов столов и т.п. (см. рис. 2.12 и 2.13, с. 51).
На рис. 1.6 показан ГПМ для обработки корпусных деталей
с дисковым инструментальным магазином, на рис. 1.7 — токар
ный ГПМ, обслуживаемый портальным промышленным робо
том, а на рис. 1.8 — шлифовальный ГПМ. Емкость магазинов
заготовок в таких ГПМ должна обеспечивать работу без участия
оператора в течение как минимум одной смены.
Более подробно станки с ЧПУ и ГПМ будут рассмотрены в гл. 2.

Рис. 1.7. Токарный ГПМ:
1 — патронный токарный многоцелевой станок; 2 — шпиндель; 3 — ре
вольверная головка с режущими инструментами; 4 — портальный промыш
ленный робот для смены деталей; 5 — манипулятор; 6 — универсальная
палета; 7 — магазин палет; 8 — бункер для стружки; 9 — транспортер для
стружки; 10 — система управления

24

1. Общие сведения об автоматизированных системах

Рис. 1.8. Шлифовальный ГПМ:
1 — манипулятор замены изделий; 2 — манипулятор замены электро
шпинделей для внутреннего шлифования; 3 — шпиндель изделия; 4 —
шлифовальный шпиндель; 5 — наклонные направляющие; 6 — манипуля
тор замены шлифовальных кругов; 7 — задняя бабка; 8 — измерительное
устройство; 9 — система управления

1.4. Гибкие производственные ячейки,
системы и участки
Гибкая производственная ячейка (ГПЯ) — комплекс, состоя
щий из станков с ЧПУ, выбранных и установленных в соответствии
с выполняемыми заданиями и соединенных средствами транс
порта. В состав ГПЯ могут входить станки и машины, обслужи
ваемые вручную, а также дополняющие рабочие места — для

1.4. Гибкие производственные ячейки, системы и участки

25

мойки, сушки, контроля размеров после обработки. Ячейки, об
служиваемые с помощью промышленного робота, называются
роботизированными.
На рис 1.9 показана схема ГПЯ, состоящей из токарного
станка с ЧПУ 1 и многоцелевого токарного станка 2. Ячейку об
служивает промышленный робот 4 с системой управления 12.
Наряду со станками и роботом в состав ячейки входят дополни
тельные устройства и оборудование, в частности кантователь 3,
моечная машина 5, палета1 7 с заготовками типов А и В, палета
6 с обработанными деталями, установка распознавания загото
вок 9. Оператор находится перед центральным пультом управле
ния 10 с монитором 11. Рабочая зона действия робота ограниче
на защитным устройством с системой фотоэлементов 8.

Рис. 1.9. Схема гибкой производственной ячейки
1

Палета (от англ. pallet — поддон) используется для складирования, транс
портирования, базирования и закрепления деталей в условиях ГПС.

26

1. Общие сведения об автоматизированных системах

Гибкая производственная система (ГПС) — комплекс, со
стоящий из большого количества автоматизированных рабочих
мест (технологических машин, станков с ЧПУ, многоцелевых
станков), которые позволяют использовать различные техноло
гии обработки (давление, резание, термообработка, нанесение
покрытий) и дополняющие технологии (мойка, сушка и т.д.)
и связаны между собой устройствами для перемещения изделий
таким образом, что на одних и тех же рабочих местах возможна
обработка различных изделий, проходящих через ГПС различ
ными путями. Компьютер, управляющий ГПС, выполняет так
же функции надзора и планирования производства, управляя
перемещением изделий через систему и обеспечивая ее работу
без участия оператора в течение требуемого отрезка времени.
Схема ГПС на базе трех ГПМ с общей системой транспортиро
вания изделий на основе рольгангов и общей системой управле
ния показана на рис. 1.10.
Повышение гибкости автоматизированных производствен
ных систем возможно за счет применения:
• автоматизированных систем технологической подготовки
производства (АСТПП);
• быстропереналаживаемых автоматических поточных линий;
• универсальных промышленных манипуляторов с програм
мным управлением (промышленных роботов);
• стандартизированного инструмента и средств технологиче
ского оснащения;
• автоматически переналаживаемого оборудования (стан
ков с ЧПУ);
• переналаживаемых транспортноскладских и накопитель
ных систем и т.д.
При создании ГПС имеет место интеграция:
• всего разнообразия изготовляемых деталей в группы об
работки;
• оборудования;
• материальных потоков (заготовок, деталей, приспособле
ний и оснастки, основных и вспомогательных материалов);
• процессов проектирования и производства изделий от идеи
до готовой машины (объединение основных, вспомогательных
и обслуживающих процессов производства);
• обслуживания (за счет слияния всех обслуживающих про
цессов в единую систему);

Рис. 1.10. Функциональная схема ГПС:

1 — компьютеры, управляющие работой ГПМ и измерительных машин; 2, 4, 5 — ГПМ; 3 — пульты управле
ния ГПМ; 6 — пульты управления портальными манипуляторами; 7 — система управления транспортной под
системой; 8 — сеть, соединяющая главный компьютер с компьютерами рабочих мест;
9 — главный компьютер ГПС

1.4. Гибкие производственные ячейки, системы и участки
27

28

1. Общие сведения об автоматизированных системах

• управления (на основе использования комплекса ЭВМ раз
личного уровня, баз данных, пакетов прикладных программ,
систем автоматизированного проектирования (САПР) и управле
ния (АСУ);
• потоков информации о наличии и применении материалов,
заготовок, изделий, а также средств отображения информации;
• персонала (за счет совмещения профессий конструктора,
технолога, программиста, организатора производства).
В состав современных ГПС входят:
• автоматизированная транспортноскладская система (АТСС);
• автоматическая система инструментального обеспечения
(АСИО);
• автоматическая система удаления отходов (АСУО);
• автоматизированная система обеспечения качества (АСОК);
• автоматизированная система обеспечения надежности (АСОН);
• автоматизированная система управления (АСУ);
• система автоматизированного проектирования (САПР);
• автоматизированная система технологической подготовки
производства (АСТПП);
• автоматизированная система управления технологически
ми процессами (АСУТП);
• автоматизированная система оперативного планирования
производства (АСОПП);
• автоматизированная система содержания и обслуживания
оборудования (АССОО);
• автоматизированная система управления производством
(АСУП).
По технологическому признаку ГПС в различных производ
ствах могут быть разделены на две группы.
ГПС первой группы предназначены для выпуска с высокой
производительностью крупных серий узкого спектра изделий,
характеризующихся высокой степенью конструктивного и техно
логического подобия (обработка так называемых закрытых се
мейств изделий). Примером могут служить детали типового
домостроения, выпускаемые для различных, но близких типо
вых проектов. Такие технологические задачи решают, приме
няя разновидность ГПС, называемую гибкой поточной линией.
На такой линии изделия перемещаются с заданным ритмом по
рабочим позициям, расположенным в соответствии с технологи
ческим маршрутом и связанным внутренними межстаночными

1.4. Гибкиепроизводственные ячейки, системы и участки

29

транспортными устройствами. Порядок прохождения изделием
производственного цикла обусловлен в данном случае техноло
гическим маршрутом и соответствующим этому маршруту рас
положением оборудования.
Для такой разновидности ГПС характерно то, что для пере
хода на изделия другого наименования необходимо остановить
поток, завершить обработку имеющегося задела, остановить
оборудование, произвести его переналадку и затем снова запус
тить поток на выпуск новых изделий. Таким образом, одновре
менно в производстве на гибкой поточной линии могут нахо
диться изделия только какогонибудь одного наименования.
ГПС второй группы предназначены для выпуска изделий ши
рокой номенклатуры, ограниченной техническими характери
стиками применяемого оборудования, а также специализацией
и квалификацией производственного персонала. Такие ГПС ха
рактеризуются большим технологическим разнообразием (об
работка открытых семейств изделий).
В этом случае имеет место движение изделий от одной едини
цы оборудования к другой по произвольному изменяемому мар
шруту с возможностью его прерывания. Маршрут движения
изделий и последовательность выполнения над ними техноло
гических операций не связаны с расположением оборудования,
а определяются планом работы производственного комплекса
и расписанием загрузки оборудования, составляемыми не одно
кратно (на этапе проектирования производственного комплек
са), а многократно (на этапе его эксплуатации применительно
к конкретному изделию). Для таких линий возможно одновре
менное нахождение в обработке различных изделий и не требует
ся обязательного выравнивания для различных изделий времени
пребывания на соответствующих операциях технологического
маршрута, а также числа этих операций.
К ГПС второй группы относятся технологические комплексы
разного масштаба, степени сложности и уровня автоматизации —
от гибких участков и цехов до гибких автоматизированных про
изводств и объединений.
Ряд связанных между собой автоматическими транспортны
ми и погрузочноразгрузочными устройствами автоматических
линий представляет собой автоматический комплекс с замкну
тым циклом производства изделия. Автоматизированные уча
стки (цехи) включают в себя автоматические поточные линии,

30

1. Общие сведения об автоматизированных системах

автономные автоматические комплексы, автоматические транс
портные системы, автоматические складские системы, автома
тические системы контроля качества, автоматические системы
управления и т.д.
Принцип работы такого комплекса можно рассмотреть на
примере гибкой автоматической линии по изготовлению блоков
цилиндров автомобильных двигателей фирмы «Тойота» (рис. 1.11).

Рис 1.11. Гибкая автоматическая линия обработки блоков цилиндров

Линия состоит из следующих компонентов:
• четырех обрабатывающих центров (ОЦ) 1 со сменными ин
струментальными магазинами на 40 инструментов;
• трехкоординатной измерительной машины с программным
управлением 2;
• автоматической моечной машины 3;
• роботовманипуляторов 4;
• автоматической транспортноскладской системы, состоя
щей из двух вертикальных автоматизированных складов 5, 6
с двумя роботамиштабелерами 7, автоматизированного двухдо
рожечного роликового транспортера 8 с автономным приводом на
каждый ролик;
• пульта управления линией 9;
• рабочего места подготовки инструментов 10 для установки
в магазинах;
• автоматизированной системы удаления отходов 11;
• транспортера заготовок 12.
Заготовки с обработанными базовыми поверхностями посту
пают по транспортеру 12 на монтажный стол, где с помощью

1.4. Гибкие производственные ячейки, системы и участки

31

ручного манипулятора устанавливаются на специальные приспо
собленияспутники (палеты). На каждую заготовку приклеива
ется магнитная метка, в которой содержится информация о за
готовке (номер, марка материала и т.д.). По команде оператора
роботштабелер устанавливает палету с закрепленной на ней за
готовкой в любую свободную ячейку склада заготовок. Считы
вающее устройство ячейки передает информацию на систему
управления участка. При высобождении любого из обрабатываю
щих центров 1 система управления линии в соответствии с опера
тивным планом производства, переданным с системы управления
участка изготовления блоков цилиндров, дает команду роботу
штабелеру 7 склада заготовок 6 на перемещение очередной заго
товки определенного типоразмера на позицию обработки.
Роботштабелер извлекает палету с требуемой заготовкой из
ячейки склада и устанавливает на одну из дорожек автоматическо
го транспортера, который получает команду от системы управле
ния о доставке палеты с заготовкой к свободному ОЦ. Остановка
заготовки против заданного ОЦ обеспечивается вращением роли
ков транспортера с автономными приводами на отрезке от склада
до заданного места, а остальные ролики остаются неподвижными.
Одновременно с командой роботуштабелеру на подачу заго
товки система управления передает программу обработки ука
занной заготовки в систему ЧПУ ОЦ, которая за время движения
заготовки по транспортной системе дает команды о замене ин
струмента для выполнения первого перехода операции и уста
навливает необходимые режимы обработки, т.е. полностью
подготавливает ОЦ для работы с новой, другой по параметрам
обработки заготовкой. Роботманипулятор 4 по команде систе
мы управления перемещается по рельсовой дорожке к свободно
му обрабатывающему центру и производит перегрузку палеты
с заготовкой с транспортера 8 на рабочий стол ОЦ, где она авто
матически закрепляется, и производится полная обработка бло
ка цилиндров.
По окончании обработки палета с готовой деталью перегру
жается на транспортер, а с транспортера — в моечную маши
ну 3. После мойки и сушки обработанная деталь поступает на
контрольную машину, где контролируется по программе, пере
данной системой управления. В случае соответствия парамет
ров готовой детали заданным она поступает по транспортной
системе на склад готовых изделий, информацию о чем получает

32

1. Общие сведения об автоматизированных системах

Рис. 1.12. Направления развития гибкого производственного
оборудования

1.5. Структуры ГПС

33

система управления линии. Перед помещением детали на склад
готовых изделий оператор снимает ее с палеты, которая возвра
щается на склад заготовок. В случае, если контролируемые па
раметры изделия не соответствуют заданным, контрольная
машина вызывает оператора для принятия решения. При необ
ходимости по команде оператора контрольная машина распеча
тывает результаты контроля.
С целью экономии рабочего времени контроль за состоянием
инструментов в инструментальном магазине и его смена произ
водится вне обрабатывающего центра на специальном рабочем
месте. Для этого инструментальный магазин снимается мосто
вым краном со специальным поворотным устройством и тут же
на его место устанавливается новый магазин. Контроль и на
стройка инструмента в специальных инструментальных держав
ках производится с помощью инструментального микроскопа.
Обслуживают участок три человека: инженероператор (он же
наладчик, оператор системы управления, программист и кон
тролер), рабочий склада заготовок и готовых изделий, рабочий
инструментальщик.
Подводя итоги, можно схематично представить основные
пути развития гибкого автоматизированного оборудования и его
основные возможности (рис. 1.12).

1.5. Структуры ГПС
Расположение конкретных устройств, входящих в ГПС, за
висит от структуры последней. Эта структура создает комплекс
связей между элементами и подсистемами, обеспечивающий
движение материальных, энергетических и информационных
потоков. С точки зрения способа расположения устройств ос
новное значение имеет перемещение обрабатываемых изделий
или носителей с изделиями, а перемещение вспомогательных
элементов — гораздо меньшее.
В каждой системе перемещения материалов реализуются
функции складирования, транспортирования и манипулирова
ния (см. гл. 2.). Устройства для реализации данных функций

34

1. Общие сведения об автоматизированных системах

объединяют между собой рабочие (технологические) места и вспо
могательные устройства. Связи, определяющие способ разме
щения устройств, создают пространственную структуру ГПС.
Выделяют следующие структуры ГПС:
• концентрированная;
• замкнутая (ячейка);
• линейная;
• с центральным магазиномнакопителем обрабатываемых
изделий.
Концентрированная структура характеризуется тем, что
все операции, необходимые для полной обработки изделия, вы
полняются на одном рабочем месте. В зависимости от типа про
изводства на рабочем месте может обрабатываться одно изделие
либо ряд часто заменяемых изделий с учетом технических воз
можностей данного рабочего места. Обеспечение заготовками
и деталями в данном случае охватывает:
1) доставку заготовок с внешнего склада до рабочего места;
2) складирование заготовок на промежуточном складе
3) перемещение заготовок на станок и их закрепление;
4) обработку;
5) снятие обработанной детали со станка;
6) складирование обработанных деталей на промежуточном
складе;
7) транспортирование деталей на центральный склад, другие
ГПС либо на сборку.
Организация ГПС в случае замкнутой структуры (ячейки)
является результатом специализации системы. Обрабатывае
мые изделия требуют одних и тех же технологических опера
ций, однако технологические маршруты их обработки различны.
Это вызывает движение заготовок в различных не связанных
между собой направлениях, пропуск некоторых рабочих мест,
в связи с чем можно говорить о разветвленной сети связей меж
ду ними как об основной характеристике данной структуры.
Транспортирование и складирование в данном случае также
связаны с рабочим местом.
Линейная структура ГПС является предметной. Для про
изводимых изделий характерно подобие всех или большинства
технологических операций и последовательности их выпол
нения, а связи между элементами ГПС и способ их размеще
ния реализуются в соответствии с этой последовательностью.

1.5. Структуры ГПС

35

В таких системах движение заготовок осуществляется в одном
направлении непосредственно от предшествующего рабочего
места к последующему, поэтому с функциональной точки зре!
ния можно говорить о принципе последовательности операций.
На линиях осуществляется многопереходная обработка и ис!
пользуются, как правило, специализированные технологиче!
ские машины (станки). Такт работы линии при обработке кон!
кретной партии деталей постоянен, что требует синхронизации
работы существующих рабочих мест и обеспечивает их более
или менее равномерную загрузку. Иногда между отдельными
рабочими местами создаются промежуточные накопители, вы!
равнивающие различия в производительности. Линии такой
структуры могут быть:
• однорядными с отдельными позициями закрепления и от!
крепления изделий (рис. 1.13);
• линейно!замкнутыми с центральной позицией закрепления!
открепления изделий (рис. 1.14);
• сегментными с промежуточными накопителями (рис. 1.15).
Отдельные рабочие места линии могут быть по!разному свя!
заны с транспортной подсистемой:
• заготовки подаются транспортной подсистемой непосредст!
венно в зону обработки без использования каких!либо дополни!
тельных устройств;
• заготовки с транспортирующих устройств попадают в буфер!
ный накопитель, откуда перемещаются на станок для обработки;
• заготовки подаются транспортной подсистемой непосредствен!
но в зону обработки с помощью манипулирующих устройств, на!
пример промышленного робота или устройства для смены палет.

Рис. 1.13. Однорядная линейная ГПС с отдельными позициями за!
крепления и открепления изделий (цифрами на рис. 1.13...1.16 обо!
значены номера рабочих мест)

36

1. Общие сведения об автоматизированных системах

Рис. 1.14. Линейнозамкнутая ГПС с центральной позицией закреп
ленияоткрепления изделий

Рис. 1.15. Сегментная производственная линия с промежуточными
накопителями

Гибкость линий обеспечивается за счет простоты их переналад
ки для обработки различных партий деталей, программирования
хода обработки, а также трансформации линий при сохранении
существующих рабочих мест и путей движения заготовок.
В ГПС со структурой с центральным складомнакопи
телем рабочие места связаны друг с другом опосредствованно,

1.6. Эффективность гибких автоматизированных систем

37

через центральный магазиннакопитель обрабатываемых изде
лий, и располагаются в узлах ортогональной сетки (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Размещение станков со свободным подходом до рабочих
мест ( — транспортное средство)

Заготовки перемещаются на палетах по одной (значитель
ных габаритов) либо партиями. Палеты с заготовками подаются
на конкретные рабочие места из центрального накопителя с по
мощью средств транспортировки, а после обработки точно так
же возвращаются обратно. Такой способ значительно упрощает
движение заготовок и не зависит от последовательности обра
ботки изделий. Работа такой ГПС, однако, усложняется при
большом количестве рабочих мест, поскольку требует усложне
ния и удлинения путей транспортировки.

1.6. Эффективность гибких
автоматизированных систем
механической обработки
Известно, что при обработке деталей на основе традиционных
технологий основное время составляет около 30 % всего време
ни обработки, а оставшаяся часть приходится на вспомогатель
ное и подготовительнозаключительное время. Это легко заме
тить при анализе данных, приведенных в табл. 1.2, 1.3. Автома
тизация в ряде случаев позволяет сократить эту часть на 80 %.

38

1. Общие сведения об автоматизированных системах

Еще более значительные эффекты могут быть достигнуты в те
чение достаточно длительного времени функционирования гиб
кого автоматизированного производства (например, в течение
года).
Эффективность ГПС можно проиллюстрировать с помощью
рис. 1.17.
Таблица 1.2
Использование годового фонда рабочего времени токарных станков
с ручным управлением
Затраты времени

Доля, %

Субботы, воскресенья, праздничные
дни

34

Отсутствие третьей смены

22

Отсутствие второй смены

22

Организационные потери времени

10

Технологические потери времени
(переналадка и т.д.)

6

Непосредственно обработка

6

Таблица 1.3
Использование годового фонда рабочего времени станков с ручным
управлением для обработки корпусных деталей
Затраты времени

Доля, %

Субботы, воскресенья, праздничные
дни

28

Отсутствие второй и третьей смен

40

Простои

6

Переналадки

7

Смена режущих инструментов

7

Установка и снятие деталей и другие
вспомогательные действия

4

Непосредственно обработка

8

1.6. Эффективность гибких автоматизированных систем

39

Рис. 1.17. Годовой фонд времени работы фрезерных станков (8760 ч)
с различной степенью автоматизации

В данном случае выделено пять уровней автоматизации:
1) без дополнительной оснастки и оборудования — станки
с ЧПУ, обслуживаемые операторами, не соединенные с транс
портными системами, накопителями деталей и различными
системами закрепления деталей;
2) стандартизация — использование одного и того же способа
закрепления деталей на всех станках в течение цикла обработки
(универсальная инструментальная оснастка, палеты и др.);
3) организация — закрепление заготовок в приспособлени
ях вне станка с использованием принятой системы координат
и введением поправок в программу обработки; система прецизи
онного закрепления, реализованная на уровне 2), обеспечивает
транспортировку и установку палеты на станке практически без
погрешностей;
4) жесткая автоматизация — использование средств автома
тизации, в частности автоматическая замена режущих инстру
ментов и палет оператором или автоматическая замена режу
щих инструментов и палет манипулятором;

40

1. Общие сведения об автоматизированных системах

5) гибкая автоматизация — использование средств гибкой
автоматизации, в частности замена инструментов и палет про
граммируемым промышленным роботом.
Увеличению времени эффективного использования машин со
путствует снижение стоимости машиночаса их работы (рис. 1.18).

Рис. 1.18. Снижение стоимости машиночаса работы станков с раз
личной степенью автоматизации

2
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ
2.1. Виды автоматизированных станочных
систем, их состав и области
рационального использования
В настоящее время автоматизированные станочные системы
содержат весьма разнообразное оборудование, управляемое как
непосредственно через их системы ЧПУ, так и от головного ком
пьютера подразделения или предприятия. Наиболее распростра
нено использование токарного и сверлильнофрезернорасточного
оборудования, однако все шире применяются также автомати
зированные шлифовальные комплексы, оборудование для элек
троэрозионной и лазерной обработки и многое другое.

2.1.1. Станки с ЧПУ и многоцелевые станки
токарной группы
Станки токарной группы обеспечивают обработку главным
образом тел вращения, причем наряду с различными токарны
ми и расточными операциями на них можно выполнять также

42

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

сверление, развертывание, нарезание резьб, фрезерование по
верхностей, расположенных на оси детали, перпендикулярно
к ней, наклонно либо с эксцентриситетом. Таким образом, рас
сматриваемая группа станков многофункциональна, но токар
ные операции преобладают. Это означает, что их компоновки
и структура такие же, как у традиционных токарных станков,
деталь крепится во вращающемся шпинделе, а движения пода
чи совершают режущие инструменты.
В настоящее время используется ряд компоновок станков то
карной группы в зависимости от их технологического назначе
ния. Станки с горизонтальной осью вращения шпинделя изде
лия наиболее часто имеют следующие компоновочные решения:
• закрепление деталей в патроне с возможностью обработки
с одной стороны, с управляемым вращением относительно оси С;
один суппорт с возможностью перемещения по осям X и Z, на кото
ром установлена револьверная головка с неподвижными (резцы)
и вращающимися (сверла, фрезы) инструментами (рис. 2.1, а).
Вращающиеся инструменты в зависимости от конструкции го
ловки перемещаются как параллельно, так и перпендикулярно
оси детали;
• закрепление деталей в патроне с поджатием задним цен
тром (рис. 2.1, б). Компоновочная схема аналогична предыдуще
му варианту;
• закрепление деталей в патроне с возможностью обработки
с одной стороны, с управляемым вращением относительно оси С;
два независимых суппорта с револьверными головками, несущи
ми неподвижные и вращающиеся инструменты. Суппорты рас
положены с двух сторон относительно шпинделя станка, один
имеет перемещения по осям X1 и Z1, второй — по осям X2, Z2 и Y
(рис. 2.1, в);
• закрепление деталей в патроне с возможностью обработки
с одной стороны, с управляемыми перемещениями шпинделя от
носительно осей X, Z и С; неподвижная револьверная головка
с неподвижными (резцы) и вращающимися (сверла, фрезы) инст
рументами (рис. 2.1, г);
• закрепление деталей сначала в основном, а затем во вспомо
гательном (перехватывающем) патроне с управляемым вращени
ем относительно оси С (рис. 2.1, д). Вспомогательный патрон
перемещается относительно оси Z2, револьверная головка распо
ложена между патронами и перемещается относительно осей Z1,

2.1. Виды автоматизированных станочных систем

43

X, иногда — Y. Перехват обрабатываемой детали осуществляется
без остановки вращения основного шпинделя вследствие синхро
низации частот вращения обоих патронов. Станок обеспечивает
обработку детали со всех сторон;
• закрепление деталей сначала в основном, а затем во вспомо
гательном (перехватывающем) патроне с управляемым вращени
ем относительно оси С (рис. 2.1, е), причем функция перехвата
осуществляется одним из гнезд револьверной головки. Две ре
вольверные головки перемещаются относительно осей Z1, X1
и Z2, X2 соответственно. Станок обеспечивает обработку детали со
всех сторон.

Рис. 2.1. Компоновочные схемы станков токарной группы с горизон
тальной осью вращения детали

Станки с вертикальной осью вращения шпинделя изделия
(карусельные) используются в основном для обработки крупных
тяжелых деталей. Они имеют следующие конструктивные ре
шения:
• закрепление деталей в патроне с возможностью обработки
с одной стороны, с управляемым вращением относительно оси С;

44

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

один суппорт с возможностью перемещения по осям X и Z, на ко
тором установлена револьверная головка с неподвижными (резцы)
и вращающимися (сверла, фрезы) инструментами (рис. 2.2, а).
Вращающиеся инструменты в зависимости от конструкции го
ловки перемещаются как параллельно, так и перпендикулярно
оси детали;
• закрепление деталей в патроне с поджатием задним цен
тром (рис. 2.2, б). Компоновочная схема аналогична предыдуще
му варианту;
• закрепление деталей в патроне с возможностью обработки
с одной стороны, с управляемым вращением относительно оси С;
два независимых суппорта с револьверными головками, несу
щими неподвижные и вращающиеся инструменты. Суппорты
расположены с двух сторон относительно шпинделя станка,
один перемещается по осям X1 и Z1, второй — по осям X2, Z2
(рис. 2.2, в);
• закрепление деталей в патроне с поджатием задним цен
тром, с управляемым вращением относительно оси С; два неза
висимых суппорта с револьверными головками, расположенные
с двух сторон относительно шпинделя станка, один перемещает
ся по осям X1 и Z1, второй — по осям X2, Z2 (рис. 2.2, г);

Рис. 2.2. Компоновочные схемы станков токарной группы с верти
кальной осью вращения детали

2.1. Виды автоматизированных станочных систем

45

• два параллельных шпинделя изделия с закреплением дета
лей в патроне (рис. 2.2, д); в остальном компоновка аналогична
схеме в;
• два параллельных шпинделя изделия с закреплением дета
лей в патроне с поджатием задним центром (рис. 2.2, е); в осталь
ном компоновка аналогична схеме в.
Анализ конструкции деталей типа тел вращения показыва
ет, что более 80 % из них, кроме простейших цилиндрических,
конических и торцовых поверхностей, имеют прямые и винто
вые канавки и выступы, плоские поверхности, произвольным
образом расположенные в пространстве, окна, глубокие отвер
стия и т.п. В связи с этим все чаще вместо традиционных токар
ных станков с ЧПУ для их обработки используют многоцелевые
токарные станки. В этом случае револьверные головки кроме
традиционных инструментов (неподвижно закрепленных в го
ловке) могут быть оснащены инструментами с независимым
вращением (рис. 2.3). Такие головки характеризуются малым

Рис. 2.3. Револьверные головки с неподвижными и вращающимися
инструментами

46

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

временем замены инструмента на рабочей позиции, сравнитель
но небольшими размерами и могут иметь ось вращения парал
лельно, перпендикулярно и наклонно к оси обрабатываемой
детали (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Возможные положения осей револьверных головок относи
тельно оси детали

Сочетание ряда перемещений требует введения в кинема
тическую схему станка соответствующих осей управления
(рис. 2.5, 2.6).
Расширение технологических возможностей токарных стан
ков с ЧПУ и ГПМ возможно вследствие:
• установки наряду с одной или двумя револьверными голов
ками около каждого токарного шпинделя поперечного суппорта
для резцов и осевых инструментов (рис. 2.7);
• введения в конструкцию 4...6 шпинделей изделия с воз
можностью поворота шпиндельного барабана на постоянный
угол (рис. 2.8), что позволяет использовать оборудование с ЧПУ
в крупносерийном и массовом производстве; подготовитель
нозаключительное время в этом случае в 4...5 раз меньше по
сравнению с традиционными многошпиндельными токарными
автоматами;
• замены традиционных револьверных головок на инстру
ментальный шпиндель с возможностью управляемого поворота
его оси на произвольный угол (рис. 2.9); в этом случае станок име
ет возможность выполнения как токарных, так и сверлильно
фрезернорасточных операций;

2.1. Виды автоматизированных станочных систем

47

Рис. 2.5. Оси управления токарного автомата с ЧПУ MSL 42/60
фирмы DMG

Рис. 2.6. Оси управления токарного многоцелевого станка SPRINT 50
фирмы DMG

48

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.7. Поперечные суппорты токарного многоцелевого станка

Рис. 2.8. Многошпиндельные токарные станки фирмы DMG:
а — шпиндельный барабан; б — рабочая зона

2.1. Виды автоматизированных станочных систем

49

Рис. 2.9. Станок СТХ, оснащенный токарнофрезерным шпинделем
фирмы DMG

• установки в револьверной головке червячной зуборезной
фрезы (рис. 2.10), что в случае координации перемещений по со
ответствующим осям обеспечивает возможность нарезания на де
тали зубьев и исключает необходимость отдельных операций
зубообработки;
• введения в состав многоцелевого токарного станка шлифо
вального шпинделя (рис. 2.11), что позволяет совместить опера
ции точения и шлифования.

Рис. 2.10. Установка червячной фрезы в револьверной головке
токарного многоцелевого станка Millturn фирмы WFL
Technologies GmbH&Co.KG

50

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.11. Токарношлифовальный многоцелевой станок модульной
конструкции фирмы IndexWerke GmbH&Co.KG

Современные многоцелевые станки токарной группы позво
ляют обработать деталь на одном рабочем месте без ее переме
щения со станка на станок. При этом обеспечивается соответст
вующее базирование заготовки, исключаются потери точности
обработки и т.д.

2.1.2. Станки с ЧПУ и многоцелевые станки
сверлильнофрезернорасточной группы
Станки данной группы в ходе своего развития претерпели
большие изменения. В настоящее время используется несколь
ко компоновок таких станков в зависимости от их технологиче
ского назначения (рис. 2.12, 2.13).
Технологические возможности сверлильнофрезернорасточ
ных ГПМ могут быть расширены путем использования наклонно
поворотных столов, наклоняемых шпиндельных бабок; приме
нения нескольких бабок и столов, многошпиндельных коробок,
а также дополнительных формообразующих перемещений рабо
чих органов.

2.1. Виды автоматизированных станочных систем

51

Рис. 2.12. Примеры компоновок многоцелевых станков сверлильно
фрезернорасточной группы с горизонтальным расположением
шпинделя:
а — с крестовым поворотным столом; б — с крестовой стойкой; в — с попе
речноподвижным поворотным столом и с вертикальным расположением
поверхности крепления заготовки; г — с поворотным столом на крестовом
суппорте; д — с поперечноподвижным поворотным столом

Рис. 2.13. Примеры компоновок многоцелевых станков сверлильно
фрезернорасточной группы с вертикальным расположением
шпинделя:
а — с крестовым столом; б — с продольноподвижным столом; в — с кре
стовой стойкой; г — двухстоечная с подвижным столом; д — двухстоечная
с подвижным порталом

52

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Каждый из основных рабочих органов многоцелевых станков
может перемещаться вдоль линейных и круговых осей коорди
нат (рис. 2.14). Как следствие, станок имеет несколько степеней
свободы, что позволяет за одну установку обработать самые слож
ные детали.

Рис. 2.14. Многоцелевой сверлильнофрезернорасточной станок (а)
и используемые оси координат (б)

Традиционные кинематические структуры металлорежущих
станков основаны на объединении нескольких поступательных
и вращательных перемещений. Такое объединение требует весьма
жестких и материалоемких конструкций базовых деталей стан
ка, а инструмент связывается с корпусом открытой кинемати
ческой цепью.
Новый подход к компоновке станков основан на использова
нии замкнутых кинематических цепей. В этом случае приводы
так называемой рабочей платформы (место крепления детали
или инструмента) обеспечивают непосредственный контакт
между режущим инструментом и деталью, не перемещая ника
ких дополнительных узлов и элементов станка. Такие структуры
называются гексаподы. Примеры структурных схем гексаподов
приведены на рис. 2.15.

2.1. Виды автоматизированных станочных систем

53

Рис. 2.15. Структуры гексаподов с горизонтальной (а) и вертикаль
ной (б) осями вращения шпинделя:
1 — несущая конструкция; 2 — рычаг управляемой длины; 3 — двигатель;
4 — рабочая платформа; 5 — электрошпиндель; 6 — рабочий стол; 7 — ре
жущий инструмент; 8 — каркас; 9 — шарнир

54

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Согласно литературным данным, по сравнению с традицион
ными станками у гексаподов жесткость повышена в 5...10 раз,
а точность — в 2...3 раза. Наиболее вероятные области их ис
пользования:
• обработка литейных форм и матриц, лопаток турбин и дру
гих деталей с пространственно сложной формой;
• шлифование и заточка режущих инструментов с простран
ственным профилем;
• автоматическая сборка и сварка;
• лазерная, плазменная и струйная обработка;
• обработка кристаллов и ювелирных изделий.
На базе многоцелевых станков сверлильнофрезернорасточной
группы конструируют также лазерные установки для обработ
ки пространственных профилей. В данном случае в шпиндель
ной головке устанавливается твердотельный лазер, имеющий
несколько степеней свободы (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Использование твердотельного лазера для обработки
микроотверстий

2.2. Автоматические склады и накопители заготовок и деталей

55

2.2. Автоматические склады и накопители
заготовок и деталей

Развитие гибкой автоматизации производства повысило уро
вень требований к складированию, которое является очень
важным элементом подсистемы обеспечения ГПС заготовками.
Склады (магазины1) обрабатываемых деталей в подсистеме обес
печения заготовками служат:
• для создания межоперационного запаса обрабатываемых
деталей, необходимого для безлюдной работы системы в течение
требуемого времени;
• связи с внешними транспортными средствами, используе
мыми на предприятии;
• выравнивания времени работы отдельных рабочих мест ГПС;
• изменения пространственного расположения обрабатывае
мых деталей, обеспечивающего удобство манипулирования ими
на рабочих местах.
На территории склада выполняются и дополнительные дей
ствия, такие, как резка прутков на штучные заготовки, измере
ния, контроль качества, упаковка готовых изделий.
С организационнотехнической точки зрения склад должен
быть соединен с транспортными устройствами, располагающи
мися перед и после него, а это требует автоматизации всех склад
ских функций.
Подсистемы складирования могут быть центральными (об
служивают целое производственное подразделение) и периферий
ными, среди которых можно выделить магазины, находящиеся
непосредственно на рабочем месте и буферные. Первые обеспе
чивают безлюдную работу станка с ЧПУ или ГПМ, вторые служат
для выравнивания времени работы различных рабочих мест.
1

Понятие «магазин» (от англ. magazine — склад, хранилище) обычно исполь
зуют для подсистем ГПС, в которых размещены запасы заготовок, деталей и ре
жущих инструментов и которые являются непосредственной частью ГПС. Не
зависимые места хранения заготовок, деталей и инструментов, непосредственно
не связанные с производственными системами, называются складами.

56

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

В зависимости от степени подвижности деталей магазины мо
гут быть статичными или динамичными. В первом случае из
делия во время складирования остаются неподвижными, во вто
ром — могут перемещаться.
Существенным недостатком центрального магазина являет
ся необходимость производить значительное количество транс
портирующих движений, чтобы исключить простои оборудо
вания. С другой стороны, периферийные магазины не всегда
позволяют создать достаточный запас изделий для безлюдной
работы ГПС в течение достаточно длительного времени. Поэто
му на практике в основном используется смешанная система
складирования.
ГПС с центральным магазином обеспечивают связь между
рабочими местами косвенным образом, через магазин, что тре
бует значительного количества транспортирующих движений.
В таких системах процесс транспортирования в значительной
степени, а складирование полностью оторваны от рабочих мест.
Одиночные крупногабаритные детали либо их партия склади
руются на палетах, которые с помощью транспортирующих уст
ройств доставляются к рабочим местам, а после обработки —
обратно в магазин. Поэтому прямые связи между различными
рабочими местами отсутствуют. Использование центрального
магазина значительно упрощает прохождение обрабатывае
мых элементов через ГПС, однако усложняет транспортные
задачи.
Подвижный центральный магазин — это чаще всего подвес
ной или напольный конвейер, на котором размещаются изделия
до и после обработки. Конвейер в этом случае объединяет функ
ции транспортирования и складирования.
Неподвижный центральный магазин — стеллаж, обслужи
ваемый краномштабелером, может иметь высоту до 20 м и бо
лее (стеллаж высокого складирования). В последнем случае
емкость магазина значительно возрастает, что является эконо
мически выгодным. Схема магазина высокого складирования
с местами входа и выхода и внутренним пространством показа
на на рис. 2.17. Высокая часть — непосредственно складское
пространство со стеллажами и штабелерами, в низкой находит
ся оборудование для загрузкивыгрузки в транспортную систе
му и перемещения от высокой части магазина к низкой.

2.2. Автоматические склады и накопители заготовок и деталей

57

Рис. 2.17. Схема складастеллажа высокого складирования:
1 — палеты; 2 — роликовые транспортеры; 3 — кранштабелер;
4 — штабели склада

Наряду с центральным складом (магазином) могут использо
ваться склады для обслуживания отдельных ГПС. Складская
система, схема которой представлена на рис. 2.18, а, имеет два
стеллажных склада 6 и 9. Заготовки и инструменты из стелла
жей склада 6 на специальных поддонахспутниках подаются на
конвейер 4 автоматическим краномштабелером 5. С помощью
адресователей они передаются в накопители 3, каждый из кото
рых обслуживает многоцелевой станок 1. Непосредственно на
станок заготовки и инструменты перемещаются манипулято
ром 2. Детали после обработки передаются на сталлажный склад
9, а инструменты возвращаются на склад 6 с помощью конвейер
ной линии 7. Управление системой осуществляется компьюте
ром 8.
В системе, показанной на рис. 2.18, б, в транспортнонакопи
тельной системе используются роботизированные тележки 10,
перемещающиеся по кольцевой трассе 4. Обозначения осталь
ных позиций аналогичны обозначениям на предыдущей схеме.
Система, показанная на рис. 2.18, в, характеризуется цен
тральным расположением многоцелевых станков 1 относительно
конвейеров 4 и 7. По конвейеру 7 перемещаются палеты с заго
товками, а по конвейеру 4 — использованные инструменты.
Остальные обозначения аналогичны используемым на рис. 2.18, а.

58

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.18. Схемы использования складовстеллажей

Магазины на рабочих местах для обработки деталей типа
тел вращения характеризуются высоким уровнем специализации
и разнородностью используемых технических решений. Ос
новным требованием к таким магазинам является максимальная
гибкость использования, обеспечиваемая простой переналадкой
или переоснащением и возможностью расширения сферы дейст
вия. Магазины на рабочих местах могут быть частью транспорт
носкладской подсистемы ГПС либо функционировать независи
мо от нее. В первом случае магазин полностью механизирован
и автоматизирован, во втором — требует ручного обслуживания
при получении заготовок и отправке обработанных деталей.

2.2. Автоматические склады и накопители заготовок и деталей

59

Для токарной обработки деталей могут использоваться мно
гопредметные и выдвижные палеты и магазины палет цикличе
ского действия. В случае автономных магазинов, требующих
ручной установки деталей, используются роликовые и ленточ
ные конвейеры, многопозиционные дисковые магазины и мага
зины металлопроката.
Неподвижный магазин типа «многопредметная палета» мо
жет быть выполнен на основе:
• одиночных палет (рис. 2.19), которые перемещаются по
одиночке и не могут быть уложены в несколько ярусов;

Рис. 2.19. Одиночные палеты для складирования деталей:
а — обрабатываемых с закреплением в центрах; б — обрабатываемых с за
креплением в патроне

• выдвижных палет (рис. 2.20), установленных в специаль
ных контейнерах с возможностью выдвижениязадвижки, кото
рые перемещаются вместе с контейнером;
• многоярусных палет (рис 2.21), которые можно составлять
поблизости от рабочего места одна на другую в штабеля.

Рис. 2.20. Выдвижные палеты

Рис. 2.21. Многоярусные палеты

60

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Во всех случаях перемещение одиночных палет или контей
неров с палетами осуществляется используемыми в цехе средст
вами транспорта и не требует обязательной ручной загрузкивы
грузки деталей с палет непосредственно на рабочее место.
Использование магазина с одиночной многопредметной па
летой, где каждая заготовка находится в определенной точке
палеты, имеет свои достоинства и недостатки. С одной стороны,
простота конструкции, поскольку палета в ходе работы ГПС не
подвижна. С другой стороны, для выполнения манипуляций не
обходим относительно дорогой портальный промышленный
робот с перемещениями вдоль трех осей координат (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Схема токарной производственной ячейки, обслуживаемой
портальным промышленным роботом:
1 — компьютер; 2 — емкость для технического брака; 3, 6 — токарные
станки с ЧПУ; 4 — промышленный робот; 5 — буферный накопитель; 7 —
измерительная система; 8 — комплект станочных палет

2.2. Автоматические склады и накопители заготовок и деталей

61

Если запас заготовок на одной или двух палетах не обеспечи
вает безлюдной работы ячейки в течение требуемого времени,
необходимо увеличить количество палет, размещая их штабе
лями, либо использовать выдвижные палеты. В первом случае
возникает потребность в специальном устройстве для перемеще
ния палет со штабеля с заготовками в штабель с обработанными
деталями (по мере освобождения палет). Второй случай значи
тельно проще, поскольку выдвижение палет выполняет про
мышленный робот, действующий на рабочем месте.
Магазины, используемые в ГПМ для обработки корпусов, яв
ляются магазинами палет с установленными на них крепеж
ными приспособлениями. Магазины могут быть подвижными
(рис. 2.23) и неподвижными (рис. 2.24). Независимо от степени
подвижности магазины бывают линейными либо замкнутыми
(круглыми или овальными). Линейные неподвижные магазины
используются как накопители (буферные), если же требуется
большая вместимость, лучше применять замкнутые магазины.
Типовым решением магазина ГПМ для обработки корпусов яв
ляется стационарный магазин с комплектом палет, поворачи
вающимся вокруг оси магазина, и толкателем (рис. 2.23, а) либо
линейный магазин, обслуживаемый тележкой с устройством
для смены палет (рис. 2.23, в).

Рис. 2.23. Подвижные магазины палет, используемые в ГПМ для об
работки корпусов:
а — круговой; б — овальный; в — линейный

62

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.24. Неподвижные магазины палет, используемые в ГПМ для
обработки корпусов:
а — круговой; б — линейный; 1 — палета; 2 — поворотное устройство для
смены палет; 3 — тележка с устройством для смены палет

В жестких автоматических линиях используются три способа
сосредоточения запаса заготовок: лотковый, магазинный и бун
керный.
В лотковых устройствах (рис. 2.25, а) запас заготовок 2 в ори
ентированном положении («вразрядку» или «вплотную») сосре
доточивается в лотках 1, которые в зависимости необходимой
вместимости могут иметь различные формы. В магазинных
устройствах (рис. 2.25, б) запас заготовок в ориентированном
положении сосредоточивается «враскладку» или «внакат» в ма
газине. В бункерных устройствах (рис. 2.25, в) запас заготовок
находится в бункере в неориентированном положении.
Автоматические магазины для корпусных деталей — слож
ные устройства, включающие элементы транспортной системы
автоматической линии. Более подробно принцип их функцио
нирования рассмотрен в 2.3.1.

2.2. Автоматические склады и накопители заготовок и деталей

63

Рис. 2.25. Способы складирования штучных заготовок на жестких
автоматических линиях

64

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

2.3. Автоматизация транспортирования
изделий
Автоматизация технологического транспорта позволяет сокра
тить время, затрачиваемое на обработку заготовок, на 30...50 %.
Выбортранспортных устройств определяется в первую очередь
их экономической эффективностью, связанной с формой и раз
мерами заготовок, видом используемого оборудования и типом
производства (массовое, серийное, единичное). Механической
обработке подвергаются преимущественно штучные заготовки,
полученные литьем, пластическим деформированием или на
предварительных операциях лезвийной обработки, поэтому в об
щем случае процесс транспортирования состоит из двух после
довательных операций: перемещения заготовок и деталей между
станками и на станке. В последнем случае выделяют функции
загрузки (перемещение в бункере, захват манипулятором, ввод
в рабочую зону, ориентация, установка в рабочем приспособле
нии и закрепление) и разгрузки (раскрепление, вывод из рабо
чей зоны, перемещение на позицию складирования).
Перемещению подлежат как одиночные заготовки, так и за
готовки, установленные на транспортных устройствах. В этом
случае следует предусмотреть ручную или автоматическую ус
тановку детали на транспортные устройства, их перемещение
и складирование.

2.3.1. Транспортные устройства жестких автоматических
линий
Для автоматического перемещения деталей на жестких авто
матических линиях применяют три способа:
• самотечный (гравитационный) — под действием силы тя
жести (веса изделий);
• полусамотечный — под действием силы тяжести (веса изде
лий) с применением средств, уменьшающих силы трения;
• принудительный — под действием внешних сил.

2.3. Автоматизация транспортирования изделий

65

При самотечном способе перемещение изделий производится
сверху вниз в наклонных или вертикальных лотках скольжением,
качением или перекатыванием на роликах. Поэтому все средства
самотечного способа транспортирования имеют перепад по вы
соте между начальной и конечной точками перемещения. Эта
высота не может быть значительной, поскольку естественное
ускорение при движении с большой высоты приведет к недопус
тимому возрастанию скорости перемещения и ударам.
К средствам самотечного способа транспортирования отно
сятся спуски различных типов. В змейковых спусках лоток об
разован волнистыми стенками, смещенными на полшага волны
для замедления движения. Ступенчатые спуски подобны змей
ковым, но замедляют движение изделий благодаря ступеням на
опорной части спуска. В каскадных спусках стенки снабжены
полками, смещенными на полшага друг относительно друга
и замедляющими процесс перемещения изделий. В цепных спус
ках на свободно вращающихся колесах имеется цепь с полками
или гнездами, в которые закладываются изделия. Цепь приво
дится в движение силой тяжести. Винтовые и зигзагообразные
спуски также способствуют замедлению перемещения. Компо
новки спусков представлены на рис. 2.26.

Рис. 2.26. Типы спусков:
а — прямолинейные обычные; б — роликовые; в — изогнутые (вогнутые
и выпуклые); г — винтовые (спиральные); д — зигзагообразные; е — спи
ральноовальные

66

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Транспортирование полусамотечным способом осуществля
ется скольжением в специальных лотках, имеющих неболь
шой (0,5…3°) наклон относительно линии горизонта. Такой на
клон значительно меньше угла трения, поэтому перемещение
осуществляется за счет приложения дополнительного бокового
движения опорной поверхности, превышающего силу трения.
Такое движение может обеспечиваться вращающимися валика
ми либо вибрациями несущих поверхностей.
Пневматические полусамотечные лотки используются для
транспортирования изделий на воздушной подушке толщиной
0,01...0,02 мм при давлении 10…20 кПа.
Принудительное транспортирование может быть непрерыв
ным и прерывистым. Непрерывное осуществляется различными
приводными транспортерами (конвейерами) — ленточными,
прокатными, роликоцепными, винтовыми, вибрационными и др.
Прерывистое (дискретное) транспортирование осуществляется
перекладывающими или переносящими шаговыми транспор
терами, которые обеспечивают перемещение заготовок с пози
ции на позицию на определенный шаг, соответствующий рас
стоянию между рабочими местами автоматической линии либо
кратный ему. В перекладывающих транспортерах изделия раз
мещаются в гнездах и перемещаются по прямоугольной трассе.
Переносящие конвейеры оснащены манипуляторами с захва
тами, имеющими соответствующие возвратнопоступательные
движения.
Наибольшее распространение получили транспортеры с со
бачками (рис. 2.27, а). Подпружиненные собачки 2, установ
ленные на штанге 1, при движении штанги вперед захватывают
заготовки 3 и перемещают их на следующую позицию. При дви
жении назад собачки утапливаются внутрь штанги, поворачи
ваясь на осях, и проходят под заготовками.
Транспортеры с флажками (рис. 2.27, б) имеют штангу 1,
которая перемещает заготовки 3, совершая возвратнопоступа
тельное движение. Захват заготовок флажками 2 происходит
в результате качательного движения штанги вокруг своей оси.
При движении назад штанга повернута и флажки не касаются
заготовок.
При обработке деталей типа валов иногда применяются рейнер
ные шаговые транспортеры (рис. 2.27, в), у которых штанги 1

2.3. Автоматизация транспортирования изделий

67

Рис. 2.27. Схемы шаговых транспортеров

и захваты 2 расположены вверху, над станками (3 — деталь).
Такие транспортеры, однако, сложны по конструкции и недо
статочно надежны.
Наиболее просты по конструкции толкающие шаговые транс
портеры (рис. 2.27, г), в которых шток 2 гидроцилиндра 1 воз
действует на последнюю заготовку 3 из ряда заготовок, переме
щая их вплотную друг за другом. При этом, однако, усложняется
фиксация заготовок изза накопления ошибок позиционирования.
Цепные транспортеры (рис. 2.27, д) работают как в непре
рывном, так и в шаговом режиме. Цепь 1 получает возврат
нопоступательное движение на большее расстояние, чем пре
дусмотрено шагом между позициями. Заготовки 2, свободно
лежащие на цепи, перемещаются до выдвижных упоров и на
дежно позиционируются.
С помощью транспортных роторов обеспечивается пере
мещение деталей между рабочими роторами роторных автома
тических линий (рис. 2.28, а). Наиболее часто применяют дис
ковые транспортные роторы (рис. 2.28, б). Ротор 4 обеспечивает

68

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.28. Транспортные роторы автоматических линий:
а — принцип работы; б — схема дискового транспортного ротора

передачу заготовки 3 в рабочий ротор 2 с помощью толкателя 5,
имеющего принудительный привод от кулачка 1. Профиль ку
лачка обеспечивает требуемую траекторию перемещения рыча
га 6, связанного с толкателем.
К поворотным устройствам относятся поворотные столы,
барабаны или кантователи, обеспечивающие ориентацию за
готовки путем ее поворота вокруг горизонтальной, вертикаль
ной или наклонной осей. Поворотные устройства встраиваются
в магазины между независимыми участками автоматической
линии, имеющими собственные транспортеры.
Магазин, изображенный на рис. 2.29, состоит из двух продоль
ных штанговых транспортеров 1 и 11 с убирающимися собачками
и четырех поперечных транспортеров 3, 4, 5, 6. В продольные

2.3. Автоматизация транспортирования изделий

69

Рис. 2.29. Автоматический накопитель для корпусных деталей

транспортеры 1 и 11 встроены поворотные столы 2 и 10, повора
чивающие обрабатываемые детали на 90°. Детали перемещаются
по направляющим планкам 7 с помощью штанги 8, на которой
через шаг установлены собачки 9.
Магазин работает следующим образом. При нормальной ра
боте автоматической линии блоки с транспортера 1 передаются
транспортером 3 на транспортер 11 и затем к станкам последую
щего участка. При останове последующего участка автоматически
выключаются транспортеры 3 и 11, а включаются транспорте
ры 4, 5, 6, которые имеют общий привод, а следовательно, рабо
тают синхронно. При заполнении транспортера 11 детали подают
ся в магазин транспортерами 4, 5 и 6. Для совершения одного хо
да транспортеров 4, 5 и 6 транспортер 1 совершает три хода. При
заполнении деталями транспортеров магазин выключается и вме
сте с ним прекращается работа участка автоматической линии.
При останове предыдущего участка линии последующий может
работать, используя запас блоков в магазине. В этом случае выклю
чаются транспортеры 1 и 3, а транспортеры 4, 5, 6 и 11 работают.

70

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

С помощью транспортеров 4, 5 и 6 детали выдаются на транс
портер 11. За один ход транспортеров 4, 5 и 6 транспортер 11 со
вершает три хода. Когда детали из магазина израсходованы,
работа последующего участка автоматически прекращается.
Особенностью конструкции транспортеров 4, 5, 6 является
возможность перемещения деталей в обе стороны. Для этого
подвижные штанги транспортера снабжены двумя рядами упо
ров, причем расположение одного ряда диаметрально противо
положно расположению другого (второй ряд собачек на рисунке
не виден). При одном положении штанг детали перемещаются
по направлению к транспортеру 11, а при повороте на 180° —
в сторону транспортера 1. Необходимость обратного движения
деталей в магазине возникает при переключении работы линии
на магазин, имеющий некоторый запас деталей, находящихся
в конце магазина. В этом случае следует прежде всего перемес
тить их назад к транспортеру 1, а затем уже запускать в работу
предыдущий и последующий участки линии.
Ленточные транспортеры. Для перемещения заготовок
типа втулок используются одноленточные транспортеры. Они
состоят из лотка 1 и приводного ремня 3 (рис. 2.30, а). Заготов
ки 2, падающие между бортом лотка и рабочей ветвью ремня,
прокатываются между ними, одновременно совершая поступа
тельное перемещение.

Рис. 2.30. Схемы ленточных отводящих транспортеров

Двухленточные транспортеры (рис. 2.30, б) применяются
для перемещения относительно легких заготовок. Они позволя
ют регулировать скорость движения заготовок в широких пре
делах. Для этого каждая лента имеет свой привод, причем один
из них делается с вариатором скоростей и реверсом. Если обе

2.3. Автоматизация транспортирования изделий

71

ленты 2 и 3 движутся в одну сторону с одинаковой скоростью, то
заготовки 1 будут перемещаться со скоростью, равной скорости
ленты. Если одна из лент неподвижна, скорость заготовок сни
жается. Если ленты перемещаются в противоположные стороны
с одинаковой скоростью, то заготовки будут вращаться на месте.
Отводящие транспортеры служат для соединения потоков
обрабатываемых заготовок, поступающих от станков АЛ, и пе
редачи их на следующий технологический участок. Типовая
схема отводящего транспортера представлена на рис. 2.31. Транс
портер состоит из лотка 1 и пластинчатой цепи 2. Заготовки 5
поступают из лотков 4 самотеком. На их пути расположен за
медлитель движения 3. Сила удара и масса заготовки переда
ются с помощью планки поршню амортизатора. Планка мед
ленно отклоняется, и заготовка скатывается на ленточную цепь
транспортера. Заготовки при транспортировании контактируют
с пластинами цепи и боковыми стенками лотка, поступательно
перемещаясь и вращаясь в обратном направлении.

Рис. 2.31. Схема цепного отводящего транспортера

Межоперационные накопители устанавливаются, как пра
вило, между различными участками АЛ с гибкой связью. Они
принимают заготовки из предыдущего участка линии при нера
ботающем последующем, работая на накопление, и выдают за
готовки на последующий участок линии при неработающем
предыдущем, работая на расход. Они могут также работать на
прямую, осуществляя одновременно прием и выдачу заготовок.
На АЛ для обработки мелких заготовок роль межопераци
онных накопителей выполняют бункернозагрузочные устрой
ства и вибрационные подъемникинакопители. На линиях для
изготовления более крупных заготовок применяются межопе
рационные накопители транзитного или складского типа.

72

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

В транзитных накопителях для выдачи очередной заготовки
необходимо перемещать весь их запас. В складских накопите
лях при нормальной работе предыдущего и последующего уча
стков линии поток заготовок может перемещаться в обход запа
са заготовок, находящегося в накопителе.
Транзитные накопители бывают шахтного типа и барабан
ные. В накопителе шахтного типа (рис. 2.32) заготовки из лотка
1 доставляются наверх подъемником элеваторного типа 2 и по
спиральному или змеевидному лотку 3 скатываются под воздей
ствием собственного веса на отводящий транспортер 5. Отсека
тель 4 управляет выдачей заготовок на отводящий транспортер.

Рис. 2.32. Схема шахтного транзитного накопителя

Рис. 2.33. Схема работы транзитного складского накопителя

2.3. Автоматизация транспортирования изделий

73

Межоперационный накопитель складского типа показан на
рис. 2.33. При нормальной работе предыдущего и последующего
участков линии заготовки 4 поступают по лоткам 5 и 3 в лоток
2, минуя накопитель 7. При работе на накопление отсекатель 6
закрывает приемное окно лотка 3, и заготовки поступают в на
копитель 7, который может иметь выемки и радиальные пазы
для приема заготовок. При работе на расход отсекатель 1 зани
мает горизонтальное положение, и заготовки из накопителя 7
поступают в приемный лоток 2.

2.3.2. Транспортные устройства гибких автоматических
линий
В гибких автоматических линиях станки работают независи
мо друг от друга, а связь между ними осуществляется благодаря
межоперационным заделам. Транспортные системы гибких ав
томатических линий включают подъемники, транспортерырас
пределители, устройства для приема и выдачи заготовок, лотки,
отводящие транспортеры, межоперационные накопители.
Подъемники предназначены для подъема заготовок на задан
ную высоту, с которой они скатываются по лоткам к рабочим
позициям станков. Если высота подъема невелика, используют
ся толкающие подъемники (рис. 2.34, а). Заготовки, поступаю
щие из лотка 5, заталкиваются в шахту 4 толкателем 2, совер
шающим возвратнопоступательное движение под воздействием
кривошипношатунного механизма 1. От падения заготовки
удерживаются подпружиненной собачкой 3.
Вибрационные подъемники (рис. 2.34, б) используются для
подъема легких заготовок. Они состоят из трубы 3 с винтовым
лотком 2, закрепленных на основании 1. Вибрационные переме
щения создаются кулачком или электромагнитным вибрато
ром. Под воздействием вибраций заготовки в нижней части
подъемника заходят на лоток 2 и перемещаются вверх.
Иногда в автоматических линиях с гибкой связью в качестве
магистральных транспортеров применяются лотки. Но наиболее
широко они используются как транспортные устройства для пере
дачи заготовок от подъемников к транспортерамраспределителям,

74

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.34. Схемы межоперационных подъемников:
а — толкающий; б — вибрационный

от них — к станкам, а от станков — к отводящим транспортерам.
В лотках заготовки перемещаются под действием собственного
веса качением или скольжением, в соответствии с чем различа
ют лотки скаты и лотки склизы. Форма поперечного сечения
лотков определяется формой изделия.
Транспортерыраспределители применяются для распре
деления заготовок между несколькими параллельно действую
щими станками. Устройство, показанное на рис. 2.35, состоит
из корпуса 4, внутри которого имеется полость, соответствую
щая форме заготовок. Заготовки 3, поступающие из лотка 2, за
катываются в полость между перекладинами цепи 5, перекаты
ваются ею по дорожке 6 и попадают в нижнюю часть корпуса
распределителя в свободную ячейку 7. Это попадание обеспечи
вается устройствами приема 1 и выдачи 8 заготовок.
Накопление заготовок в АЛ с гибкой связью происходит во всех
звеньях транспортной системы (на подъемниках, транспортерах,
распределителях, в лотках и отводящих транспортерах).

2.3. Автоматизация транспортирования изделий

75

Рис. 2.35. Схема действия транспортерараспределителя

2.3.3. Транспортные устройства ГПС
Транспортирование изделий в ГПС может осуществляться
с помощью носителей изделий или без них. В первом случае
применяют специальные вспомогательные устройства, служа
щие для удержания перемещаемых изделий в положении, необ
ходимом для последующего манипулирования или обработки.
Изделия, находящиеся на носителях, во время транспортирова
ния могут быть закреплены или расположены свободно. Если
предмет закреплен, то в качестве носителя всегда используется
палета, на которой может быть закреплено одно или несколько
изделий. Закрепление для транспортирования в данном случае
является также закреплением для обработки на рабочем месте.
Если же предмет в ходе транспортирования не закреплен, то он
удерживается на носителе за счет действия силы тяжести и не
обходимых опорных элементов. Одиночный предмет в этом
случае также перемещается на палете, а для перемещения не
скольких предметов кроме палет используют контейнеры или
иные емкости.

76

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

В ГПС применяются два вида палет. Палеты первого вида,
используемые на входевыходе из системы, называются транс
портными. Другая разновидность палет — станочные — служит
для обработки деталей на конкретном станке.
Перемещения деталей типа тел вращения в ГПС осуществля
ются чаще всего с использованием простейших транспортных
палет без закрепления на них изделий. Такие палеты выполня
ют одновременно функции транспортирования и складирования.
К палетам для складирования и транспортирования корпусных
деталей можно отнести палеты со смонтированными на них кре
пежными приспособлениями или специальные транспортные
палеты. Наиболее распространены станочные (входящие в ком
плектацию ГПМ), транспортные и вспомогательные палеты.
В случае использования станочных палет, входящих в ком
плектацию ГПМ, заготовка крепится на них вне пределов рабо
чей зоны, параллельно с обработкой другой детали. После этого
она перемещается в рабочую зону, где автоматически фиксиру
ется для обработки.
Транспортные палеты (рис. 2.36) используются в ГПМ и ГПС.
Они состоят из корпуса 1 и пластиковых вставок 2, количест
во которых определятся числом транспортируемых объектов.
В каждой из вставок выполнено гнездо 3 соответствующей фор
мы, служащее для размещения деталей и обеспечивающее им
строго определенное положение в процессе транспортирования.

Рис. 2.36. Транспортная палета

Вспомогательная палета представляет собой стальную
раму. В нее предварительно помещается деталь, а затем она при
помощи транспортеров перемещаетеся к станку. Такие палеты

2.3. Автоматизация транспортирования изделий

77

используются для создания межоперационных заделов при без
людной обработке партии деталей (в третью смену), поскольку
они намного дешевле станочных.
Автоматизированные устройства для транспортирова
ния палет с закрепленными изделиями в ГПС могут быть спе
циальными или универсальными. К ним относятся:
• тянущие транспортеры — перемещение изделий осуществ
ляется на палетах, закрепленных на несущих плитах;
• ленточные транспортеры — предметы перемещаются оди
ночно либо в контейнерах, лента опирается на ролики либо пло
ские беговые дорожки (рис. 2.37);
• многозвенные цепные транспортеры (рис. 2.38);

Рис. 2.37. Схема ленточного транспортера:
1 — передний барабан; 2 — лента; 3 — поддерживающие ролики; 4 — несу
щая конструкция; 5 — привод

Рис. 2.38. Цепные транспортеры:
а — барабанный с центрирующими оправками; б — элеваторный

78

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

• роликовые транспортеры (рис. 2.39) — предметы могут пе
ремещаться непосредственно по роликам, размещаться в контей
нерах или на палетах;
• подвесные транспортеры (рис. 2.40) — детали могут переме
щаться поодиночке либо в контейнерах с использованием транс
портных тележек, подвесных крюков и т.д.;
• рельсовые тележки (рис. 2.41) используются в первую оче
редь в производственных системах с жесткой структурой для обра
ботки корпусных деталей; тележки перемещаются вдоль прямо
линейной трассы между рабочими местами;

Рис. 2.39. Роликовый транспортер с приводом

Рис. 2.40. Подвесной однорельсовый транспортер:
1 — крючья; 2 — рельс; 3 — цепь; 4 — короб

2.3. Автоматизация транспортирования изделий

79

Рис. 2.41. Рельсовая тележка:
1 — механизм загрузкивыгрузки палет; 2 — деталь; 3 — палета; 4 — буфер
безопасности; 5 — рельсовый путь

• безрельсовые тележки (робокары). В простейшем случае
перемещение тележки определяется штрихкодами или маг
нитными кодами. В определенных местах трассы установлены
считывающие устройства, которые управляют функционирова
нием механизмов перемещения тележки. Более современные
конструкции тележек обеспечивают сход с трассы движения,
самостоятельное движение к определенному месту и возврат на
трассу. Управление перемещениями в этом случае осуществля
ется оптическими, лазерными, индукционными и другими сис
темами;
• краныштабелеры (рис. 2.42, 2.43) забирают палеты с входа
в магазин и перемещают их в соответствующие ячейки. Загрузка
и выгрузка осуществляются с помощью вилклещей.

80

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.42. Напольный колесный кранштабелер:
1 — стойка; 2 — кабина; 3 — транспортируемый груз; 4 — привод

Рис. 2.43. Подвесной штабелер:
1 — рельс; 2 — полки склада; 3 — стойка;
4 — кабина оператора; 5 — привод

2.4. Автоматизация загрузки и выгрузки изделий

81

2.4. Автоматизация загрузки и выгрузки
изделий

Экономические показатели использования оборудования
в значительной мере зависят от времени, необходимого на сня
тие обрабатываемой заготовки со станка и установку новой.
Применение систем автоматизированной загрузкивыгрузки
снижает время простоев дорогостоящих станков между цикла
ми обработки заготовок.
Для автоматизации загрузки необходимо автоматизировать
три ее элемента:
• захват заготовки и транспортировку ее в зону обработки;
• установку заготовки;
• закрепление заготовки.
Для автоматизации разгрузки необходимо автоматизировать
следующие элементы:
• открепление заготовки;
• снятие заготовки с установочных элементов;
• транспортировку заготовки.
Конструкция загрузочных устройств зависит от формы и раз
меров заготовок и условий производства.

2.4.1. Устройства приема и выдачи заготовок
автоматических линий
В транспортных системах автоматических линий применя
ются отсекатели, загружатели, разгружатели и другие системы
и механизмы.
Отсекатели служат для отделения заготовок от общей массы:
по одной или по несколько штук одновременно. По устройству
отсекатели делят на штифтовые, кулачковые, анкерные и бара
банные.
Штифтовые отсекатели действуют за счет возвратнопосту
пательного или качательного движения штифтов вокруг оси
(рис. 2.44, а).

82

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.44. Схемы отсекателей автоматических линий:
а — штифтового; б — кулачкового; в — анкерного; г — барабанного

Кулачковые отсекатели имеют пару кулачков 1, смещенных
относительно друг друга так, что один из них при повороте выпус
кает заготовку, а другой удерживает все остальные (рис. 2.44, б).
В анкерных отсекателях (рис. 2.44, в) управление перемеще
нием заготовок осуществляется качанием анкерной вилки.
Барабанные отсекатели имеют диски с выемками под заго
товки (рис. 2.44, г). Вращаясь непрерывно или прерывисто,
диск захватывает по одной заготовке, удерживая все остальные.
Загружатели предназначены для загрузки и транспортиро
вания заготовок на рабочую позицию станка. Они бывают ши
берные, мотыльковые, шнековые, барабанные и револьверные.
Шиберные питатели (рис. 2.45, а) являются наиболее рас
пространенными. В исходном положении приемное гнездо пи
тателя находится против отверстия лотка и заготовка западает
в него. При движении шибера 2 справа налево заготовка перено
сится к приспособлению, где зажимается. При возвращении
шибера в исходное положение планка 1 откидывается, повора
чивается вокруг оси и проходит под заготовкой.
Мотыльковый загружатель (рис. 2.45, б) отличается от ши
берного тем, что совершает вращательное движение на опреде
ленный угол.
Барабанный загружатель (рис. 2.45, в) представляет собой
диск с горизонтальной осью вращения и гнездами, в которые за
падают заготовки.
Шнековые загружатели (рис. 2.45, г) применяются для за
грузки заготовок типа конических роликов.

2.4. Автоматизация загрузки и выгрузки изделий

83

Рис. 2.45. Схемы загружателей автоматических линий:
а — шиберный питатель; б — мотыльковый загружатель; в — бара
банный загружатель; г — шнековый загружатель

Револьверный загружатель отличается от барабанного тем,
что диск с гнездами имеет вертикальную ось вращения.
В качестве разгружателей могут применяться простые тол
катели и сбрасыватели.
Манипуляторы с механическим приводом для загрузки и вы
грузки заготовок имеют определенную траекторию движения
захвата, обеспечиваемую с помощью сменных копирных бара
банов и кулачков. Захваты выполняются быстросменными,
а форма их рабочей части соответствует форме захватываемых
заготовок. Горизонтальные захваты (рис. 2.46, а, б) предназана
чены для манипуляций с вертикально расположенными стерж
невыми заготовками; вертикальные (рис. 2.46, в, г) — с горизон
тально расположенными. При необходимости подавать заготовки
в горизонтальном положении с зажимом по торцам или в цен
трах служит модификация захвата, приведенная на рис. 2.46, д.
В следующих модификациях захватов (рис. 2.46, е...з) руки
смонтированы повернутыми вправо, причем захват может быть
расположен горизонтально (рис. 2.46, е), перпендикулярно
(рис. 2.46, ж) или вертикально (рис. 2.46, з), что позволяет за
хватить заготовки в различных положениях с боку или с торца.
Модификации захватов, показанные на рис. 2.46, и, к, позволя
ют брать заготовки из лотков или магазинов, смонтированных
вверху над манипуляторами. Для подачи длинных стержневых
заготовок используется модификация захватов, показанная на
рис. 2.45, л, а для длинных ступенчатых валиков — на рис. 2.46, м.

84

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.46. Манипуляторы автоматических линий

Автооператоры — это устройства, обеспечивающие пере
мещение заготовок на загрузочные позиции станков и их воз
врат на межстаночный транспортер. Пример такого устройства
для обработки заготовок типа валов приведен на рис. 2.47.
Детали перемещаются между позициями по транспортеру —
лотку 3, расположенному вне рабочей зоны параллельно осям
центров станков. Перемещение осуществляется с помощью ша
гового транспортера 2 с собачками 1, имеющими исходное по
ложение против рабочих позиций станков. Автооператор 4
перемещает заготовку с лотка 3 в рабочую зону станка для уста
новки и закрепления. После окончания обработки заготовка
возвращается на транспортер. Перемещение автооператора
в поперечном направлении осуществляется гидроцилиндром 7
и реечными передачами 5 и 6.

2.4. Автоматизация загрузки и выгрузки изделий

85

Рис. 2.47. Схема работы автооператора

Для совмещения времени установки и снятия детали исполь
зуются автооператоры с двумя головками. Первая подает заготов
ку с транспортера в рабочую зону, вторая почти одновременно
с первой перемещает обработанную деталь из рабочей зоны на
транспортер.
Питатели, автооператоры, манипуляторы и т.п. устройства
встраиваются в автоматическую линию или являются самостоя
тельным механизмом.
Приспособленияспутники применяются при обработке де
талей сложной формы (коленчатых валов, шатунов, рычагов,
корпусов), которые трудно автоматически фиксировать и закре
плять на позициях обработки. Форма и габариты спутников зави
сят от формы и размеров обрабатываемых заготовок и способов
их обработки. Заготовки крепятся в приспособленииспутнике
один раз, в начале линии, и снимаются со спутника на ее по
следней позиции. Эти операции, как правило, выполняются
вручную.
На рис. 2.48 показана конструкция приспособленияспутни
ка для одновременного закрепления четырех шатунов двигате
ля. Шатуны 5 базируются по торцам большой и малой головок.

86

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.48. Многопозиционное приспособлениеспутник

Положение большой головки фиксируется с помощью паза 11,
а малой — с помощью паза 9. На загрузочной позиции в начале
линии с помощью рукоятки 10 вручную поджимают верхним
концом прихвата 6 малую головку шатуна к винту 8. После это
го с помощью шестерен 7, вращаемых электромеханическими
ключами, движение зажима передается прихватам 4, которые
окончательно зажимают шатуны. Спутник перемещается со
станка на станок на четырех роликах 2 по двум планкам 1. На
рабочих позициях станков спутники прижимаются к планкам
двумя гидроцилиндрами. В этот момент ролики 2 поднимаются
вверх и сжимают пружину 3.
Устройства возврата спутников перемещают приспо
собленияспутники от конца автоматической линии к ее нача
лу, на загрузочную позицию. Транспортер возврата 5 может

2.4. Автоматизация загрузки и выгрузки изделий

87

находиться под основным рабочим транспортером 4 (рис. 2.49, а).
Спутники 3 с помощью вертикального столика 6 опускаются на
транспортер возврата 5, захватываются им и переносятся в на
чальное положение, после чего поднимаются подъемником 1
и поступают на позицию загрузки 2.

Рис. 2.49. Схемы устройств возврата приспособленийспутников

На коротких автоматических линиях и при небольшой массе
спутников для возврата могут использоваться цепные транспор
теры (рис. 2.49, б) или лоткисклизы (рис. 2.49, в).
Наиболее широко используются системы возврата, в которых
транспортер возврата 2 расположен в одной горизонтальной
плоскости с основным рабочим транспортером 4 (рис. 2.49, г).
Они соединены между собой боковыми транспортерами 1 и 3.
Такое расположение требует больших производственных пло
щадей, но упрощает обслуживание и ремонт системы.

2.4.2. Устройства приема и выдачи заготовок ГПС
Основная тенденция развития многоцелевых станков — по
вышение их производительности. Поскольку при обработке
корпусных деталей весьма значительное время требуется на их
установку и снятие, существует несколько направлений его со
кращения.

88

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

В случае ручного закрепления — открепления деталей ис
пользуются два стола (рис. 2.50). В этом случае на столе S1 вы
полняется обработка, а на столе S2, находящемся вне зоны
обработки, — замена детали. Столы могут перемещаться прямо
линейно или поворачиваться на 180°. В последнем случае рабо
чие столы устанавливаются на общем поворотном столе S3.

Рис. 2.50. Схемы работы многоцелевого станка с двумя столами:
а — перемещение по прямой; б — поворот

В случае автоматической замены деталей, установленных на
палетах, станок комплектуется устройством замены палет
(рис. 2.51). Во время обработки на станке детали, установлен
ной на палете Р1, оператор устанавливает новую деталь на палету
Р2. В соответствии с циклом обработки палета Р1 с обработан
ной деталью перемещается по направляющим из рабочей зоны,
а палета Р2 — на стол станка. Далее происходит замена детали
на палете Р1, и цикл повторяется.
Замена палет происходит следующим образом (рис. 2.52). На
поворотном столе 8 и расположенной слева от него загрузочно
разгрузочной позиции А находятся палеты 4 и 5. Они имеют го
ризонтальную базовую плоскость и планки 2 и 3, позволяющие

2.4. Автоматизация загрузки и выгрузки изделий

89

Рис. 2.51. Схема функционирования устройства замены палет:
1 — шпиндель; 2 — стол станка; 3 — направляющие стола; 4 — механизм
перемещения палет; 5 — направляющие механизма перемещения палет;
I...III — гибкие производственные модули

точно ориентировать заготовку в пространстве. Сетка резьбовых
отверстий служит для расстановки базовых и крепежных эле
ментов.
Справа от стола станка находится вторая загрузочноразгру
зочная позиция Б. Если на палете 5 закреплена заготовка, ста
нок выполняет ее обработку сначала с одной, а затем — после
поворота стола вместе с палетой — с других сторон. За это время
на палету, находящуюся в позиции А, устанавливают вторую
заготовку. Когда обработка первой заготовки закончится, пале
та 5 автоматически передвинется в позицию Б для разгрузки,
а на ее место поступит палета 4 со второй заготовкой. В дальней
шем «маятниковое» движение палет будет повторяться. Для пе
ремещения палет с позиций А и Б используются поддерживающие
6 и направляющие 1 ролики. Поворотный стол установлен на

90

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.52. Загрузка заготовок на станок с применением палет

жесткой станине 7. Движение обеспечивается гидроцилиндром
14, шток которого связан с кареткой 11. На ее концах имеются
захваты 10 и 13, которые входят в зацепление с замками 9 и 12
палет. После зацепления каретка и палета, установленная в ра
бочей позиции, поворачиваются относительно горизонтальной оси.
Примеры станков, оснащенных устройствами смены палет,
приведены на рис. 2.53.
Для обработки тел вращения в условиях ГПС функции загруз
ки и выгрузки выполняются специализированным роботом,
выполненным как одно целое со станком, портальным роботом
или универсальным отдельно стоящим роботом. Первая раз
новидность робота обслуживает станок спереди (рис. 2.54, а).
Универсальный робот также подает детали в зону обработки,
находясь спереди станка (рис. 2.54, б). Такое решение исполь
зуется при обработке небольших деталей, поскольку доступ
в зону обработки затруднен. Портальные роботы (рис. 2.54, в, г)
расположены над станком и подают заготовки сверху. Это обес
печивает легкий доступ в зону обработки.

2.4. Автоматизация загрузки и выгрузки изделий

91

Рис. 2.53. Многоцелевые станки с устройствами смены палет

Линейные роботы и манипуляторы используются главным
образом на ГПМ. Такие устройства являются устройствами цик
лического действия и служат для перемещения палет, являющих
ся магазином обрабатываемых деталей, в такт с движениями
робота, чтобы после обработки деталей из одного ряда перейти
к обработке деталей из другого ряда (рис. 2.55). В результате
обеспечивается обработка деталей, расположенных в узлах пло
ской горизонтальной поверхности (в рядах и колоннах).
Линейные роботы могут обслуживать любые одноуровневые
одно и многорядные магазины, не имеющие возможностей пе
ремещения, а также одноуровневые дисковые поворотные мага
зины. Перемещение очередной заготовки непосредственно под
механическую руку обеспечивает магазин. При необходимости
обслуживания многоуровневых магазинов (штабели палет) ма
нипуляторы действуют совместно с устройствами для перекла
дывания палет.

92

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.54. Основные типы манипуляционных устройств,
используемые в ГПС:
а — манипулятор, установленный на станке; б — универсальный
свободно стоящий робот; в — портальный одноосный манипулятор;
г — портальный двуосный манипулятор

Рис. 2.55. Схема использования циклического подающего устройства:
1 — токарный станок; 2 — портальный робот с перемещением по одной
оси; 3 — тележка с механической рукой; 4 — палета; 5 — детали на палете,
уложенные рядами

2.5. Автоматические системы инструментообеспечения

93

Портальные манипуляторы ГПМ часто обеспечивают снаб
жение не только заготовками, но и инструментами. В этом
случае на одних и тех же раме и направляющих действуют две
независимые тележки с механическими руками.
Роботыманипуляторы могут использоваться также для сме
ны палет.

2.5. Автоматические системы
инструментообеспечения
Эффективность работы оборудования во многом зависит от
условий работы инструментов. Правильный выбор принципов
перемещения инструментов, их расположения на станке, спосо
ба смены в ходе обработки детали способствуют минимизации
потерь времени и повышают производительность обработки.

2.5.1. Транспортирование режущих инструментов
В условиях ГПС используются различные транспортные сис
темы для автоматической подачи нового инструмента и удаления
изношенного или поломанного, обеспечивающие возможность
работы по безлюдной технологии. Станки могут оснащаться до
полнительными (буферными) накопителями, в которых хра
нятся инструменты для автоматической замены неисправных
инструментов в магазинах станков.
Дополнительные магазины с автооператорами могут быть
установлены непосредственно на станке (рис. 2.56) либо в виде
отдельных агрегатов, обслуживающих этот станок и располо
женных рядом с ним. В качестве дополнительных используют
ся многоярусные накопители барабанного типа, в которых уста
навливается 5 или 10 одинаковых инструментальных надставок
в 12 или 24 позициях (рис. 2.57, а). При выходе инструмента из
строя автооператор берет надставку из следующего яруса.

94

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.56. Система смены инструментов токарного многоцелевого стан
ка Heynumat 35 фирмы Heylingenstaedt Werkzeugmaschinen GmbH:
1 — основной магазин; 2 — линейный роботманипулятор; 3 — промежу
точный магазин; 4 — инструментальная головка

Дополнительные накопители могут также обслуживать груп
пу станков, в этом случае они устанавливаются вдоль линии
станков сзади них. Замена инструментов в магазинах станков
осуществляется одним портальным автооператором. Накопите
ли могут быть также объединены с 6позиционными кассетами,
в которых установлены определенные группы режущих инстру
ментов (рис. 2.57, б).

Рис. 2.57. Накопители режущих инструментов

2.5. Автоматические системы инструментообеспечения

95

Для транспортировки инструмента между центральным ма
газином, расположенным под станком, и магазином инстру
ментов станка служит специальное подъемное устройство с кассе
тами, обеспечивающее вертикальное перемещение инструмента.
Разгрузказагрузка кассет и передача инструмента в магазины
станков осуществляются с помощью автооператора.
В производстве применяют также сменные инструментальные
магазины. Автоматическая замена магазина осуществляется на
станках в момент смены заготовок. Установленный ранее мага
зин снимается, и на его место устанавливается новый с инстру
ментами для обработки следующей детали. Это позволяет зара
нее вне станочной системы подготовить все инструменты. При
этом возможна работа по принципу: одно наименование дета
ли — один магазин. В накопителе может находиться до пяти ма
газинов.
Складымагазины для инструмента могут быть различных
конструкции и типов (например, кассетные, стеллажные, кару
сельные, ячеистые; магазины, конструкция которых напоминает
соты, и др.). Наиболее широко применяются стеллажинакопи
тели и складымагазины инструментов, представляющие собой
многорядные цепные магазины инструментов с перемещением
цепи в горизонтальной или вертикальной плоскости.
В ГПС может быть использована автоматизированная подача
со склада в магазин станка инструмента, необходимого для об
работки новой детали и удаления из магазина поломанного или
изношенного инструмента. Для этой цели применяют магази
ны, установленные на автоматической тележке (робокаре). На
складе магазин тележки комплектуется требуемым инструмен
том. Перед началом обработки партии заготовок тележка пере
мещается к станку, где фиксируется в требуемом положении.
Во время работы станка инструмент из магазина, установленного
на тележке, подается в магазин станка или шпиндель автоопе
ратором станка. При этом управление автооператором осущест
вляется ЧПУ станка.

2.5.2. Станочные инструментальные магазины
В подавляющем большинстве случаев для обработки корпус
ных деталей необходимо значительное количество разнообраз
ных режущих инструментов. Для их размещения на станке

96

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

используются различные инструментальные магазины — дис
ковые, барабанные и цепные. Дисковые (рис. 2.58, а) служат
для размещения сравнительно небольшого числа инструментов,
обычно не более 30. Барабанные отличаются от дисковых спосо
бом размещения инструментов и конструктивным исполнени
ем. Цепные магазины имеют большую емкость (60...100 инст
рументов и более) и могут быть вертикальными (рис. 2.58, б),
горизонтальными (рис. 2.58, в), наклонными, прямоугольны
ми, треугольными, квадратными (рис. 2.58, г) и более сложной
(рис. 2.58, д, е) формы. Это обеспечивает компактность и воз
можность легкого доступа к магазину для загрузки инструмен
тов. Используются также многоярусные дисковые и барабанные
магазины большой емкости (рис. 2.58, ж), имеющие, однако,
значительные габариты и сложную конструкцию.

Рис. 2.58. Схемы инструментальных магазинов

2.5. Автоматические системы инструментообеспечения

97

2.5.3. Автоматизация смены режущих инструментов
Одна из особенностей автоматизированного оборудования —
автоматическая смена инструмента. Она осуществляется с по
мощью устройств, передающих инструмент из магазинанако
пителя в шпиндель станка иобратно.
Из всех конструкций устройств автоматической смены инст
румента наиболее простой является конструкция с инструмен
тальным магазином, установленным на шпиндельной головке.
В этом случае отсутствует инструментальный автооператор, и ис
пользуются магазины дискового или револьверного типа.
На рис. 2.59, а показана схема работы устройства многоцеле
вого станка для автоматической смены инструмента с дисковым
магазином на 15 инструментов. Смена инструмента и транспор
тирование его из магазина в посадочное гнездо шпинделя осу
ществляются осевым перемещением шпинделя. Инструменты
устанавливаются в магазине в соответствии с последовательно
стью обработки детали.
Перед установкой очередного инструмента шпиндель нахо
дится в верхнем положении над магазином соосно с закреплен
ным в нем посредством фиксаторов блоком инструмента. При
опускании шпинделя вниз конус втулки входит в гнездо шпин
деля и автоматически закрепляется. В рабочем положении
шпиндель проходит через отверстие магазина. После выполнения
очередного перехода шпиндель поднимается в верхнее положе
ние и инструмент входит в отверстие магазина (позиция I). При
дальнейшем перемещении шпинделя втулка с инструментом
раскрепляется и удерживается в магазине фиксаторами (пози
ция II). После того как шпиндель поднимется в крайнее верхнее
положение, магазин поворачивается в положение, при котором
гнездо со следующим инструментом устанавливается соосно со
шпинделем (позиция III). Шпиндель опускается вниз, захва
тывая инструмент из магазина, закрепляет его и перемеща
ется к обрабатываемой заготовке для выполнения очередного
перехода.
Магазин 1 револьверного типа (рис. 2.59, б) устанавливается на
шпиндельной бабке таким образом, что один из инструментов 3
магазина будет соосным со шпинделем 2 станка. Шпиндель

98

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.59. Устройства для смены инструмента осевым перемещением
шпинделя

станка, передвигаясь вдоль оси, захватывает инструмент из ма
газина и перемещает его в зону резания. При обратном ходе
шпинделя инструмент отсоединяется от него и закрепляется
в магазине. После этого магазин поворачивается по заданной
программе в требуемую позицию так, что очередной инструмент
располагается соосно со шпинделем станка. В магазинах такого
типа устанавливается 12...16 инструментов.
Чтобы разместить инструментальный магазин вне рабочей
зоны станка, его поднимают над шпиндельной бабкой или выно
сят в сторону от нее, а иногда устанавливают на отдельную стойку.
Во всех этих случаях оси инструментов в магазине и шпинделе
не совпадают, но могут быть параллельными между собой. Та
кое размещение требует дополнительного движения, необхо
димого для совмещения осей сменяемого инструмента и шпин
деля. При горизонтальной оси шпинделя (рис. 2.60, а) магазин
1 размещают на вертикальных направляющих стойки над

2.5. Автоматические системы инструментообеспечения

99

Рис. 2.60. Смена инструмента при параллельном расположении
шпинделя и магазина

шпиндельной бабкой 2. Дисковый магазин 1 опускается и сво
бодным гнездомвырезом захватывает оправку сменяемого ин
струмента, которая перед этим автоматически раскрепляется.
Вслед за этим ползун магазина перемещается вдоль оси шпин
деля 3, и оправка с инструментом остается в гнезде магазина.
Затем магазин поворачивается для поиска следующего инстру
мента. После совмещения нового инструмента со шпинделем
следует ход вперед ползуна магазина, и инструментальная оп
равка закрепляется в отверстии шпинделя. Магазин поднимается
за пределы рабочей зоны, шпиндель быстро подводится к заго
товке. При вертикальном шпинделе в ряде конструкций стан
ков предусмотрен быстрый подвод шпиндельной бабки 2 из ра
бочей позиции до совмещения осей шпинделя 3 и отверстия
в магазине 1 (рис. 2.60, б). Остальные движения аналогичны
рассмотренным выше.
Во многих случаях потребная емкость магазина составляет
20...60 инструментов, а иногда более 100. В этом случае станок
комплектуется инструментальным автооператором.
Существуют две принципиальные схемы работы автоопера
торов:
1) с вращательным и двумя поступательными перемещениями;
2) с вращательным и поступательным перемещением.

100

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

В первой схеме (рис. 2.61, а) автооператор 1 совершает ход
снизу вверх, захватывает оправку инструмента, находящегося
в гнезде, и вытаскивает ее, перемещаясь вдоль оси инструмента.
Инструмент, находящийся в шпинделе, запирается захватом
при перемещении корпуса (каретки) автооператора вниз. Затем
автооператор ходом вдоль оси шпинделя вытаскивает отрабо
тавший инструмент. Поворотом автооператора вокруг своей оси
на 180° к шпинделю подводится сменяемый инструмент. Ходом
вдоль оси инструмент «заталкивается» в шпиндель, где автома
тически закрепляется. После этого каретка автооператора пере
двигается вверх, перемещая отработавший инструмент в магазин 2.
Во второй схеме (рис. 2.61, б) автооператор 1 совершает толь
ко одно поступательное перемещение. При смене инструмента
он, поворачиваясь вокруг горизонтальной оси, одновременно
захватывает инструменты из магазина 2 и шпинделя, а затем
ходом вдоль оси вытаскивает их, поворотом на 180° меняет мес
тами и вставляет в магазин и шпиндель. Цикл смены заканчива
ется поворотом автооператора в горизонтальное (нейтральное)
положение, при котором он не мешает повороту магазина и вер
тикальному перемещению шпиндельной бабки.

Рис. 2.61. Схемы работы автооператоров

На рис. 2.62 показана последовательность работы такого ав
тооператора. Блок инструмента 4 установлен в шпинделе станка,
а блок 1 — в гнезде магазина. Поворотный двухзахватный опе
ратор 2 снабжен двумя вырезами с подпружиненными плунже
рами (держателями) 3. Автооператор может вращаться вокруг

2.5. Автоматические системы инструментообеспечения

101

своей оси и перемещаться вдоль нее. При смене инструмента
автооператор поворачивается по часовой стрелке на 90°. При
этом держатели А и В входят в канавки оправок инструментов,
установленных в шпинделе и магазине соответственно. После
того как зажимной механизм шпинделя освободит оправку, ав
тооператор, перемещаясь в осевом направлении, выводит оп
равки из гнезд шпинделя и магазина и затем поворачивается на
180°. При этом отработавший инструмент устанавливается соос
но с гнездом магазина, а новый инструмент — соосно с гнездом
шпинделя. При перемещении оператора в осевом направлении
инструменты с оправками устанавливаются в гнезда шпинделя
и магазина. После закрепления оправок оператор поворачивает
ся в исходное положение. Такие автооператоры широко приме
няются в автоматических устройствах для смены инструмента
с дисковыми инструментальными магазинами, расположенны
ми на шпиндельной бабке, цепными магазинами, а также для
загрузки инструмента в шпиндель станка из гнезда промежу
точных транспортных устройств — перегружателей инструментов.

Рис. 2.62. Схема работы двухзахватного автооператора

102

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

При использовании автооператоров оси инструментов и шпин
деля могут быть параллельны и расположены по горизонтали
(рис. 2.63, а) или вертикали (рис. 2.63, б), а также размещаться
перпендикулярно друг к другу (рис. 2.63, в, г).

Рис. 2.63. Взаимное расположение автооператора и шпинделя станка:
1 — шпиндельная бабка; 2 — шпиндель; 3 — автооператор; 4 — магазин

2.5.4. Замена изношенных инструментов
В связи с увеличением количества инструментов, размещае
мых в инструментальных магазинах, и ростом затрат времени
на их замену возникает необходимость в создании новых систем
автоматической замены инструмента.

2.5. Автоматические системы инструментообеспечения

103

При износе инструмента можно заменять либо неперетачи
ваемую режущую пластину, либо головку режущего инстру
мента вместе с пластиной, либо режущий инструмент в сборе
со вспомогательным инструментом. Автоматическая смена ре
жущих пластин, несмотря на компактность сменяемых элемен
тов, применяется редко изза невозможности автоматизации
замены всех применяемых режущих пластин, различающихся
по геометрии и типам крепления. При этом способе не решается
вопрос автоматической смены осевого инструмента.
Рассмотрим примеры механизмов автоматической замены
затупленного режущего инструмента. На рис. 2.64 показана
схема механизма для автоматической замены резцов 1, предва
рительно вложенных в магазин 2. При перемещении в гидроци
линдре 5 поршня 4 с толкателем 3 вправо очередной резец под
действием силы тяжести попадает из магазина на загрузочную
площадку. В крайнем правом положении шток 7 поворачивает
рычаг 8, перемещая ползун 6 с упором 9, продвигающим изно
шенный резец вперед. Сферическая головка регулировочного
винта разжимает подпружиненные шарики 10, и резец освобож
дается. Затем поршень перемещается влево, и толкатель 3 пере
двигает резец с загрузочной площадки в мерный паз державки.
Новый резец, перемещаясь, выталкивает затупленный резец
в сборник изношенного инструмента. Подпружиненные шари
ки 10 прижимают регулировочный винт резца к торцу толкателя,
который воспринимает радиальную составляющую силы резания.

Рис. 2.64. Схема устройства для автоматической замены проходных
резцов

104

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

На рис. 2.65 показана схема устройства для замены пальцевых
фрез, применяемых для закругления зубьев зубчатых колес.
При подаче сигнала на замену инструмента включается солено
ид 9 и откидной копир 8, поворачиваясь, занимает положение
«замена». По окончании резания шпиндельная бабка 3 переме
щается и рычаг 6 находит на скос откидного копира 8, вследст
вие чего цанга разжимается. Шпиндельная бабка с разжатой
цангой и фрезой продолжает перемещаться в исходное положе
ние, при этом толкатель 7 откидного копира передвигает фрезы,
которые подаются из кассеты 5. После этого они передвигаются
в трубе цанги на величину хода бабки. Изношенная фреза пада
ет в сборник, а новая занимает ее место. Далее при перемещении
шпиндельной бабки на рабочую позицию рычаг 6 сходит с копи
ра и цанга сжимается под действием пружины 4, а новая фреза 1
из кассеты 5 поступает в приемник. Необходимая точность осе
вого положения фрезы обеспечивается откидным упором 2. Дос
тоинством рассмотренного устройства является замена инстру
мента без остановки вращения шпинделя.

Рис. 2.65. Схема устройства для автоматической замены зубозакруг
ляющих фрез

2.6. Автоматизация отвода стружки

105

2.6. Автоматизация отвода стружки
В условиях автоматизированного производства стружка уда
ляется различными устройствами, которые в совокупности со
ставляют отдельную транспортную систему. В зависимости от
размещения оборудования и организации труда применяются
две автоматизированные системы уборки стружки:
1) автономные конвейеры выносят стружку из станков в об
щий магистральный конвейер, который устанавливается вне
производственного оборудования;
2) стружка транспортируется магистральным конвейером,
встроенным непосредственно в производственную систему.
Выбор того или иного принципа отвода стружки зависит от
конкретных условий работы автоматизированного оборудования
(формы и размеров стружки, применения или отсутстствия СОЖ,
необходимости возврата спутников и т.д.).
Транспортные конвейеры для уборки стружки бывают меха
ническими, пневматическими, гидравлическими и магнитными.
К механическим конвейерам относятся ленточные со сталь
ной или прорезиненной лентой, скребковые, ершовые, вибраци
онные, шнековые.
Ленточные конвейеры (рис. 2.66, а) обладают высокой про
изводительностью, могут транспортировать стружку на большие
расстояния, просты по конструкции, бесшумны и экономичны
в работе. К недостаткам этого типа конвейеров можно отнести
быстрый износ ленты 1 и то, что часть стружки уносится холо
стой ветвью ленты под раму 2.
Скребковые конвейеры применяют для транспортирования
мелкой дробленой стружки. Они бывают двух видов: бесконеч
ная лента 1, на которой расположены скребки (рис. 2.66, б),
и штанга 2 со скребками, совершающими возвратнопоступа
тельное перемещение (рис. 2.66, в). Скребковые конвейеры
дают возможность транспортировать стружку под значитель
ным углом наклона и эффективно работают при переносе струж
ки на небольшие расстояния.
Ершовые конвейеры (рис. 2.66, г) представляют собой метал
лически желоб 3 с приваренными шипами. Внутри желоба совер
шает возвратнопоступательное движение штанга 2 с ершами 1.

106

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.66. Механические транспортеры для отвода стружки

При движении справа налево (рабочий ход) штанга ершами увле
кает стружку и проталкивает ее вперед. При движении слева
направо (холостой ход) штанга проскальзывает по стружке, ко
торая удерживается шипами желоба. Наиболее эффективен
этот тип конвейера при транспортировании витой или сливной
стружки.

2.6. Автоматизация отвода стружки

107

Используются для уборки стружки также вибрационные
транспортеры (рис. 2.66, д), которые состоят из желоба на уп
ругих упорах 2, совершающего вибрационное движение, и ме
ханического или электромагнитного вибропривода 1. Они оди
наково эффективно используются для транспортирования как
мелкой, так и витой стружки.
Шнековые конвейеры (рис. 2.66, е, ж) состоят из металличе
ского желоба, в котором располагается винт 2, получающий вра
щение от привода 1. При вращении винт проталкивает стружку
по желобу. Эти конвейеры выполняются с одним винтом — од
ношнековые (е) или двумя — двухшнековые (ж). Шнековые
конвейеры надежно и эффективно работают с любым видом
стружки.
Пневматические устройства бывают с нагнетательной,
всасывающей и всасывающенагнетательной системами.
В нагнетательной системе (рис. 2.67, а) стружка вводится
в трубопровод 4 из воронки 2 с помощью шлюзового затвора 3,
препятствующего проходу воздуха в воронку. Воздушный по
ток, создаваемый воздуходувной установкой 1, увлекает стружку
по трубопроводу 4. Воздушный поток имеет избыточное давле
ние 0,03...0,04 МПа и скорость до 25 м/с.
Во всасывающей системе (рис. 2.67, б) стружка засасывается
через воронку 2 с помощью воздушного потока, создаваемого
в трубе 3 вакуумнасосом или вентилятором 1. Поток воздуха
создается за счет разрежения до 0,055 МПа, и его скорость дос
тигает 25...65 м/с.
Во всасывающе нагнетательной системе (рис. 2.67, в) струж
ка засасывается из воронки 2 за счет разрежения, образуемого
потоком нагнетаемого воздуха 1.
Удаление стружки с помощью пневматических устройств ре
комендуется применять, если в процессе обработки заготовок
образуется пылевидная стружка.
При использовании гидравлических устройств стружка с ка
ждого станка 2 смывается сильной струей СОЖ и поступает в об
щий желоб 1, по которому движется в сборник 5 (рис. 2.67, г).
В сборнике 5 СОЖ отделяется от стружки и подается насосом 4
по трубе 3 обратно к станкам. Стружка конвейером 6 выносится
в тару.

108

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.67. Пневматические и гидравлические транспортеры
для отвода стружки

Магнитные устройства предназначены для удаления мел
кой, размером до 3 мм, стружки из стали, чугуна или других
магнитных материалов. Их изготавливают в виде магнитных
сепараторов или магнитных конвейеров. В магнитных сепара
торах станков для абразивной обработки магнитный барабан
используется как для очистки СОЖ, так и для удаления струж
ки и шлама (рис. 2.68, а). Снятие захваченных магнитным полем
ферромагнитных частиц с поверхности барабана осуществляет
ся с помощью скребка.
Магнитные конвейеры предназначены главным образом для
отвода мелкой стружки от зуборезных станков, пил и т.п. При
этом магниты могут быть закреплены стационарно (рис. 2.68, б)
либо перемещаться вместе с цапфами роликовых цепей, кото
рые движутся по направляющим рельсам с боков корпуса кон
вейера. Транспортируемая стружка перемещается вдоль листа
из магнитного материала, закрывающего внутреннюю часть
конвейера.

2.7. Взаимодействие ЭВМ и производственного оборудования

109

Рис. 2.68. Схемы работы магнитного сепаратора (а) и магнитного
конвейера (б):
1 — мусоросборник; 2 — скребок; 3 — магнитный барабан; 4 — отстойник;
5 — слив очищенной СОЖ; 6 — магнитная плита; 7 — вспомогательная
магнитная плита

2.7. Взаимодействие ЭВМ
и производственного оборудования
в условиях ГПС
Современные ГПС функционируют с использованием систе
мы прямого (непосредственного) управления от ЭВМ в режиме
реального времени.
Под такой системой понимают комплекс электронновычис
лительных средств, включающий (рис. 2.69):
• ЭВМ прямого управления, оснащенную необходимыми
внешними устройствами вводавывода и хранения информации,
а также устройствами связи с объектами управления (УСО), обес
печивающими возможность использования этой ЭВМ для подго
товки программ управления производственным оборудованием,
хранения этих программ и управления с их помощью производ
ственным оборудованием;

110

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.69. Схема прямого управления ГПС от ЭВМ

• линии передачи информации от УСО к аппаратуре ЧПУ
производственного оборудования;
• блоки сопряжения линий передачи с электронными входам
приема информации аппаратуры ЧПУ, а также электронными
выходами аппаратуры ЧПУ для передачи информации от аппа
ратуры ЧПУ к ЭВМ;
• аппаратуру ЧПУ производственного оборудования, присое
диненную через блоки сопряжения и линии передачи к ЭВМ
и участвующую в обмене информацией между ЭВМ и производст
венным оборудованием;
• датчики (Д), установленные на производственном оборудо
вании, присоединенные к УСО и участвующие в обмене информа
цией между производственным оборудованием и ЭВМ (датчики
положений, датчики параметров и др.);
• пульты обмена информацией (П) между ЭВМ и обслужи
вающим персоналом (присоединенные через линии передачи
и УСО), находящиеся у производственного оборудования, пере
дающие директивы от ЭВМ к обслуживающему персоналу (в виде
текстов, цифр и световых сигналов), а также сообщения к ЭВМ от
обслуживающего персонала (через клавиатуры, переключатели,
кнопки).

2.7. Взаимодействие ЭВМ и производственного оборудования

111

ЭВМ системы прямого управления использует комплекс про
грамм, обеспечивающих выполнение процессов обработки ин
формации как при подготовке выполнения производственного
процесса, так и при автоматическом управлении его выполне
нием. В состав такого комплекса обычно входят:
• операционная система (комплекс программ), управляющая
процессами обработки информации на ЭВМ, обмена информаци
ей с внешними устройствами вводавывода, обмена информацией
с присоединенным к ЭВМ через УСО электронным оборудованием
объектов управления (например, аппаратурой ЧПУ) и датчиками;
• трансляторы языков программирования общего назначения;
• набор проблемноориентированных систем программирова
ния, необходимых для подготовки выполнения производствен
ного процесса (система САПР ЧПУ для подготовки программ
управления станками, система планирования выполнения про
изводственного процесса на ближайшую рабочую смену и др.);
• комплекс диспетчерских программ, разработанных для ав
томатического управления производственным процессом изго
товления деталей;
• библиотека программ управления станками и другим про
изводственным оборудованием для изготовления деталей раз
личных наименований;
• базы данных, необходимых для подготовки выполнения
производственного процесса;
• базы данных о текущем состоянии производственного про
цесса, оборудования и оснастки.
В развитой системе прямого управления вместо одной мо
жет использоваться несколько ЭВМ, объединенных в сеть, со
держащую два или более уровней иерархического подчинения
машин.
Прямая (проводная) передача информации по линии связи от
ЭВМ к аппаратуре ЧПУ и от аппаратуры ЧПУ к ЭВМ в системах
прямого управления организуется по тем же принципам, что
и передача информации между ЭВМ и ее внешним оборудовани
ем вводавывода (печатающими, перфорирующими устройства
ми, устройствами запоминания информации на магнитных
носителях и др.). Аппаратура ЧПУ, присоединенная с помощью
проводной линии передачи информации непосредственно к ЭВМ,
выполняет функцию внешнего устройства ЭВМ.

112

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Прямое присоединение аппаратуры ЧПУ к ЭВМ позволяет
обеспечить совмещенное во времени управление большим коли
чеством (до нескольких десятков) единиц производственного
оборудования. Каждая единица оборудования может работать
по собственной программе управления, хранящейся в памяти
ЭВМ. При прямом управлении задержки времени, связанные
с переносом с помощью обслуживающего персонала программ
управления от ЭВМ к аппаратуре ЧПУ производственного обо
рудования, полностью исключаются.
Прямое управление от ЭВМ открыло новые возможности
управления производственным оборудованием, среди которых
необходимо выделить следующие:
• незамедлительная передача от ЭВМ к любой единице произ
водственного оборудования программы управления, требуемой
в соответствии с выполняемым производственным процессом;
• совмещенная во времени передача от ЭВМ к большому числу
единиц производственного оборудования программ управления,
требуемых в соответствии с выполняемым производственным
процессом;
• незамедлительный пуск и остановка выполнения каждой
из программ управления производственным оборудованием для
обеспечения требуемого взаимодействия между собой отдельных
единиц производственного оборудования в соответствии с выпол
няемым производственным процессом;
• быстрое (по сравнению с действиями человека) принятие
решения о порядке продолжения выполнения производственного
процесса при появлении непредвиденных изменений условий произ
водства (отказ какойлибо единицы производственного оборудова
ния, срочное изменение планового задания, приостановка поставок
заготовок от предшествующего производственного участка).
Использование перечисленных возможностей прямого управ
ления от ЭВМ обеспечивает высокую гибкость автоматизиро
ванного производства, недостижимую ни в одном из ранее из
вестных автоматизированных производств, а именно:
• быстрый перевод ГПС на выполнение нового производст
венного процесса изготовления деталей;
• совмещенное выполнение на ГПС двух и более различных
технологических процессов изготовления деталей, что позволяет
приступать к выполнению нового технологического процесса на

2.7. Взаимодействие ЭВМ и производственного оборудования

113

оборудовании, освобождающемся от выполнения предшествую
щего технологического процесса, в то время как другие единицы
производственного оборудования ГПС еще заняты завершением
этого процесса;
• реализация на ГПС любого из подготовленных вариантов
технологического процесса изготовления детали в зависимости
от текущих производственных условий (например, в зависимо
сти от загрузки ГПС выполнением технологических процессов);
• реализация на ГПС любого из допустимых вариантов техно
логических маршрутов некоторого технологического процесса
изготовления детали в зависимости от состава действующего обо
рудования ГПС;
• выполнение производственного процесса изготовления де
талей на различном составе производственного оборудования
ГПС в зависимости от занятости отдельных единиц производст
венного оборудования ГПС, их ремонта или наладки.
Функционирование ГПС в данном случае можно обобщенно
представить следующим образом (рис. 2.70). В ЭВМ, управляю
щую ГПС, вводят задание, в соответствии с которым должен
выполняться производственный процесс. Одновременно в ЭВМ
должны быть введены (или отысканы в ее запоминающих уст
ройствах) программы управления производственным оборудо
ванием (станками, роботами и т.п.). При готовности ГПС к работе
ЭВМ начинает управлять ее производственным оборудованием.
Все важнейшие сведения о ходе работы ГПС (запуск оборудова
ния в работу, ход выполнения задания, простои, отказы и др.)
фиксируются на печатающем устройстве ЭВМ в виде протоко
лов. Через ЭВМ проходят все информационные потоки ГПС,
связанные с управлением оборудованием и обеспечивающие
взаимодействие ГПС с обслуживающим персоналом.
Заготовки в ГПС доставляются к производственному обраба
тывающему оборудованию с помощью транспортнозагрузочного
оборудования (транспортеров, загрузчиков, роботов). В основном
заготовки транспортируются и загружаются в станки с исполь
зованием специальных транспортных приспособлений (поддонов,
спутников). Установка заготовок на транспортные приспособле
ния осуществляется человеком. В простых случаях эту операцию
может выполнять робот. После окончания обработки заго
товки полученная готовая деталь снимается с транспортного
приспособления и отправляется на склад, а освободившееся

114

2. Автоматизация производственных процессов изготовления деталей

Рис. 2.70. Схема функционирования ГПС

транспортное приспособление возвращается для установки на
него вновь поступившей на ГПС заготовки. Транспортнозагру
зочное оборудование ГПС обеспечивает прохождение через ГПС
двух материальных потоков: заготовок и транспортных приспо
соблений. При установке заготовок на транспортные приспособле
ния эти потоки объединяют. Особенность потока транспортных
приспособлений — его замкнутость (транспортные приспособ
ления с выхода ГПС всегда возвращаются на ее вход).
Аналогичные потоки имеют место в системе инструменто
обеспечения. Необходимые для выполнения производственного
процесса инструменты, закрепленные в инструментальных при
способлениях, автоматически доставляются к станкам и загру
жаются в их инструментальные магазины. Настройку положения
инструментов относительно инструментальных приспособлений
осуществляют на специальных участках настройки инструментов.

2.7. Взаимодействие ЭВМ и производственного оборудования

115

Инструментальные приспособления с отработавшими инстру
ментами автоматически с помощью транспортного оборудования
возвращаются от станков на участок настройки инструментов.
При этом образуется циклически замкнутый поток инструмен
тов, закрепленных в инструментальных приспособлениях.
При наличии на предприятии локальной компьютерной сети
прямое управление от ЭВМ оказывается еще более эффектив
ным. Например, появляется возможность обмена информацией
с конструкторским бюро относительно изменений в рабочих
чертежах, с бюро подготовки управляющих программ и т.п.
При этом либо на ЭВМ прямого управления, либо в бюро подго
товки управляющих программ производится графическая си
муляция хода обработки с ее последующей корректировкой. Это
позволяет избежать аварийных ситуаций непосредственно в ходе
обработки деталей.

3
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ДИАГНОСТИКИ ПРОЦЕССА
ОБРАБОТКИ И КОНТРОЛЯ
ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

3.1. Структура и задачи систем
диагностики
Техническая диагностика — направление научнотехниче
ских знаний, которое заключается в установлении и изучении
признаков, характеризующих наличие дефектов в машинах, их
узлах, элементах, с целью предсказания возможных отклоне
ний в режимах их работы. В более широком смысле техниче
ская диагностика занимается также разработкой методов и средств
обнаружения и локализации дефектов.
Задачи, стоящие перед системой диагностики производст
венной системы, могут быть систематизированы в зависимости
от времени, используемого для их реализации.
Непрерывная диагностика выполняется в течение всего вре
мени работы системы. В качестве примера можно привести
контроль силы тока в двигателях станка, сил резания, автоко
лебаний и т.д.

3.1. Структура и задачи систем диагностики

117

Диагностика с короткими перерывами основана на измере
нии определенных параметров в течение коротких отрезков вре
мени или для каждой детали (например, измерение ее размеров).
Диагностика по прохождению средних отрезков времени
выполняется для определенных узлов или систем (управления,
гидравлической, охлаждения и т.п.) в начале каждой рабочей
смены или при запуске новой партии деталей.
Диагностика со значительными перерывами выполняется
в ходе регламентных работ либо длительных перерывов в функ
ционировании станка. В этом случае проверяется техническое
состояние станка и его узлов.
Диагностика по указанию производится после аварии либо
по решению оператора и служит для проверки исправности
функционирования станка.
В условиях работы ГПС можно выделить следующие направ
ления диагностики:
• для станков, систем управления, технологических приспо
соблений — контроль состояния узлов и систем, перемещений де
талей и режущих инструментов и т.д.;
• для режущих инструментов — идентификация, контроль
и коррекция износа, определение положения вершины и т.д.;
• для обрабатываемых деталей — идентификация, контроль
пространственной ориентации, размеров и предельных отклонений;
• для процесса обработки — измерение взаимных колебаний
инструмента и детали.
Кроме указанных направлений диагностики может выпол
няться также сервисное обслуживание — тестирование узлов
и систем с целью выявления неисправностей и предотвращения
аварий.
Все системы диагностики можно условно разделить на три
группы:
1) специализированные системы для контроля одного или
нескольких конкретных явлений (такие системы разрабатыва
ются по специальному заказу);
2) универсальные системы, условия работы которых можно
изменить на основе перепрограммирования;
3) системы диагностики, объединенные с системой управления.

118

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

3.2. Диагностика состояния
металлорежущих станков
Диагностика ГПС осуществляется в двух направлениях: кон
троль за правильным функционированием системы в целом во
время работы или холостых ходов, а также контроль состояния
узлов и механизмов. Выбор системы диагностики и ее состав
определяются информацией о наиболее часто наблюдаемых
аварийных ситуациях и их результатах, времени простоев обору
дования, стоимости запчастей и трудоемкости ремонтов, влия
нии того или иного узла на качество продукции и безопасность
работы персонала. Современные системы надзора и диагности
ки основаны на использовании компьютеров, что подразумевает
преобразование первичных сигналов, генерируемых датчика
ми, в цифровую форму.
Для диагностики привода главного движения часто исполь
зуется информация о потерях мощности холостого хода. Потери
зависят от частоты вращения двигателя, пройденного расстоя
ния, состояния подшипников, условий смазывания, темпера
туры и т.д. Показатели, измеренные в условиях стабильной ра
боты станка, могут храниться в памяти системы диагностики
как эталонное значение. Увеличение потерь мощности в тече
ние длительного времени позволяет сделать предположение об
ухудшении состояния подшипников или коробки скоростей.
Мгновенное и значительное возрастание потерь свидетельствует
о неисправностях элементов привода или условий смазывания.
Другой величиной, используемой для контроля привода, яв
ляется частота вращения шпинделя. Ее контроль обеспечивает
проверку правильности работы системы управления приводом,
механизмов переключения скоростей (муфты, блоки колес)
и передачи мощности (зубчатые и ременные передачи и т.п.).
Одновременное измерение частоты вращения и мгновенной
мощности позволяет определить момент на шпинделе и предо
хранить привод от перегрузок. Предохранить привод от пере
грузок можно также путем контроля сил и момента резания (см.
ниже).

3.3. Диагностика состояния режущих инструментов (мониторинг)

119

Примером диагностики привода подач может служить диагно
стика сервоприводов подачи. Такие приводы состоят из электри
ческих, механических и электронных подсистем. Тестирование
основано на анализе ответа на посланный тестовый сигнал со
стороны тех подсистем, которые могут регулировать параметры
сервопривода (регулятор скорости, ограничитель динамических
токов, механическая подсистема).
Подшипники качения во многих случаях определяют усло
вия работы станка. Выявление дефектов их работы основано на
анализе уровня температур, сопротивления движению, возник
новения колебаний, уровня шума, загрязнения смазки, измене
ний в интенсивности акустической эмиссии. Однако наиболее
часто контролируются температуры, колебания и шумы.
Измерение температур осуществляется с помощью специаль
ных устройств (пирометры, тепловизоры, термоэлементы и т.д.).
Температура подшипников должна быть не выше рекомендуе
мой. Увеличение ее на 10...20 °С уже свидетельствует о наруше
ниях в работе (плохое смазывание или механическое поврежде
ние). Сравнивая условия нагревания подшипников с типовыми,
можно выявить неисправности в работе соответствующего узла.
В случае использования виброакустического метода произво
дятся измерения и анализ спектра механических или звуковых
колебаний, генерируемых системой при определенной частоте
вращения. Полученная информация сравнивается с типовой
для той или иной неисправности в работе подшипников.

3.3. Диагностика состояния режущих
инструментов (мониторинг)
Аварийные ситуации в ходе работы ГПС, приводящие к зна
чительным потерям времени и финансовых средств, происходят
по различным причинам, в том числе:
• изза ошибок в управляющей программе;
• ошибок в наладке и установке нулевых точек;
• ошибок оператора;

120

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

• ошибок в выборе режущих инструментов и при введении
информации о них;
• отказов системы управления и электрической системы;
• отклонений в размерах заготовок и др.
При использовании компьютера для разработки технологи
ческого процесса обработки детали ошибки программирования
и наладки станка можно исключить, а ошибки, связанные с ре
жущими инструментами, существенно ограничить, выводя на
экран монитора симуляцию движений инструментов в ходе об
работки. Для предотвращения аварий вследствие действий опе
ратора (ручные перемещения узлов и т.п.) в кинематические
цепи станка встраивают дополнительные предохранительные
муфты либо используют системы диагностики режущих инст
рументов, основанные на контроле уровня сил резания.
На долю режущих инструментов приходится более 40 % об
щего потока отказов ГПС. Это свидетельствует о необходимости
контроля их состояния (текущей работоспособности) с целью
быстрого принятия одного из следующих решений:
• выключение станка (наиболее простой и радикальный способ);
• корректировка управляющей программы станков с ЧПУ;
• коррекционные перемещения инструментов;
• замена работающей вершины инструмента;
• изменение подачи или частоты вращения шпинделя станка
с адаптивным управлением;
• замена заготовки, непригодной для обработки, и др.
Наиболее эффективным направлением в контроле режущих
инструментов является их непрерывный контроль (монито
ринг). Все методы диагностики текущей работоспособности ре
жущего инструмента можно условно поделить на методы пря
мого контроля, основанные на регистрации износа инструмента,
и косвенного контроля, использующие физические явления, со
провождающие процессы резания и изнашивания инструмента.
3.3.1. Методы прямого контроля
При методах прямого контроля износ на контактных пло
щадках инструмента измеряется непосредственно в процессе об
работки. При их реализации используются вспомогательные
или холостые ходы инструмента, выход инструмента или режу
щих кромок (зубьев) из процесса обработки.

3.3. Диагностика состояния режущих инструментов (мониторинг)

121

Устройства для прямого контроля износа обеспечивают бо
лее высокую достоверность измерений и получили достаточно
широкое распространение. Рассмотрим принципиальные схемы
некоторых из этих устройств.
Оптические устройства (рис. 3.1) могут использоваться
для оценки длины стержневых режущих инструментов (сверл,
метчиков). Если инструмент, находящийся между источником
излучения и встроенным в устройство фотоэлементом, перекры
вает зону излучения, это сигнализирует о его «исправности».
Контроль осуществляется либо после каждого рабочего хода,
либо в перерывах между обработкой деталей.

Рис. 3.1. Схема контроля длины инструмента с помощью
фотоэлемента

Лазерные устройства позволяют не только обнаруживать
поломки инструмента (либо его полное отсутствие на станке), но
и выполнять измерение геометрии режущей кромки (рис. 3.2).
Они могут использоваться также для одновременного контро
ля нескольких инструментов, например, в многошпиндельных
сверлильных головках.
Контроль в таких устройствах осуществляется на основе ре
гистрации и анализа положения первичного и отраженного ла
зерного или инфракрасного лучей (рис. 3.3). В основу работы
устройства положен принцип оптической триангуляции. Излу
чение полупроводникового лазера 1 фокусируется объективом 2
на объекте 6. Рассеянное на объекте излучение собирается объ
ективом 3 на линейке фотодиодов 4. Процессор обработки сиг
налов 5 рассчитывает расстояние до объекта и его форму по по
ложению изображения светового пятна на линейке 4.

122

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.2. Технологические возможности лазерных устройств:
а — измерение вылета стержневых инструментов; б — измерение вылета
и радиуса расточных резцов и головок; в — измерение геометрии режущей
кромки; г — измерение отклонений от прямолинейности режущей кромки;
д — диагностирование поломок

Рис. 3.3. Лазерное устройство для бесконтактного контроля:
а — принципиальная схема; б — внешний вид

Контактные устройства обеспечивают непосредственный
контроль инструментов в процессе работы с помощью датчиков
касания (рис. 3.4). Положения, в которых «ожидается» контакт,
рассчитывает микропроцессор станка. Работа такого датчика

3.3. Диагностика состояния режущих инструментов (мониторинг)

123

Рис. 3.4. Использование контактных датчиков и зондов: а — проверка
состояния вершины резца; б — проверка стержневых инструментов

Рис. 3.5. Схема устройства для контроля целостности сверла
по контакту с наконечником

аналогична работе устройств, используемых на автоматических
линиях, где вращающийся наконечник замыкает электриче
скую цепь, что служит сигналом о целостности инструмента
(рис. 3.5). В приведенной схеме при отведенном положении
сверлильной головки ступица 1 с радиально расположенными
гибкими пластинами 2 поворачивается и, если инструмент цел,
контакты 3, 4 размыкаются. При поломке сверла контакты ос
таются замкнутыми, реле 6 остается под током и срабатывает
выключатель 5 в цепи управления станком.

124

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

В настоящее время при контроле износа инструментов ис
пользуются также измерительные зонды. На рис. 3.6, а приведе
на схема импульсного зонда с электроконтактным преобразова
телем. В корпусе 1 находятся три равно отстоящие призмы 4,
электрически изолированные от него. Измерительный наконеч
ник 5 соединен с тремя рычагами 3 со сферическими концами.
Под действием пружины 2 рычаги входят в призмы и замыкают
электрическую цепь. В момент контакта с измеряемым объек
том 6 наконечник 5 изменяет положение, рычаг отклоняется
и электрическая цепь разрывается (возникает импульс). По
мере движения зонда генерируется система импульсов, которая
после обработки сигналов позволяет определить координаты то
чек контакта.

Рис. 3.6. Схемы измерительных импульсных зондов с электрокон
тактным (а) и пьезоэлектрическим (б) преобразователями

Погрешность измерения координат при использовании
электроконтактных преобразователей колеблется в пределах
0,35...1,0 мкм, что не всегда удовлетворяет потребностям из
мерений.
Более высокой точностью обладают зонды с контактным пье
зоэлектрическим преобразователем (рис. 3.6, б). В таком зон
де три равнорасположенных пьезоэлектрических сенсора 7

3.3. Диагностика состояния режущих инструментов (мониторинг)

125

располагаются между верхней 4 и нижней 5 частями подвиж
ной конструкции, заканчивающейся измерительным наконеч
ником 6. Верхняя часть зонда базируется на опорном кольце 1
с помощью трех рычагов 3. Постоянный контакт с пьезоэле
ментами обеспечивается пружиной 2. В момент контакта нако
нечника с измеряемой поверхностью происходит деформация
пьезоэлементов и генерируется одиночный импульс. При даль
нейшем движении наконечника генерируется так называемый
подтверждающий сигнал, что в итоге обеспечивает погрешность
измерений не более 0,5 мкм.
Примеры использования измерительных зондов для контро
ля инструментов на гибких производственных модулях показа
ны на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Использование измерительных зондов для контроля инстру
ментов на ГПМ:
а — токарном; б —фрезернорасточном

Индукционные устройства основаны на принципе взаимо
действия сердечника с магнитной катушкой, они достаточно
дешевы и универсальны. В простейшем случае такие датчики
используются для проверки присутствия (есть либо нет) и под
счета инструментов. Например, на рис. 3.8 приведена схема
контроля сверл на автоматической линии. В кондукторной пли
те 3 установлены индукционные катушки 2, которые в начале
рабочего хода проверяют наличие комплекта сверл (поломка
в ходе обработки предыдущей детали), а при выходе сверла 1
контролируют, не осталось ли оно в детали (поломка).

126

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.8. Принцип контроля поломок сверл на автоматических линиях

Пневматические устройства для контроля используют пе
репады давления в сети сжатого воздуха. Например, в стенках
кондукторной втулки 5 (рис. 3.9) друг против друга располага
ют каналы 6 и 7, к которым подводится сжатый воздух от источ
ника 1. В канале 7 давление устанавливается регулятором 2,
а в канале 6 — регулятором 8, при этом в канале 6 давление
выше, чем в канале 7. Если сверло 4 цело, каналы 6 и 7 разобще
ны и давление в трубопроводе к каналу 7 недостаточно для сра
батывания датчика 3. При сломанном сверле каналы 6 и 7 сооб
щаются, давление в канале 7 повышается, и срабатывает датчик,
выключая станок.

Рис. 3.9. Схема устройства для контроля целостности сверла
с помощью сжатого воздуха

Устройства, основанные на применении ультразвуковых
волн, в ходе контроля измеряют время, необходимое для про
хождения ультразвуковыми волнами расстояния от измери
тельной головки до поверхности детали и обратно через новый
и изношенный инструмент. При образовании площадки износа
время сокращается, что регистрируется электронной аппарату
рой и позволяет определить величину износа.

3.3. Диагностика состояния режущих инструментов (мониторинг)

127

3.3.2. Методы косвенного контроля
Методы косвенного контроля режущих инструментов осно
ваны на анализе изменения сил резания, мощности, температуры
и других физических характеристик процесса резания в резуль
тате износа или поломки инструмента. Рассмотрим некоторые
из таких устройств.
Устройства, основанные на контроле уровня сил и мощ
ности резания, действуют на основе измерений силы тока и на
пряжения в двигателе главного движения или движения подачи
(рис. 3.10). Такие устройства весьма просты, дешевы, не требу
ют изменений в конструкции станка, однако надежность их ра
боты зависит от соотношения мощности резания и номинальной
мощности двигателя. Если оно невелико, достоверность монито
ринга резко снижается. Кроме того, такие устройства реагируют
на изменения сил, связанные с возрастанием износа инструмента,
со значительным опозданием, что не позволяет вовремя среаги
ровать на катастрофический износ и поломку инструмента.

Рис. 3.10. Схема измерения мощности привода подачи:
1 — двигатель привода подач; 2 — датчик тока; 3 — регистрация сигнала

В настоящее время измерение сил осуществляют, используя
тензометрические подшипники или оправки, датчики напря
жений и деформаций, а также динамометры, встроенные в ин
струментальную оправку, резцедержатель либо револьверную
головку. Во всех случаях важную роль играет место размеще
ния датчиков. Чем оно ближе к зоне резания, тем точнее изме
рения и выше надежность системы контроля.

128

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Широкое распространение на практике получили подшипники
с тензометрическими датчиками, наклеенными в канавке на
их наружном кольце. Прохождение шарика (ролика) под датчи
ком вызывает локальные деформации кольца. Датчик подключен
к тензометрическому мосту и генерирует сигналы переменной
частоты, зависящей от частоты вращения вала и количества ша
риков в обойме подшипника. Амплитуда сигналов пропорцио
нальна действию сил.
Для измерения силы подачи можно использовать тензомет
рический датчик, представляющий собой обойму для опорных
подшипников (рис. 3.11). Тензометрические элементы, накле
енные на внутреннее кольцо обоймы, защищены от действия
СОЖ, масла и т.д.
Весьма перспективно использование для контроля сил резания
пьезоэлектрических датчиков. Принцип их действия основан
на известном физическом явлении, когда на поверхности некото
рых диэлектриков (например, кристаллов кварца) в результате

Рис. 3.11. Расположение тензометрического датчика для измерения
осевой силы на ходовом винте токарного станка с ЧПУ

3.3. Диагностика состояния режущих инструментов (мониторинг)

129

механической деформации генерируется электрический заряд.
На рис. 3.12 показана принципиальная схема пьезоэлектри
ческого датчика для измерения сил резания. Датчик крепится
к корпусной детали, резцедержателю или другому элементу
станка, в которых под действием сил резания возникают упру
гие деформации. Очевидно, что в месте размещения таких дат
чиков не должны действовать дополнительные возмущающие
силы, а возникающие деформации должны непосредственно за
висеть от предполагаемой к измерению силы резания. Датчик
крепится к деформируемой поверхности винтом с силой F0 и из
меряет силу F02 в месте контакта поверхности с пьезоэлектриче
ским элементом. Сила F01 приложена в базовой точке датчика.
Расстояние между точками равно L.

Рис. 3.12. Схема пьезоэлектрического датчика, закрепляемого на на
ружной поверхности изделия:
1 — базовая точка; 2 — пьезоэлектрический элемент

Пьезоэлектрические датчики типа «штифт», используемые
для мониторинга сил резания и деформаций, могут устанавли
ваться как снаружи, так и внутри контролируемых деталей
(рис. 3.13). Такие датчики имеют весьма малые габариты (диа
метр 9...10 мм) и высокую чувствительность.
Устройства, основанные на контроле уровня колебаний,
возникающих при резании, используют датчики ускорения,
как правило, пьезоэлектрические. Пример конструктивного ис
полнения такого датчика показан на рис. 3.14.

130

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.13. Принципиальные схемы пьезоэлектрического датчика
типа «штифт» (а) и его установки (б):
1 — измерительный наконечник; 2 — пьезоэлектрический преобра
зователь; 3 — устройство для закрепления

Рис. 3.14. Схема пьезоэлектрического датчика для контроля колеба
ний:
1 — корпус; 2 — кольцо из пьезокерамики; 3 — гравитационная масса;
4 — плоская пружина; 5 — пластиковая защитная оболочка; 6 — отвер
стие для крепления; 7 — кабель

Устройства, основанные на контроле формы стружки,
дают возможность регистрировать изменения формы стружки
по мере износа инструмента. Такой контроль можно обеспе
чить, фиксируя инфракрасное излучение из зоны обработки.
Его интенсивность будет зависеть от количества находящейся

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

131

там разогретой стружки. Аналогичным образом действуют и ка
меры тепловизоров. Изображение с камеры (рис. 3.15) делится
компьютером на участки с одинаковой интенсивностью тепло
вого излучения, что позволяет определить характер образую
щейся в данный момент стружки.

Рис. 3.15. Изображение стружки на экране тепловизора:
а — оптимальная форма; б — приемлемая форма; в — допустимая
форма; г — форма, трудная для контроля; д — критическая форма;
е — неприемлемая форма

3.4. Автоматизация контроля точности
обработки, сортировки деталей
и размерной подналадки станков
Автоматический контроль размеров может осуществляться
до обработки, в процессе обработки и после обработки деталей.
Контрольные устройства выполняют различные функции: управ
ляют работой станка, сортируют готовые детали на группы по
размерам и т.д.

132

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Контроль деталей в рабочей зоне ГПМ перед процессом обра
ботки или после его завершения позволяет уточнить наиболее
важные размеры детали, выполнить в случае необходимости
коррекцию управляющей программы, выявить бракованные де
тали и исключить их из дальнейшей обработки, отрегулировать
или заменить изношенный режущий инструмент.
В большинстве контрольных систем ГПМ используются из
мерительные зонды, действие которых основано на примене
нии контактных датчиков касания либо лазерного излучения
(рис. 3.16). С помощью зондов осуществляется идентификация
деталей, правильность их расположения на столе станка (с це
лью компенсации ошибок закрепления заготовки на палете
и палеты на столе), коррекция ошибок положения стола при об
работке соосных отверстий в противоположных стенках кор
пуса, измерение наиболее ответственных размеров и др. При
взаимодействии с измеряемой поверхностью в зонде генериру
ется электрический сигнал, который считывается аналогоци
фровым преобразователем и преобразуется в координаты изме
ряемой точки.

Рис. 3.16. Контактный (а) и бесконтактный (б) измерительные зонды
для контроля точности обработки

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

133

3.4.1. Датчики, используемые в измерительных системах
Наиболее широкое применение в измерительных системах
получили электрические датчики. Самыми простыми среди них
являются электроконтактные датчики, осуществляющие
контроль предельных размеров изделия. При помощи устройств
с электроконтактными датчиками может осуществляться кон
троль при обработке деталей, их сортировка на группы в зави
симости от действительного размера, контроль погрешностей
формы и т.д. В зависимости от назначения электроконтактные
датчики выпускаются однопредельными, двухпредельными
и многопредельными.
Контактные измерители можно разбить на две группы: с пе
ремещением контактов, равным перемещению измерительного
штока, и с перемещением контактов, увеличенным по сравне
нию с перемещением измерительного штока — рычажные.
В рычажных измерительных головках благодаря механизмам,
увеличивающим перемещение контактов, погрешности, завися
щие от состояния контактов и их настройки, уменьшаются пропор
ционально передаточному отношению. Следовательно, точность
контроля рычажными измерителями при прочих разных усло
виях выше, чем безрычажными.
В безрычажных конструкциях датчиков (рис. 3.17, а) пере
мещение контактов равно перемещению измерительного штока.
В системах с короткоплечим рычагом (рис. 3.17, б) шток 1, пе
ремещающийся в направляющих 3 и опирающийся на изделие,
несет хомут 2, к которому пружина 5 прижимает короткий ко
нец неравноплечего рычага 6. На длинных концах рычага укре
плены контакты, замыкающиеся с контактными винтами 4 и 7.
При контроле изделий с завышенным размером хомут 5 отходит
от рычага 6, что препятствует правильному функционированию
датчика.
На рис. 3.17, в приведена схема измерительной головки с ры
чажной системой для передаточных отношений больше 10:1. Верх
ний конец измерительного штока 1 действует на траверсу 7, упи
рающуюся в неподвижную призму 6. Траверса скреплена с ры
чагом 5, на конце которого укреплены контакты 3. Регулируе
мые контакты 2 и 4 укреплены в корпусе головки. Передаточное

134

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.17. Схемы электроконтактных датчиков:
а — безрычажного; б — с короткоплечим рычагом; в — с рычажной
системой для передаточных отношений больше 10:1

отношение такой системы определяется отношением длины
плеча b рычага к длине плеча a траверсы и может достигать
20...30.
Датчики могут быть быстро настроены по образцовой детали,
величина контролируемого размера которой должна быть атте
стована, или по индикатору.
Принципиальная схема измерительной системы с использо
ванием электроконтактного датчика изображена на рис. 3.18.
Стальная пружина 1, закрепленная в виде консольной балки,
притягивается электромагнитом 2. Величина прогиба пружины
зависит от притягивающей силы электромагнита, которая в свою
очередь зависит от величины тока, протекающего через его об
мотку. На свободном конце пружины укреплен контакт 3. На
измерительном стержне 6, упирающемся в измеряемое изделие
7, помещен второй контакт 4. Замыкание контактов регистри
руется любым способом, например лампочкой 5. Ток, протекаю
щий через обмотку электромагнита, регулируется элементом 8
и контролируется прибором 9. Источник питания на схеме ус
ловно обозначен батареями 10.
Размер контролируемого изделия определяет положение кон
такта 4, а ток, протекающий через обмотку магнита, определяет
прогиб пружины 1, т.е. положение контакта 3. При определенном

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

135

Рис. 3.18. Схема сортировочного датчика с электромагнитным
управлением

токе, протекающем через обмотку, контакты замкнутся. Та
ким образом, размер изделия и величина тока, протекающего
через обмотку магнита, взаимосвязаны. Это позволяет сортиро
вать изделия на большое число групп с высокой точностью.
Электроконтактные датчики являются наиболее простыми
и поэтому чаще других используются для контроля предельных
размеров изделия. Однако большинство схем с электроконтакт
ными датчиками не дают возможности определить действитель
ный размер изделия. Индуктивные, емкостные, пневматиче
ские и ряд других типов датчиков этого недостатка не имеют.
Принцип действия индуктивных датчиков состоит в преоб
разовании линейного перемещения в изменение индуктивности
катушки датчика. Контактные индуктивные датчики, исполь
зуемые для измерения линейных размеров, выполняются про
стыми или дифференциальными.
В простых индуктивных датчиках (рис. 3.19, а) использу
ется одна индуктивная катушка. При увеличении размера кон
тролируемой детали 1 измерительный шток 2 датчика, преодо
левая усилие пружины 5, будет оказывать давление на якорь 3,

136

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

который подвешен на плоской пружине 4 и может поворачи
ваться. Поворот якоря вызовет изменение воздушного зазора
между магнитопроводом 6 катушки и якорем, что приведет
к изменению индуктивности катушки.
В дифференциальном индуктивном датчике (рис. 3.19, б)
применяются две индуктивные катушки 1 и 2. Если при переме
щении якоря индуктивного датчика зазор между якорем и пер
вой катушкой уменьшается, то зазор между якорем и второй
катушкой увеличивается на эту же величину. В силу этого изме
няются индуктивности обеих катушек, что позволяет в два раза
увеличить чувствительность измерительной схемы.

Рис. 3.19. Схемы индуктивных датчиков:
а — простого; б — дифференциального

Фотоэлектрические датчики размера осуществляют пре
образование изменения размера изделия в изменение лучистой
энергии или направления светового потока, а затем в электриче
ский сигнал с помощью фотоэлемента.
Оптические системы фотоэлектрических датчиков размера
основаны на свойстве изделия отражать световой поток или диа
фрагмировать его. Оптические схемы с отражением светового
потока строятся на отражении светового луча непосредственно
контролируемым изделием или специальным отражательным
зеркалом. Такая схема может использоваться, например, для
контроля шероховатости поверхности деталей. Световой поток
падает на поверхность детали и, отражаясь от нее, направляется
на фотоэлемент. Отраженный световой поток преобразуется фо
тоэлементом в пропорциональный ему ток.

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

137

Оптические схемы с диафрагмированием светового потока
строятся на принципе преграждения пути светового луча конту
ром контролируемого изделия. Такие схемы можно использовать
для контроля как наружных размеров деталей, так и размеров
отверстий.
Широкое распространение в производстве получили фото
электрические измерительные системы с диафрагмированием
светового потока (рис. 3.20, а). В таком устройстве световой по
ток от источника 1 через оптическую систему 2 и щелевую диа
фрагму 3 падает на фотоэлемент 4. Щелевая диафрагма частич
но закрыта заслонкой 9, которая установлена па рычаге 8.
С другим концом рычага связан измерительный стержень 6. Из
мерительный наконечник устанавливается на контролируемую
деталь 7. Положение заслонки, степень перекрытия ею щелевой
диафрагмы и, следовательно, величина потока излучения, па
дающего на фотоэлемент, определяются размером детали, о кото
ром можно судить по току, измеряемому микроамперметром 5.
Устройства данного типа построены на регистрации измене
ния интенсивности светового потока и не обеспечивают высокой
точности измерений. Ее можно достичь в системах, которые
фиксируют лишь наличие или отсутствие потока излучения.
В таких устройствах находится обычно несколько фотореле, фо
тоэлементы которых освещаются или затемняются при опреде
ленном положении указателя измерительного устройства. Схема
одного из таких устройств показана на рис. 3.20, б. При установке

Рис. 3.20. Схемы работы фотоэлектрических датчиков

138

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

измерительного наконечника 2 на измеряемую деталь 1 рычаг 3
растягивает пружинную ленту 4, закрепленную на держателе 9,
и поворачивает зеркало 5. Свет от источника 7, проходя через
линзу 6, отражается зеркалом и падает на один из фотоэлемен
тов 8, заставляя сработать реле, в цепь которого включен этот
фотоэлемент. Номер включаемого реле зависит от угла поворота
зеркала, т.е. от величины контролируемой детали.
Несколько измененная схема такого же типа приведена на
рис. 3.20, в. Свет от лампы 5 через конденсор 4, диафрагму 3
и объектив 6 падает на поворотное зеркало 8 и, отразившись от
него, а затем от неподвижных зеркал 2 и 7, попадает на блок по
лупроводниковых фотосопротивлений 1. Зеркало 8 закреплено
на рычаге держателя 9, который опирается на длинное плечо
рычага 10. Рычаг вращается относительно оси 11 и через шарик
опирается на измерительный стержень 12. Когда выполняется
измерение, стержень 12 через рычаг 10 воздействует на зеркало
8, и в зависимости от величины определяемого размера луч све
та попадает на то или иное фотосопротивление, резко умень
шая при этом его омическое сопротивление. Ток, протекающий
через фотосопротивление, возрастает и достигает значения,
обеспечивающего срабатывание реле, включенного последова
тельно с сопротивлением. Порог чувствительности и погреш
ность датчика составляют 0,5 мкм. Всего в датчике 59 фотосо
противлений, что позволяет производить сортировку деталей на
59 групп через 1 мкм.
Оптическая схема фотоэлектрических датчиков имеет три
основные разновидности: работа на просвет, на обратное отра
жение и на рассеянное отражение. При работе на просвет при
емник и излучатель расположены напротив друг друга таким
образом, что световой поток из излучателя попадает непосредст
венно в приемник. Положение объекта определяется, когда он
перекрывает луч от излучателя в приемник. Настройка взаим
ного расположения датчиков заключается в том, чтобы максими
зировать количество света, попадающего из излучателя в при
емник. Это возможно, если расположить приемник и излучатель
точно друг против друга.
Фотоэлектрические датчики, реагирующие на обратное от
ражение, содержат излучатель и приемник в одном корпусе.
Световой луч распространяется от излучателя до обратного

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

139

отражателя, а затем попадает в приемник. Так же как и в фото
электрических датчиках, работающих на просвет, объект обна
руживается, когда он пересекает световой луч. Отраженный луч
обычно не сфокусированный и поэтому датчики, использующие
обратное отражение, применяют для обнаружения достаточно
больших объектов. Когда требуется малый эффективный раз
мер луча, то, так же как и в датчиках, работающих на просвет,
в качестве источников света используются лазерные диоды.
Большинство обратных отражателей сделано из множества
маленьких призм, каждая из которых имеет три взаимно пер
пендикулярные отражающие поверхности. Когда световой луч
падает на призму, три отражающие поверхности отражают луч
в обратном направлении параллельно падающему лучу.
Зеркальные поверхности также могут использоваться в каче
стве отражателей для датчиков. Однако луч от зеркальной по
верхности отражается под тем же углом, что и падающий луч,
но в направлении, противоположном относительно нормали
к поверхности зеркала. Для того чтобы луч попал обратно на
датчик, необходимо, чтобы зеркало было расположено строго
перпендикулярно лучу. С другой стороны, обратный отража
тель посылает луч обратно в датчик, даже если расположен под
углом примерно 20° от перпендикуляра. Это свойство делает на
стройку таких отражателей быстрой и легкой.
При анализе блестящих поверхностей лучшее решение обес
печивают датчики с поляризованным обратным отражением.
Эти датчики содержат расположенные перед источником света
и приемником поляризационные фильтры, фазы которых вза
имно перпендикулярны (рис. 3.21, а). Такой датчик не может
обнаруживать свет, отраженный большинством поверхностей,
поскольку поляризованный отраженный свет не может пройти
через поляризационный фильтр, помещенный перед приемни
ком. Блестящие поверхности деполяризуют отраженный свет
(рис. 3.21, б). Некоторая доля отраженного деполяризованного
света может пройти через поляризационный фильтр перед при
емником и обнаруживается датчиком. В итоге датчик может
«видеть» отражение от отражателя и не может «видеть» отра
жение от остальных объектов.
Фотоэлектрические датчики, реагирующие на рассеянное
отражение, обнаруживают расположенный перед датчиком
объект по отраженному от объекта излучению самого датчика.

140

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.21. Схемы использования датчиков с поляризованным светом:
1 — поляризационные фильтры; 2 — фотоэлектрический детектор;
3 — блестящая поверхность

Свет от излучателя падает на поверхность и отражается под са
мыми разными углами, так что некоторая доля отраженного от
поверхности объекта излучения попадет в приемник датчика.
Схема работы с рассеянным отражением не столь эффективна,
как с обратным, поскольку только малая часть света от излуча
теля попадает в приемник. К тому же подобные датчики подвер
жены ложным срабатываниям от блестящих поверхностей.
Важнейшими функциональными особенностями фотоэлек
трических датчиков являются бесконтактный принцип их рабо
ты и цифровой выход, что используется для создания бескон
тактных фотоэлектрических переключателей, решающих на
технологической линии многие задачи с предоставлением вы
ходной информации в цифровой форме: подсчет, обнаружение,
позиционирование объектов и т.д. Выходной управляющий сиг
нал датчика представляет собой логическое «да» или «нет».
Фотодатчики могут излучать свет в инфракрасном, красном
или зеленом диапазоне спектра. Задача датчика — обнаружить
объект на расстоянии, варьируемом в пределах рабочего диапа
зона в зависимости от выбранного типа датчика и типа оптиче
ской системы. Различают транзисторные, тиристорные или ре
лейные датчики.
Механотрон — электровакуумный прибор, в котором управ
ление электронным или ионным током производится непосред
ственно механическим перемещением его электродов. Механо
троны предназначены для преобразования механических величин
(перемещений, усилий, ускорений, вибраций и т.д.) в электриче
ские сигналы и используются в качестве датчиков в различных

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

141

измерительных устройствах. Механотрон преобразует линей
ное перемещение (изменение размера) непосредственно в изме
нение анодного тока и одновременно усиливает этот ток.
Управление электронным током основано на перемещении
анода в направлении электрического поля лампы. Это переме
щение сопровождается изменением напряженности электриче
ского поля внутри прибора прямо пропорционально величине
смещения подвижного электрода. Принципиальная схема элек
тронного датчика размера с продольным управлением электрон
ным током показана на рис. 3.22. Неподвижный накаленный
катод 4 и подвижный анод 3, укрепленный на рычаге 1, прохо
дящем через эластичную стенку 2 колбы датчика, сделаны пло
скими. При изменении расстояния между электродами анодный
ток изменяется.

Рис. 3.22. Схема механотрона

В качестве чувствительных элементов в пневматических
приборах низкого давления используются водяной манометр
и мембрана, в приборах высокого давления — мембрана, силь
фон, манометр.
Мембранный датчик (рис. 3.23, а) преобразовывает изменение
давления воздуха, поступающего по трубке 2 в камеру 1 и выхо
дящего через измерительное сопло 8 к контролируемому изде
лию 9, в перемещение мембраны 3.
Мембрана 3 зажата между верхней 4 и нижней 1 частями
корпуса датчика. На мембрану опирается стержень с шайбой 5,
отжимаемые вниз пружиной 6. Стержень несет на себе кон
тактную планку 7 и воздействует на шток электроконтактного
датчика.

142

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.23. Схемы пневматических приборов с датчиками непосредст
венного (а, б) и дифференциального (в, г) действия

Давление в измерительной камере меняется в зависимости от
изменения величины зазора d между наружным торцом сопла
и поверхностью контролируемой детали.
Изменение давления в измерительной камере 1 сильфонного
датчика (рис. 3.23, б) может преобразовываться в перемещение
торцовой части сильфона 2 и укрепленного на нем стержня 3
с контактной планкой 4.
В пневматических измерительных системах дифференци
ального типа чувствительный элемент реагирует на разность
давлений в двух ветвях системы. Применение в качестве чувст
вительного элемента мембраны при дифференциальном методе
измерения может быть проиллюстрировано схемой автомати
ческой измерительной головки, показанной на рис. 3.23, в.

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

143

Воздух поступает в головку по трубопроводу 1, разделяется
по двум направлениям и через входные сопла 2 поступает к из
мерительному соплу 6 и соплу противодавления 8. Измеритель
ный воздухопровод и канал противодавления соединены с ко
робкой 4, разделенной мембраной 3 на две камеры. Как только
мембрана вследствие разности в давлениях в измерительном
и сравнительном трубопроводах будет выведена из положения
покоя и прогнется на небольшую величину, один из контактов 5
замкнется, и приведет в действие соответствующее реле.
С помощью регулировочного винта 7 можно изменять пло
щадь свободного сечения сопла противодавления и устанавливать
такое давление в канале противодавления, которое отвечает же
лаемому зазору перед измерительным соплом.
В дифференциальной измерительной системе с сильфонами
(рис. 3.23, г) сжатый воздух поступает по трубке 1 и уходит на
лево к измерительному соплу 3 и в сильфон 6 измерительной
ветви прибора. С правой стороны сжатый воздух направляется
в сильфон противодавления 9; величина противодавления регу
лируется винтом 10. Сильфоны 6 и 9 заключены в рамку 5, кото
рая может перемещаться вправо или влево, поворачиваясь на
пружинных опорах 4. Величина перемещения определяется за
зором d между измерительным соплом 3 и контролируемым из
делием 2. При перемещении рамки 5 поворачивается рычаг 7,
который приводит во вращение стрелку 8. Положение стрелки 8
относительно циферблата определяет размер контролируемого
изделия.
В промышленности вместо сложных пневматических систем
применяются пневмоэлектрические датчики, которые в зави
симости от конструкции чувствительного элемента разделяют
ся на мембранные и сильфонные.
Схема пневмоэлектрического мембранного датчика показа
на на рис. 3.24, а. Чувствительным элементом датчика являет
ся эластичная резиновая мембрана 1, разделяющая корпус 2
датчика на две части, в каждой из которых имеются кониче
ские камеры. На мембране закреплен грибок 3 с контактом 4,
расположенным против неподвижного контакта на винте 5.
В обеих крышках датчика установлены входные сопла 7. При
измерении по схеме с противодавлением на корпусе датчика

144

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.24. Схемы пневмоэлектрических датчиков:
а — мембранного; б — сильфонного

устанавливается узел регулировки противодавления, представ
ляющий собой вентиль с коническим клапаном 6, облегчающим
точную регулировку давления при настройке датчика.
Датчик с помощью образцовой детали может быть настроен
на подачу сигналов «брак +» или «брак –». В первом случае кон
такт датчика будет замыкаться при измерении деталей с разме
рами, равными или большими, чем у образцовой детали. Во
втором случае контакт датчика размыкается, если размер дета
ли равен или меньше размера образцовой детали. Размыкание
и замыкание контакта датчика происходит практически при
нулевом перепаде давления на мембране.
На рис. 3.24,б представлена схема пневмоэлектрического
дифференциального сильфонного датчика. К корпусу распреде
лителя 1 прикреплены чувствительные элементы — сильфоны
2, свободные концы которых жестко связаны стяжками 3. По
следние с помощью планок 4 закреплены на пружинном парал
лелограмме. Ход сильфонов ограничен регулируемыми упорами
11. На планках посредством плоских пружин укреплены под
вижные контакты 18, против которых расположены настроеч
ные контакты 17. На нижней стяжке установлен хомутик 5,

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

145

соприкасающийся со сферическим наконечником рычажнозуб
чатого отсчетного механизма, состоящего из зубчатого сектора
6 и триба 9, на котором укреплены волосок 8 и стрелка 7. Вход
ные сопла 16 установлены в корпусе распределителя. В случае
контроля предельных размеров датчик работает с противодав
лением, для этого на корпусе распределителя устанавливается
узел противодавления 13, а канал 12 глушится. В случае диф
ференциальных измерений при контроле отклонений формы
и взаимного положения поверхностей узел противодавления пе
рекрывается, а к каналам 12 и 10 подводятся трубки от измери
тельных сопел.
На верхней стяжке в призме помещается «плавающий» кон
такт 15, против торцов которого расположены с одной стороны
неподвижный контакт, а с другой — настроечный контакт 14.
Плавающий контакт прижимается к призме пружиной. Он
предназначен для контроля правильности геометрической фор
мы и взаимного расположения поверхностей.
Измерительные устройства на базе лазерного излучения —
лазерные интерферометры — в настоящее время широко ис
пользуются в системах автоматического контроля. В основе из
мерений лежит явление интерференции световых волн.
Лазерные интерферометры имеют ряд достоинств. Высокая
чувствительность к положению объекта относительно пучка све
та обеспечивает высокое продольное пространственное разреше
ние (до единиц микрометров). Фокусировка лазерного пучка
в пятно малых размеров обеспечивает высокое поперечное про
странственное разрешение (единицы микрометров). Монохро
матическое излучение лазерного источника света позволяет
сравнивать измеряемые геометрические параметры объектов
непосредственно с длиной волны используемого лазера как ме
рой длины, что обеспечивает высокие метрологические свойства.
Кроме того, лазерные интерферометры характеризуются от
сутствием износа (метод измерения является бесконтактным),
быстродействием, выходом на цифровое отсчетное устройство
и на печать, возможностью автоматического ввода поправок на
изменение внешних условий измерения.
Без какихлибо особых изменений лазерный интерферометр
может быть использован для бесконтактного и неразрушающе
го контроля:
•макроформы и шероховатости поверхности различных объектов;

146

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

• вибраций объектов, имеющих сложную форму и негладкие
(шероховатые) поверхности;
• параметров слоистых, оптически прозрачных, в том числе
рассеивающих, объектов промышленного и биологического про
исхождения.
На рис. 3.25 показана схема устройства для непрерывного
контроля наружного диаметра детали. Из лазера 2 луч падает на
полупрозрачное зеркало 3. Отраженная составляющая луча по
падает на зеркало 1, отражается от него и, проходя вновь через
зеркало 3 и диафрагму 4, приходит к фотоумножителю 5. Луч
лазера, кроме того, проходит через зеркало 3, отражается от об
рабатываемой поверхности 6, возвращается к зеркалу и, отра
жаясь от него, проходит через диафрагму 4 на фотоумножитель
5. Таким образом, как и в обычном интерферометре, на фотоум
ножитель попадают два луча: один — отраженный от неподвиж
ного зеркала 1, а второй — от обрабатываемой поверхности,
которая играет роль передвижного зеркала. Точность измере
ний при использовании лазерных интерферометров достигает
± 0,01 мкм.

Рис. 3.25. Схема непрерывного контроля диаметра детали с использо
ванием лазерного интерферометра

Схема функционирования сканирующего лазерного интер
ферометра, используемого для прецизионных измерений раз
личных объектов, приведена на рис. 3.26.
Одним из новых направлений в автоматизации контроля явля
ется использование телевизионновычислительной техники.

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

147

Рис. 3.26. Схема сканирующего лазерного интерферометра:
1 — объект; 2, 4, 6 — микрообъективы; 3 — делительный кубик; 5 — опорное
зеркало; 7 — поворотная призма; 8 — лазер; 9 — генератор колебаний ска
нирующей платформы; 10 — аналогоцифровой преобразователь выход
ного сигнала с синхронизацией от генератора колебаний; 11 — компьютер;
12 — широкоапертурный фотоприемник; 13 — сканирующая платформа

Главным органом телевизионновычислительной системы явля
ется фотоэлектрический сканирующий элемент (телевизионная
трубка).
Блоксхема телевизионного устройства для автоматического
контроля детали в ходе обработки приведена на рис. 3.27. Изо
бражение контролируемой детали 1 проецируется с помощью
оптической системы 2 на фоточувствительный слой телевизионной
трубки 3. Отклоняющее устройство 4 управляет перемещением
развертывающего электронного луча по определенной програм
ме. Луч пересекает тень детали в заданных сечениях АВ, СD,
ЕF, GН. При входе луча в тень (точки А, С, Е, G) на выходе труб
ки вырабатывается импульс, поступающий через усилитель 5
в логический блок 8, открывающий канал для прохода импуль
сов генератора 7 в один из счетчиков 9. Количество счетчиков со
ответствует количеству контролируемых параметров детали 1.
Второй импульс на выходе трубки вырабатывается при выходе
сканирующего луча из тени (точки В, D, F, Н). Под действием
этого импульса логический блок 8 запирает канал прохода

148

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.27. Блоксхема телевизионновычислительного устройства
контроля размеров

импульсов в соответствующий счетчик. Таким образом, в счет
чиках 9 набирается количество импульсов, пропорциональное
размерам детали в соответствующих сечениях. Информация
о набранных числах импульсов передается в логический блок
11, который сравнивает их с заданными размерами детали. При
приближении размера к подналадочной границе блок 11 выдает
команду на подналадку станка, а при выходе размера за преде
лы поля допуска — на останов станка и удаление детали. Ре
зультаты контроля выдаются на сигнальное табло 10. Блок
развертки 6 осуществляет синхронизацию хода электронного
сканирующего луча трубки 3 и логического блока 8.

3.4.2. Устройства пассивного контроля
Автоматические контрольные устройства делятся на устрой
ства пассивного и активного контроля.
К устройствам пассивного контроля относятся в частности
контрольно сортировочные устройства, которые фиксируют
размер деталей и на этой основе сортируют готовую продукцию
на годную и бракованную, а также годные детали на ряд размер
ных групп (рис. 3.28). Контролируемая деталь 1 подводится под
измерительное устройство 2, которое посылает сигнал о размере

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

149

Рис. 3.28. Схема пассивного контрольносортировочного устройства

контролируемой детали в преобразователь измерительных им
пульсов 3, а иногда в контрольное устройство 4. Из преобразо
вателя 3 поступают команды на заслонки сортировочного уст
ройства 5, которые посылают проконтролированную деталь
в тару для годной (ГДН) или бракованной продукции.
Сортировка может осуществляться по следующим принципам:
1) сортировка на годные и бракованные, т.е. на дветри груп
пы. Конструкция контрольных автоматов в этом случае сравни
тельно проста;
2) сортировка по рабочему зазору для селекционной сборки.
Она основана на том, что оптимальный зазор между сопрягае
мыми деталями значительно меньше, чем допуск на их изготов
ление, поэтому детали приходится распределять на группы
таким образом, чтобы каждая пара обеспечивала оптимальный
рабочий зазор. Этой сортировке подвергаются все детали;
3) автоматический подбор деталей по рабочему зазору при
сборке точных соединений. В тех случаях, когда допустимый
зазор между сопрягаемыми деталями значительно меньше, чем
допуск на их изготовление, на специальных контрольных уст
ройствах производится подбор пар деталей с соответствующими
размерами.
На рис. 3.29,а показана схема устройства с веерообразным
сортирующим желобом, поворачивающимся вокруг горизонталь
ной оси 2. Поворот желоба 3 осуществляется с помощью серии
электромагнитов Э1, Э2, Э3, которые, срабатывая, поворачивают

150

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.29. Контрольносортировочные устройства

желоб на определенный угол и устанавливают его против одного
из направляющих лотков Л1, Л2, Л3 или Л4, отводящих деталь 1
к соответствующим приемникам. Якорь каждого электромаг
нита связан с валиком сортирующего желоба 3 посредством со
ответствующей кривошипной тяги 4, кривошип оттягивается
в исходное положение пружиной 5.
Применяются также сортировочные механизмы с желобом,
поворачивающимся вокруг вертикальной или наклонной оси,
как это схематически изображено на рис. 3.29, б. За исходное
положение поворотного желоба 3 для предыдущей схемы при
нимается среднее положение. При этом максимальный угол по
ворота желоба уменьшается по сравнению с ситуацией, когда за
исходное положение принимается одно из крайних положений.
Так как в исходном положении все электромагниты обесточены,
поворотный желоб удерживается двухсторонней пружиной 6.
Преимущество данной схемы сортировки по сравнению с пре
дыдущей заключается в возможности осуществления сортировки
на большее число групп. Если допустимый угол поворота жело
ба 3 для предыдущей схемы практически лежит в пределах 45°,
то здесь этот угол может доходить до 90° и выше.
На рис. 3.30 показано, как может быть осуществлена механи
ческая связь между сортирующим желобом 3 и электрическим
ползуном 2 следящей системы промежуточного преобразователя
импульсов. Оба этих элемента посажены на общий вертикаль
ный валик, приводимый в движение следящим сервомотором 1.
Таким образом, поворотный желоб 3 копирует все движения

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

151

Рис. 3.30. Сортирующий механизм с сервомотором

ползуна 2, включая и колебания, сопровождающие следящий
процесс. Каждому положению ползуна относительно контактов
соответствует надлежащее положение сортировочного желоба
против одного из направляющих лотков 4. При этом наличие не
больших колебаний в некоторых случаях бывает даже полезным,
поскольку они способствуют ускорению выхода контролируемой
детали из сортировочного желоба в направляющий лоток.

3.4.3. Устройства активного контроля
При методе активного контроля, когда размер изготавливае
мой детали контролируется непосредственно в процессе обра
ботки, обеспечивается наиболее высокая точность обработки,
так как исключается влияние на получаемый размер силовых и
тепловых деформаций технологической системы, износа режу
щего инструмента и уменьшается вредное влияние вибраций.
Схема осуществления активного контроля процесса обработ
ки приведена на рис. 3.31. На круглошлифовальном станке 4
автоматическое контрольное устройство 2 через преобразователь
3 подает исполнительным органам станка команды об изменении

152

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.31. Схема активного контрольносортировочного устройства

подачи шлифовального круга с черновой на чистовую и прекра
щении шлифования при достижении требуемого размера дета
ли 1. Одновременно световые сигналы контрольного устройства
могут показывать, что деталь намного превышает требуемый
размер, близка к нему или достигла окончательного размера.
Примерно по такой же схеме может осуществляться и кон
троль заготовок перед обработкой. После автоматической уста
новки и закрепления заготовки 1 к ней подводятся измерительное
устройство 2 и бабка шлифовального круга 4. Скоба измеряет
диаметр заготовки, действительный припуск и в зависимости от
величины последнего через систему управления подготовляет
включение одной из нескольких возможных черновых подач.
Если заготовка слишком велика или мала, циклпрерывается,
и заготовка удаляется.
Автоматические устройства для контроля изделий после об
работки (рис. 3.32, а) могут выполнять следующие функции:
• выключать станок 3 или производить его подналадку при
прохождении сигнала через устройство 1, подающее информа
цию в преобразователь измерительных импульсов 4, определенно
го числа деталей 2 с размерами, выходящими за установленные
пределы;
• отсортировывать брак в устройстве 5 и сортировать годные
детали на группы размеров;
• останавливать станок в случае поломки инструментов.

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

153

Рис. 3.32. Схемы контроля изделий после обработки

На рис. 3.32, б приведена схема одновременного использова
ния устройств для комбинированного контроля изделий в про
цессе обработки и после нее. Деталь 1 и во время обработки,
и после нее контролируется датчиками 2 и 3; первый во время об
работки подает сигналы преобразователю измерительных импуль
сов 8 с сигнальным устройством, который управляет станком 7.
После обработки сигналы датчика 3 поступают в преобразова
тель 4, управляющий сортирующим устройством 5, и одновре
менно в сигнальное устройство 6. В процессе обработки осущест
вляется контроль случайных отклонений, а после обработки —
изменений, происходящих в работе станка, и при необходимости
подается сигнал о его подналадке.
Средства активного контроля можно условно разделить на две
группы. Устройства первой группы непрерывно измеряют обра
батываемую заготовку, и по мере достижения требуемых разме
ров изменяют режимы резания, прекращая обработку.
Устройства второй группы измеряют уже обработанную заго
товку и по результатам измерения подают команду на изменение
положения (подналадку) режущего инструмента относительно
технологических баз в момент окончания обработки. Примене
ние средств этой группы обеспечивает меньшую точность обра
ботки по сравнению со средствами первой группы. Они устраняют
влияние на точность обработки только износа режущего инстру
мента и сравнительно медленных температурных деформаций
технологической системы.
В качестве примера использования средств активного кон
троля первой группы рассмотрим устройство для контроля раз
меров в процессе обработки на круглошлифовальном станке
(рис. 3.33).

154

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.33. Схема устройства активного контроля круглошлифоваль
ного станка

На измерительной позиции A изменяющийся размер заготов
ки 8 контролируется измерительной головкой 9 с преобразова
телем 1, расположенной на подвеске 10. Сигнал, снимаемый
с преобразователя 1, усиливается в усилителе 2, поступает на
показывающий прибор 3 и в триггернорелейный блок B. После
замыкания контактов сигнал через релейный усилитель блока
C поступает на исполнительный электромагнит 6, перемещаю
щий золотники гидрораспределителя 7. При смещении золотни
ков включается гидропривод обратного хода исполнительного
механизма D, и шлифовальная бабка 4 начинает отходить от де
тали. Для обеспечения рабочей подачи бабки 4 служит гидро
привод прямого хода 5.
Средства активного контроля второй группы рассмотрим на
примере устройства для автоматической поднастройки бесцен
тровошлифовального станка (рис. 3.34). Для достижения тре
буемой точности диаметральных размеров валиков в момент,

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

155

Рис. 3.34. Схема устройства активного контроля бесцентровошлифо
вального станка

когда обработанные детали попадают на призму 1, наконечник
измерительного штифта 2 приходит в соприкосновение с из
меряемой поверхностью валика и, перемещаясь, поворачива
ет рычаг 3. Если диаметр обработанного валика увеличивается
и достигает контрольной границы, рычаг 3 замыкает контакт 5,
включая тем самым реле времени, находящееся в шкафу 6.
Реле, срабатывая, включает соленоид 7, который приводит в дей
ствие механизм, подающий ведущий шлифовальный круг в на
правлении рабочего круга, что вызывает уменьшение диаметров
обрабатываемых валиков. Механизм приводится в действие от
электродвигателя 8. В результате выполненной автоматической
поднастройки диаметр валиков начинает постепенно умень
шаться, а измерительный штифт 2 начинает постепенно опус
каться. При этом поворачивается рычаг 3, который сначала вы
ключает контакт 5, а затем включает контакт 4, выключая

156

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

механизм подачи, сообщающий перемещение ведущему кругу.
Контрольные границы размеров валиков устанавливаются с по
мощью контактов 5 и 4, регулируемых винтами.
Недостаток методов подналадки по одной детали — слабая
помехозащищенность системы от воздействия грубых ошибок.
При подналадке по повторным импульсам измерительное устрой
ство автоподналадчика усложняется, но при этом увеличивает
ся помехоустойчивость подналадочной системы и уменьшается
рассеивание размеров обработанных заготовок. Наибольшей по
мехоустойчивостью отличаются методы подналадки по стати
стическим оценкам, когда определяется положение центра груп
пирования рассеивания размеров и команда подается при выходе
центра группирования за настроечную границу. Такие системы
требуют подключения к компьютеру для определения с его по
мощью среднестатистического размера в выборке.
Устройства для контроля размеров деталей бывают одно,
двух и трехточечные. Наиболее проста одноточечная схема из
мерения (рис. 3.35, а), однако при ее использовании на результат
измерения будет влиять взаимное перемещение в направлении
линии измерения детали и самого устройства. Измерительное
устройство, построенное по двухточечной измерительной схе
ме (рис. 3.35, б), требует большого свободного пространства,
хотя погрешность измерения при этом методе меньше. При двух
точечной схеме измерения взаимное положение измерительного
устройства и детали в направлении линии измерения определя
ется только размером детали и не зависит от ее технологической
базы, что уменьшает погрешность контроля, но не обеспечивает
полного разделения элементов технологической и измеритель
ной размерных цепей. Полное разделение этих цепей достигается
в трехточечной схеме измерительного устройства (рис. 3.35, в).
В этом случае взаимное положение измерительного устройства
и детали как в направлении линии измерения, так и в перпенди
кулярном (т.е. полностью в плоскости измерения) задается
только элементами измерительного устройства. Измерительная
скоба 4 с помощью шарнира крепится к корпусу 3 устройства.
Последний вводится внутрь отверстия и базируется по его поверх
ности опорными наконечниками 5. Корпус через рычаг подвески
2 крепится к станку. С корпусом соединен преобразователь 1,
измеряющий перемещение рычага относительно корпуса, про
порциональное контролируемому изменению диаметра отверстия.

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

157

Рис. 3.35. Схемы одно (а), двух (б) и трехточечных (в) устройств
для контроля размеров отверстий

На рис. 3.36 представлена схема измерительного устройства
внутришлифовального станка, ограничивающего перемещение
его исполнительных механизмов с компенсацией износа режу
щего инструмента.
Направляющая 4 этого устройства смонтирована на попереч
ных салазках, несущих бабку шлифовального круга. Шток 5,
проходящий в этой направляющей, может перемещаться во вре
мя работы лишь вместе с салазками в направлении, перпенди
кулярном к оси шпинделя шлифовального круга. Шток связан
со стрелкой 7 показывающего устройства, настроенного так, что
стрелка устанавливается на нуль по достижении требуемого
размера детали. В начале шлифования круг устанавливается

Рис. 3.36. Схема устройства активного контроля внутришлифоваль
ного станка с компенсацией износа шлифовального круга

158

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

в положение, соответствующее назначенному припуску на обра
ботку. При этом стрелка находится в положении, которое изобра
жено штрихпунктирной линией. Во время работы круг вместе
с салазками перемещается по направлению подачи, что вызыва
ет перемещение стрелки 7 по часовой стрелке.
Во время чернового шлифования круг изнашивается, поэтому
в момент достижения стрелкой нулевого деления шкалы 6 раз
мер детали не будет соответствовать заданному. При достиже
нии стрелкой нулевого деления круг отводится для правки
алмазным карандашом 1. Во время правки шток, коснувшись
упора 2, сдвигается назад на расстояние, равное толщине слоя
а, снимаемого с круга при правке. При этом стрелка перемеща
ется на некоторый угол a.
После правки начинается чистовое шлифование, продолжаю
щееся до тех пор, пока стрелка снова не достигнет нулевого де
ления, соответствующего теперь уже заданному размеру детали
(так как износ круга во время чистового шлифования невелик).
Помимо показывающего устройства в данном устройстве
имеется электроконтактное приспособление, действующее па
раллельно с ним (на чертеже не показано), которое автоматизи
рует цикл работы.
При большом припуске, мягком шлифовальном круге или при
шлифовке шлицевых отверстий износ круга после чернового
шлифования настолько велик, что при выходе для правки он не
достигает алмазного карандаша 1. Для компенсации износа
круга в этом случае устанавливается второй упор 3, который не
много длиннее, чем упор 2. Действие его аналогично описанно
му выше.

3.4.4. Самонастраивающиеся контрольные системы
Самонастраивающиеся контрольные системы — это такие
системы автоматического контроля и управления, которые спо
собны самостоятельно изменять свои параметры настройки,
обеспечивая заданное качество и управление точностью при
произвольно изменяющихся внешних и внутренних условиях.
Самонастраивающиеся контрольные системы могут иметь
замкнутую цепь настройки, создаваемую дополнительно к обычной
замкнутой цепи регулирования, или разомкнутую цепь настройки.

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

159

При этом различают два основных метода осуществления кор
рекции. При первом (регулирование по отклонению) контроли
руют изменение основного показателя качества и производят
корректировку органов настройки. При втором (регулирова
ние по возмущению) контролируют основные возмущающие
воздействия (например, вибрации) и осуществляют их ком
пенсацию.
В самонастраивающихся системах имеется не менее двух це
пей воздействия: цепь основного метрологического воздействия,
позволяющая осуществлять автоматическую сортировку изде
лий или прекратить процесс обработки, и цепь вспомогатель
ного воздействия, образующая контур самонастройки (коррек
тировки).
Цепь самонастройки состоит из двух самостоятельных бло
ков: анализатора и настраивающего исполнительного устройства.
Анализатор автоматически определяет значение и знак откло
нения системы от требуемого параметра качества и выдает необ
ходимый сигнал. Настраивающее устройство воспринимает
этот сигнал и автоматически изменяет параметры регулятора
в нужном направлении до момента ликвидации отклонения из
меряемого параметра от номинального значения.
Системы, основанные на методе первичной коррекции на
стройки по отклонению, получили преимущественное рас
пространение в автоматических устройствах пассивного кон
троля. В качестве примера рассмотрим систему автоматического
контроля с самонастраивающимся корректирующим блоком
(рис. 3.37). Автоматическая проверка и самонастройка настро
ечных параметров датчика осуществляется с помощью одного
установочного шаблона овальной формы. По малой оси овала
а–а ведется настройка контакта 1 (нижней границы поля допус
ка); по большой оси овала б–б — настройка контакта 2 (верхней
границы поля допуска). Установочный шаблон вводится в изме
рительную скобу С автоматически — рычагом по команде блока
управления. Вращение установочного шаблона осуществляется
гибким валом. В данной схеме на каждой границе поля допуска
предусмотрены спаренные контакты 1–1¢ и 2–2¢, расстояние ме
жду которыми соответствует допустимой погрешности настрой
ки по каждой из полуосей овала а–а и б–б. Если в момент на
стройки преобразователя она не нарушилась, то контакты 1 и 2

160

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.37. Схема автоматического контроля с самонастраивающимся
корректирующим блоком

замкнуты, а 1¢ и 2¢ — разомкнуты. В этом случае вычислитель
ное устройство ВУ дает команду на продолжение работы испол
нительного механизма Д в рабочем цикле.
Если же окажется, что замкнуты оба спаренных контакта по
каждой полуоси установочного шаблона, то релейная следящая
система с сервомотором отрабатывает положение рамки парал
лелограмма П и винта В с контактами 1, 2 до замыкания кон
тактов 1¢, 2¢. Если положение контактов отработано правильно,
то при непрерывном вращении овального установочного шабло
на поочередно срабатывают контакты 1 и 2 по своим полуосям
(контакты 1¢ и 2¢ соответственно разомкнуты). Овальный уста
новочный шаблон должен быть выполнен с высокой точностью.
Рамка П может подвергаться температурной деформации, что
приводит к появлению дополнительной погрешности.
Наиболее сложны, но и более совершенны комбинированные
системы с автоматической настройкой по отклонению от задан
ного размера и с коррекцией по возмущающему воздействию.
Эти системы не только позволяют поддерживать заданную

3.4. Точность обработки, сортировка деталей и подналадка станков

161

точность при отклонении фактического параметра от заданно
го, но и успевают ввести поправку, которая будет реализована
уже при обработке данной заготовки.
Рассматриваемые системы обладают наибольшими произ
водственными возможностями, поскольку в значительной мере
исключают недостатки, свойственные в отдельности как методу
настройки по отклонению, так и методу настройки по возму
щающему воздействию. На рис. 3.38 приведена схема устройст
ва активного контроля с автоматической настройкой по трем
видам информации. Сигнал от индуктивного преобразователя
и цепочки смещения нуля алгебраически суммируется в сумма
торе, усиливается и поступает в фазовый детектор, питаемый
опорным напряжением от задающего генератора. В фазовом де
текторе переменное напряжение преобразуется в постоянное
знакопеременное напряжение, которое поступает через фильтр
низкой частоты ФНЧ в формирователь команд.
Блок автоматической настройки по априорной информации
содержит три триггернорелейных преобразователя. Нормально
разомкнутые контакты преобразователей Р1, Р2, Р3 могут под
соединять к интегрирующей цепочке одну из дополнительных
емкостей С1, С2 или С3, тем самым смещая уровень настройки
окончательной команды.
Измерительная головка устройства контролирует диаметр
заготовки сразу после ее установки на позицию обработки. Весь
припуск на шлифование делится на три группы. В зависимости
от того, к какой группе относится данная заготовка, срабатывает
соответствующее реле Р1, Р2, Р3, в результате чего обеспечива
ется необходимая коррекция уровня срабатывания окончатель
ной команды. В данной схеме блок поднастройки по априорной
информации компенсирует погрешность, которая вызывается
различными температурными деформациями заготовок при по
следующей обработке.
Блок текущей информации предназначен для ограничения
отклонений от круглости обрабатываемой заготовки и содержит
устройство согласования, фильтр высокой частоты (ФВЧ), уси
литель переменного напряжения, детектор, усилитель постоянно
го напряжения (УПТ) и формирователь команд. Последний блок
настраивается таким образом, чтобы в случае превышения опре
деленного значения погрешности формы в поперечном сечении
обрабатываемой заготовки обеспечить на этапе чистового

162

3. Автоматизация диагностики процесса обработки и контроля

Рис. 3.38. Схема активного контроля с автоматической настройкой
по трем видам информации

шлифования уменьшение автоматической подачи бабки шли
фовального круга. Рассматриваемый блок начинает функцио
нировать после срабатывания реле предварительной команды Рпк
(в момент замыкания контактов). Если при переходе с чернового
шлифования на чистовое отклонение от круглости в контроли
руемом сечении превышает заданное значение, формирователь
команд подает команду на увеличение длительности этапа
чистового шлифования, что приводит к уменьшению погрешно
сти формы в поперечном сечении обрабатываемой заготовки.

4
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
СБОРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ

4.1. Сущность и этапы автоматизации
сборочных процессов
Трудоемкость сборочных работ в машиностроении составляет
значительную часть от общей трудоемкости изготовления ма
шин. Так, в массовом производстве грузовых автомобилей тру
доемкость сборочных работ занимает в общей трудоемкости
20 %, в единичном и серийном производстве — 40...60 %. При
этом из всего объема сборочных работ на машиностроительных
заводах механизировано только 15...20 %, а остальные выпол
няются вручную.
Автоматизация сборочных процессов в машиностроительной
промышленности отстает от механизации и автоматизации про
цессов механической обработки деталей. Это объясняется недос
таточной технологичностью собираемых изделий, отсутствием
типовых устройств для автоматизации сборки, нестабильно
стью размеров собираемых деталей изделия. Автоматизирован
ная сборка составляет примерно 6...7 % от всех видов сборки,
поэтому необходимо сокращать трудоемкость сборочных работ
путем их механизации и автоматизации.

164

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Применение малой автоматизации сборочных процессов,
при которой производится автоматизация отдельных сбороч
ных операций, дает небольшой эффект. При этом облегчаются
условия труда рабочих, улучшается качество собираемых изде
лий, но число рабочихсборщиков не уменьшается. Высшей сту
пенью автоматизации сборочных работ является комплексная
автоматизация всех основных и вспомогательных сборочных
работ. При этом производится автоматизация всех операций
сборки узла или изделия с применением сборочных автоматов
или автоматических линий, выполняющих сборку без участия
человека. Функции рабочихналадчиков сводятся к наблюдению
за правильной работой автоматических сборочных устройств,
их подналадкой, загрузкой бункеров деталями. Механизация
и автоматизация сборочных процессов широко применяются
в массовом производстве, меньше — в серийном и незначитель
но — в единичном производстве.
В массовом производстве технологические процессы сборки
основаны на принципе подвижнопоточной организации сборки
машин, предусматривающей:
• разделение всего технологического процесса сборки на ряд
последовательно расположенных во времени и пространстве сбо
рочных операций, выполняемых операторамисборщиками, ко
торые на рабочем месте выполняют определенный комплекс сбо
рочных работ;
• применение специальных транспортных устройств для пе
ремещения собираемых узлов между сборочными устройствами
и обеспечения заданного темпа сборки;
• применение специальных транспортных устройств для по
дачи деталей и узлов к главному сборочному конвейеру;
• использование специальных и унифицированных инстру
ментов и приспособлений для механизации и автоматизации тех
нологического процесса сборки;
• механическую обработку деталей и сборку узлов машин
в механосборочных цехах (например, цех двигателей производит
механическую обработку деталей и сборку двигателя, цех задних
мостов — механическую обработку деталей и сборку задних мос
тов автомобиля и т.д.).
При такой организации производства поточная сборка всей
машины на главном сборочном конвейере выполняется из гото
вых собранных узлов и агрегатов, соединяемых между собой
крепежными деталями.

4.1. Сущность и этапы автоматизации сборочных процессов

165

Использование в массовом производстве подузловой, узловой
и общей сборки позволяет применять на всех этапах поточную
сборку в основном на подвижных транспортных устройствах —
конвейерах (рис. 4.1). Характер движения конвейера может
быть пульсирующим и непрерывным. Пульсирующие конвейе
ры перемещают собираемый узел или машину между рабочими
сборочными местами через определенные промежутки времени,
равные темпу сборки. Конвейеры для непрерывного перемеще
ния узлов или машин между рабочими сборочными местами
движутся непрерывно. Они имеют широкое применение в мас
совом производстве.
Механизация и автоматизация отдельных сборочных опе
раций производятся путем оснащения рабочих мест механизиро
ванными сборочными инструментами, электрическими и пнев
матическими подъемниками, а также специальными механизмами
и устройствами для запрессовки, клепки, пайки, сварки, окраски

Рис. 4.1. Схема работы центрального сборочного конвейера
с участком комплектации:
1 — главный конвейер; 2 — автоматическая разгрузочная линия; 3 —
электронное дозирующее устройство; 4 — разгрузочный механизм; 5 — ав
томатический подвесной грузонесущий конвейер; 6 — автоматическая ли
ния загрузки; 7 — загрузочный механизм

166

4. Основы автоматизации сборочных процессов

и контроля собранного узла. Вдоль главной линии сборки раз
мещаются дополнительные рабочие места, на которых произво
дится сборка отдельных сборочных единиц изделия.
Рабочее место в зависимости от взаимного пространствен
ного расположения устройств, входящих в его состав, может
быть одно и многопозиционным, одно и многорядным, со сме
ной места выполнения перехода и без смены. Наиболее часто
встречающиеся типы взаимного расположения сборочных уст
ройств приведены на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Типовые пространственные структуры сборочных
рабочих мест:
а — однопозиционная карусельная; б — многопозиционная кару
сельная; в — замкнутая вертикальная; г, д — замкнутая горизон
тальная; е...з — прямолинейная; и — смешанная; к — роторная

4.2. Виды автоматизированного сборочного оборудования

167

Однопозиционные рабочие места (рис. 4.2, a) используются
при сборке изделий, состоящих из 2...4 деталей, требующих
значительных усилий для их соединения, либо при ручной уста
новке деталей на позиции сборки. Такие комплексы легко можно
включить в состав автоматической линии сборки. Многопози
ционные рабочие места (рис. 4.2, б, в) оснащены карусельными
транспортными устройствами, например поворотным горизон
тальным или вертикальным столом. Карусельные устройства
могут быть многопозиционными с перемещением собираемого
изделия по замкнутой траектории (рис. 4.2, в...д). Многопози
ционными являются также автоматические сборочные линии.
Такие линии могут быть одно и многорядными с прямолиней
ной (рис. 4.2, е...з) или смешанной (рис. 4.2, и) траекторией дви
жения, а также роторными (рис. 4.2, к). Такая линия является
комплексом из двух или более роторных рабочих мест, установ
ленных на общем основании, соединенных транспортной систе
мой и имеющих общий привод и систему управления.

4.2. Виды автоматизированного
сборочного оборудования
Сборочное оборудование и технологическая оснастка могут
иметь различную степень автоматизации. Сборочное оборудова
ние, на котором можно автоматически выполнять все приемы
процесса сборки, например выдачу деталей, их перемещение,
ориентирование, соединение и в отдельных случаях их закреп
ление, называют сборочным автоматом.
Процесс автоматизированной сборки может производиться на
одной или нескольких рабочих позициях сборочного автомата
или на автоматической сборочной линии, состоящей из отдельных
агрегатов. Сборочное оборудование, на котором только часть
приемов сборочного процесса выполняется автоматически, а ос
тальные — вручную, называют сборочным полуавтоматом.
В настоящее время для автоматизации технологических про
цессов сборки применяются следующие типы сборочного обору
дования.

168

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Однопозиционные сборочные полуавтоматы используют
для сборки несложных узлов, состоящих из небольшого количе
ства деталей. Базовую деталь и часть деталей, трудно поддающих
ся автоматической ориентации, устанавливают на сборочную
позицию вручную. Остальные детали подаются из бункеров
и устанавливаются на узел автоматически в заданной последо
вательности. Собранный узел снимается автоматическим вы
талкивающим устройством или вручную.
В однопозиционных сборочных автоматах подача собирае
мых деталей из бункеров на позицию сборки узла производится
автоматически. Собранный узел со сборочной позиции автомата
удаляется также автоматически. Однопозиционные сборочные
автоматы могут встраиваться в автоматические сборочные линии.
Многопозиционные сборочные полуавтоматы применяют
для сборки более сложных узлов с относительно большим коли
чеством переходов и приемов сборки. Полуавтоматы такого
типа имеют поворотный стол, на позициях которого установле
ны сборочные приспособления для закрепления деталей соби
раемого узла. Стол через определенный промежуток времени
поворачивается делительным устройством на заданный угол
в зависимости от числа позиций. Базовую деталь, а также дета
ли, которые трудно подать из бункера на сборочную позицию
автоматически, устанавливают в приспособление вручную.
Сборочные линии применяются для сборки сложных узлов
или изделий. Их можно условно разделить на механизирован
ные, частично автоматизированные и автоматические.
На механизированных линиях большинство операций вы
полняется с помощью механизированных и ручных инструмен
тов и приспособлений, собираемое изделие перемещается между
рабочими местами на конвейере, загрузка и разгрузка выполня
ются вручную.
На частично автоматизированных линиях большинство
операций выполняется с помощью полуавтоматических и авто
матических сборочных приспособлений, а остальные — с помо
щью механизированных и ручных, изделия перемещаются на
рабочие места с помощью конвейера с автоматическим управлени
ем потоками деталей и механизированной разгрузкой изделий.
Автоматические линии состоят из комплекса основных,
вспомогательных и транспортирующих устройств, выполняю
щих монтаж изделия в строго определенной технологической

4.2. Виды автоматизированного сборочного оборудования

169

последовательности и определенным тактом выпуска без уча
стия работников. Такие линии могут быть синхронными (транс
портная система перемещает между рабочими местами все изде
лия одновременно с определенным тактом) и несинхронными
(палеты с собираемыми изделиями не имеют жесткой связи
с транспортером и могут занимать произвольные места между
позициями сборки).
Количество рабочих позиций на автоматической линии может
быть значительно меньше количества операций сборки, посколь
ку на каждой позиции может реализовываться по несколько
сборочных операций. В отдельных случаях для выполнения
особо трудных и ответственных операций привлекается оператор.
Пример автоматической линии для сборки головки блока ци
линдров приведен на рис. 4.3. На линии производится монтаж 8
направляющих втулок клапанов, 8 гнезд и 4 винтовых заглу
шек. Обслуживание осуществляется одним оператором. Изде
лия перемещаются шаговым транспортером с гидравлическим
приводом.
Транспортер имеет штанги, на которых закрепляются плиты
с установочными штифтами. При подъеме штанг штифты вхо
дят в отверстия головки блока цилиндров и поднимают их,

Рис. 4.3. Автоматическая линия сборки головки блока цилиндров
(I...XVI — позиции сборки)

170

4. Основы автоматизации сборочных процессов

а штанги перемещаются на один шаг с помощью гидроцилинд
ров. При опускании штанг головка садится на штифты и плиту
очередного рабочего места и закрепляется прихватами через эла
стичные прокладки, предохраняющими деталь от деформаций.
Транспортер 1 перемещает головку с загрузочной позиции I
на позиции II и III, где на прессах 2 и 3 происходит запрессовка
8 направляющих втулок клапанов (по 4 на каждой позиции)
вместе с опорными кольцами, предварительно установленными
на специальном автомате, кинематически связанном с позиция
ми II и III. Автомат имеет шестипозиционный поворотный
стол, на каждой позиции имеются два приспособления, обеспе
чивающих синхронную сборку двух типов втулок (для входных
и выходных клапанов). В процессе запрессовки втулок контро
лируется сила прессования (если она меньше допустимой, появ
ляется сигнал прерывания цикла сборки). На позиции IV детали
поворачиваются на 90° специальным кантователем 4 и переда
ются на цепной транспортер газовой печи 5, где головка нагре
вается до +170 °C. Из печи с помощью устанавливающего меха
низма 6 головки передаются на позицию VII для неподвижного
закрепления. Одновременно на эту позицию из магазина транс
портер подает гнезда клапанов, установленные в медной ванне
для охлаждения жидким азотом. После охлаждения гнезда по
даются на автоматический пресс 7 для запрессовки. После этого
головка переходит на позицию охлаждения до нормальной тем
пературы, по выходе с которой обдувается сжатым воздухом на
устройстве 8. После этого через механизм 9 головка попадает на
ударное устройство 10, на котором гнезда обстукиваются для
исключения температурных деформаций в головке. На позици
ях XII и XIII происходит завальцовывание гнезд клапанов с по
мощью двух роликовых головок автоматов 11 и 12. На позиции
XIV происходит смазывание отверстий под винты с помощью
масленки 13, а на позициях XV и XVI автоматы 14 и 15 вворачи
вают заглушки, после чего головка блока передается на следую
щую автоматическую линию.
Роторные сборочные автоматы и линии применяются для
сборки небольших изделий или узлов. Технологический про
цесс сборки происходит непрерывно, без периодических остано
вок одного или нескольких связанных в одну систему многопози
ционных столов (роторов), на которых размещаются сборочные

4.2. Виды автоматизированного сборочного оборудования

171

приспособления с установленными в них собираемыми изде
лиями. При сборке узлов из нескольких деталей сборочные ро
торные автоматы имеют дватри питающих ротора, располо
женных последовательно против соответствующих позиций.
Роторные автоматы могут иметь автоматические измеритель
ные устройства для контроля правильного положения собирае
мых деталей и т.д.
Роторные сборочные автоматы предназначены для объеди
нения нескольких элементов в единое целое, т.е. для сопряжения
(навивка, ввинчивание, обмотка, вставка, заливка и т.д.) или
крепления (сварка, связывание, сшивание, завальцовка, обжим,
пайка, клепка, гибка и др.) элементов деталей. При этом обеспе
чиваются требуемая точность и надежность соединения, опреде
ленное взаимное расположение деталей. Такие машины имеют
несколько входов и один выход.
По основному технологическому назначению различают сбо
рочные роторы для выполнения операций, требующих:
• вращательного и поступательного осевого движения (на
вивка, ввинчивание и т.п.);
• вращательного и поступательного радиального движения
(обмотка, завальцовка и т.п.);
• одного поступательного движения (запрессовка, клепка,
гибка, вставка и т.п.).
По числу позиций в одном инструментальном блоке сбороч
ные роторы могут иметь одну или две и более сборочные (ком
плектующие) позиции.
Схема роторного сборочного автомата представлена на рис. 4.4.
Одним из его основных элементов является непрерывно вра
щающаяся центральная колонна, на которой находятся не
сколько рабочих узлов, выполняющих сборочные переходы. На
головке 2 транспортного подающего ротора в два уровня распо
ложены схваты 1, к которым от двух питающих систем подаются
собираемые детали (показано стрелками). Детали после захвата
перемещаются к рабочему узлу 8, взаимодействующему с инст
рументами. Ролики ползунов 4, перемещаясь по копирам 6 и 9,
расположенным в верхнем и нижнем барабанах ротора 5, с по
мощью тяг 3 подают деталь к рабочему узлу, на котором выпол
няется сборочный переход. После завершения процесса сборки
собранное изделие принимает схват второго транспортного ротора 7
и передает далее (на следующую позицию, на транспортер и т.д.).

172

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.4. Схема привода рабочих головок роторного сборочного
автомата

Еще одной разновидностью роторных сборочных автоматов
являются автоматы, имеющие операционный магазин, установ
ленный на рабочем роторе. Сборка осуществляется поэтапно,
между этапами детали под действием силы тяжести перемеща
ются с верхнего уровня вниз, к соответствующим сборочным
приспособлениям. Схема многоуровневой сборки толкателя то
пливного насоса приведена на рис. 4.5. Перед сборкой детали
устанавливаются на базовых поверхностях, преимущественно
в вертикальном положении. Сборка может осуществляться по
следовательно или параллельно, что значительно увеличивает
производительность.
Автоматическая роторная линия — система роторных авто
матов, расположенных в технологической последовательности
и объединенных автоматическими механизмами и устройства
ми для транспортирования деталей, разделения и соединения
их потоков, накопления заделов, изменения ориентации дета
лей, удаления отходов, а также системой управления.
Отличительная особенность автоматической роторной ли
нии — совмещение транспортных и технологических функций.
При этом регламентированный поток обрабатываемых деталей

4.2. Виды автоматизированного сборочного оборудования

173

Рис. 4.5. Схема многоуровневой сборки толкателя топливного насоса:
1 — первый уровень; 2 — второй уровень; 3 — третий уровень

с постоянной скоростью проходит все технологические операции
от заготовительных до сборочных и комплектующих. Обычно
автоматические роторные линии разделяют на участки по 3...10
технологических операций (роторов), между которыми устанав
ливают бункеры с запасом деталей. На каждом участке автома
тической роторной линии существует жесткая межагрегатная
связь, при которой технологические роторы и агрегаты с помо
щью транспортных средств (толкателей, кантователей, транс
портных роторов и цепей) соединяются вместе и работают в еди
ном ритме.
Гибкая сборочная система — комплект автоматизирован
ных сборочных и других машин и приспособлений (например,
для мойки, контроля, селекции, транспортировки, складирова
ния и т.п.), соединенных между собой автоматизированными
транспортными устройствами.

174

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Для обеспечения функционирования гибкой сборочной сис
темы необходимо наличие следующих подсистем:
• автоматической транспортноскладской системы, содержа
щей взаимосвязанные устройства для укладки, хранения, времен
ного складирования, выгрузки и перемещения деталей и сборочных
единиц с помощью соответствующих инструментов и приспособ
лений до места хранения или выполнения технологических пере
ходов;

Рис. 4.6. Гибкая сборочная система для сборки генераторов:
1 — робот; 2 — передние крышки; 3 — упругий схват; 4 — инструмент; 5 —
направляющая с винтами; 6 — стойка с инструментами; 7 — отвертка; 8 —
сменные инструменты; 9 — фиксаторы; 10 — вращающиеся инструменты;
11 — блок управления; 12 — шкивы; 13 — шайбы под подшипники; 14 —
шайбы стопорные; 15 — гайки; 16 — шайбы под роторы; 17 — роторы;
18 — позиция выхода готовых изделий; 19 — задние крышки; 20 — венти
ляторы; 21, 22 — зажимные сборочные приспособления

4.2. Виды автоматизированного сборочного оборудования

175

• автоматической инструментальной системы, содержащей
взаимосвязанные устройства для подготовки инструментов, их
хранения, автоматической замены и контроля состояния, а так
же для удаления изношенных или поврежденных инструментов;
• автоматической системы контроля, содержащей устройст
ва для контроля физических и геометрических характеристик
деталей и сборочных единиц, состояния сборочного оборудова
ния и производительности сборки;
• автоматизированной системы управления, охватывающей
системы управления отдельных сборочных машин и приспособ
лений, а также подсистемы, обеспечивающие качество и надеж
ность сборки.
Структура гибкой системы для сборки генераторов перемен
ного тока с использованием сборочного робота приведена на
рис. 4.6. Система имеет две позиции — для промежуточной
и окончательной сборки. В ходе цикла сборки 6 сменных инст
рументов используются 8 раз.
Основными элементами гибких сборочных систем являются
гибкие сборочные модули — технологические машины с ЧПУ,
обеспечивающие сборку некоторого ассортимента изделий. При
меры таких модулей для сборки изделий массой до 1 кг показа
ны на рис. 4.7.
В модуле (рис. 4.7, а) основным элементом является робот 1,
управляемый системой управления 2. Робот обслуживает двухуров
невый двухрядный транспортер 3 с палетами 4 для деталей и ем
кости 5 с деталями, установленные на поворотных устройствах.

Рис. 4.7. Гибкие сборочные модули с использованием робота (а) и
сборочной машины (б)

176

4. Основы автоматизации сборочных процессов

В модуле (рис. 4.7, б) использована программируемая сбо
рочная машина с системой управления 6. Машина состоит из
инструментальной головки 7 с электроприводом, робота 8 и двух
координатного стола 9, перемещаемого непрерывно или дис
кретно. Робот обслуживает рабочую зону и транспортер 3.
Пример более сложной гибкой сборочной системы представ
лен на рис. 4.8. Комплектующие детали подаются в зону сборки
с помощью транспортера 2 в кассетах 4. Из кассет 4 они пере
мещаются в кассеты 3 роботом 20, который укладывает их со
ответствующим образом. Для обеспечения возможности мани
пуляции различными деталями робот имеет магазин 19 со
сменными схватами. Кассеты с комплектом деталей подаются
транспортерами 1, 6 и 12 в зону сборки. На первой сборочной по
зиции детали из кассет 15 и 18, находящихся в исходном положе
нии, схватываются и ориентируются относительно сборочного
приспособления 5 с помощью устройства 17. Установку и за
прессовку деталей выполняет устройство 16, которое имеет воз
можность перемещения по координатам x, y и z. Устройства 16
и 17 снабжены магазинами 14 для автоматической смены схва
тов и сборочных инструментов. После выполнения операции на
первой позиции собираемый узел вместе с приспособлением 8

Рис. 4.8. Двухпозиционный сборочный центр для параллельной
сборки двух изделий

4.2. Виды автоматизированного сборочного оборудования

177

перемещается транспортером 7 на вторую позицию, где нахо
дится головка для ввинчивания 9 и отвертка 13, перемещаю
щиеся вдоль координат x, y и z. Головка имеет магазины 10 и 11
для автоматической смены инструментов. После выполнения
технологических переходов на этой позиции изделие отводится
из гибкой сборочной системы транспортером 7. Такая система
может использоваться для сборки различных изделий в услови
ях мало и среднесерийного производства.
Гибкие сборочные системы обычно входят в состав более круп
ных производственных единиц — участка, цеха, предприятия.
Возможная схема такого предприятия приведена на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Схема автоматизированного предприятия:
1 — робокары; 2 — доставка материалов; 3 — автоматизированный склад
материалов; 4 — доставка покупных комплектующих; 5 — приемка и кон
троль покупных комплектующих; 6 — склад готовой продукции; 7 — от
правка готовой продукции; 8 — автоматизированный склад готовой про
дукции; 9 — гибкие сборочные системы; 10 — бункеры; 11 — автоматизи
рованный склад инструментов и приспособлений

178

4. Основы автоматизации сборочных процессов

4.3. Автоматизация подачи
и ориентирования деталей
в процессе сборки

Автоматизация подачи деталей или подузлов к месту выпол
нения сборочной операции или перехода является одной из
важнейших и труднейших задач в автоматизации сборки. Это
связано с разнородностью форм и размеров деталей и особенно
стями используемых сборочных процессов. Во многих случаях
в связи с техническими трудностями такие действия выполня
ются вручную.
Автоматизированным погрузочно разгрузочным устройст
вом (АПРУ) называется комплекс механизмов, выполняющих
автоматическое перемещение деталей в зону сборки, где они ус
танавливаются и крепятся в собираемом изделии, а после сбор
ки — его перемещение в установленное место. В состав такого
комплекса могут входить также устройства ориентации, обеспе
чивающие требуемое положение детали при загрузке.
АПРУ обычно состоят из емкостей с деталями (складов, бун
керов, палет и т.п.) и систем загрузки, ориентации, ворошения,
выгрузки, питателей, отсекателей, подъемников, транспорте
ров, приводов.
Загрузочные системы включают в себя:
• емкости (бункеры), в которых детали из хаотического поло
жения переводятся в ориентированное состояние; это может осу
ществляться как в один, так и в два этапа — начальный и ко
нечный;
• направляющие устройства, по которым ориентированные
детали перемещаются в операционные магазины;
• операционные и предоперационные магазины, в которых
детали хранятся в ориентированном состоянии; такие магазины
используются как буферные устройства в случае аварии иливре
менного отсутствия деталей;
• автооператор (подающее устройство), перемещающий ори
ентированные детали из магазина или бункера на позиции сборки.

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

179

4.3.1. Классификация форм деталей в условиях
автоматизированной сборки
Ориентирование обеспечивает точное положение деталей
в пространстве. При этом особенности и сложность ориентиро
вания зависят от формы и размеров деталей.
Детали обычно входят в соединение друг с другом цилиндри
ческими поверхностями или, реже, плоскостями. Возможны
следующие характерные случаи ориентации:
• по одной наружной цилиндрической поверхности;
• двум наружным цилиндрическим поверхностям с парал
лельными осями;
• двум наружным цилиндрическим поверхностям с перпен
дикулярными (пересекающимися) осями;
• одной внутренней цилиндрической поверхности;
• двум внутренним цилиндрическим поверхностям с парал
лельными осями;
• одной наружной и одной внутренней цилиндрическим по
верхностям с перпендикулярными осями;
• по одной плоскости и одной наружной цилиндрической по
верхности;
• одной плоскости и одной внутренней цилиндрической по
верхности;
• пластины по плоскостям.
В зависимости от формы детали можно объединить в группы
с учетом возможных случаев их ориентации в пространстве.
Так, детали типа тел вращения можно разбить на следующие
группы (табл. 4.1).
1. Симметричные детали, т.е. детали, имеющие кроме оси
вращения (оси симметрии) также плоскость симметрии, пер
пендикулярную оси. К данной группе относятся гладкие вали
ки и втулки, ступенчатые валики с симметричными концами,
гладкие и ступенчатые диски и т.д.
2. Детали, имеющие только ось вращения, т.е. валики с тор
цами различной формы или с несимметричными выточками,
диски с канавками или фасками на одном торце, детали с голов
ками (болты, винты, заклепки), детали конической формы,
колпачки и т.д. Кроме первичного ориентирования при работе

180

4. Основы автоматизации сборочных процессов

с такими деталями может возникнуть необходимость в их пово
роте в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Такое ори
ентирование называется вторичным.
3. Детали, имеющие на цилиндрической поверхности лыски,
канавки, прорези, отверстия, т.е. с двумя плоскостями симметрии:
проходящей через ось вращения и перпендикулярной к ней.
К этой группе относятся симметричные валики с лысками и ка
навками, разрезные втулки, симметричные валики с отверстия
ми, пересекающимися с осью вращения, диски с отверстиями
и канавками. Детали данной группы также требуют совмеще
ния первичного и вторичного ориентирования.
4. Такие же детали, как и в 3й группе, но имеющие только
одну плоскость симметрии, проходящую через ось вращения.
Это несимметричные ступенчатые валики с разрезом по торцу,
фланцы с отверстиями, детали ступенчатой формы с приварен
ными ушками, шлицевые валики и т.д. Детали этой группы
требуют трех ступеней ориентирования.
Таблица 4.1
Классификация деталей, имеющих форму тел вращения
Груп
па

Ориентирование
первичное

1

Совмещение
оси вращения
с одной из осей
координат

2

Совмещение
оси вращения
детали с одной
из осей коор
динат

вторичное

Отсутствует

Поворот детали на
180° в плоскости,
перпендикулярной
оси вращения

Формы деталей

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

181

Окончание табл. 4.1
Груп
па

3

Ориентирование
первичное

вторичное

Формы деталей

Совмещение оси
вращения дета
ли с одной из
осей координат
Поворот детали в плос
кости, параллельной
оси вращения

4

Совмещение оси
вращения дета
ли с одной из
осей координат

Поворот детали на
180° в плоскости,
перпендикулярной
оси вращения (пер
вая ступень ориенти
рования) и дополни
тельный поворот на
некоторый угол в
плоскости,
параллельной оси
вращения (вторая
ступень ориентиро
вания)

Первичное ориентирование легко осуществляется в бункере
и не требует дополнительных ориентирующих устройств. Дета
ли 2й группы могут выходить из бункера после первичного
ориентирования в двух различных положениях (например, не
симметричные ступенчатые валики, конусы или колпачки вы
ходят вперед различными торцами). Добавочное вторичное
ориентирование осуществляется поворотом деталей в одной из
координатных плоскостей на 180°. Детали 3й группы выходят
из бункера с произвольным положением лыски, канавки или
отверстия, по которым их нужно дополнительно ориентиро
вать поворотом относительно оси вращения в горизонтальной

182

4. Основы автоматизации сборочных процессов

плоскости. Детали 4й группы выходят из бункера ориентиро
ванными только по оси вращения (первичное ориентирование)
и требуют еще двух ступеней вторичного ориентирования путем
поворотов в вертикальной и горизонтальной координатных
плоскостях.

4.3.2. Принципы ориентирования деталей в пространстве
В зависимости от массы, формы и размеров деталей для их
ориентирования в пространстве могут использоваться различные
силовые поля — электромагнитное, гравитационное, пневматиче
ское и др. Рассмотрим некоторые принципы их использования.
При ориентировании деталей в электромагнитном поле
используется воздействие внешнего магнитного поля на рамку,
через которую течет электрический ток (рис. 4.10). При этом
в деталях 2 электромагнитом 3 генерируется переменное маг
нитное поле и появляется ток электрической индукции. Этот
ток в магнитном поле постоянного магнита 4 приводит к форми
рованию пары сил, поворачивающих деталь 2 относительно
магнита 4. Детали могут быть неподвижны или перемещаться
по направляющим 1.

Рис. 4.10. Схема ориентации деталей в электромагнитном поле

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

183

Для ориентирования деталей из ферромагнитных материалов
используется статическое магнитное поле; деталей удлиненной
формы из любых материалов — электростатическое, имеющее
аналогичный принцип действия, и переменное магнитное поле.
На рис. 4.11 приведена схема приспособления для ориенти
рования мелких деталей продольной формы в постоянном маг
нитном поле. Детали уложены в емкости 1 из немагнитного
материала и прикрыты кассетой 2 (позиция I). При приближении
к магниту 3 вектор силы направлен перпендикулярно к плоско
сти кассеты. Детали под воздействием момента сил поворачива
ются вдоль направления поля и перемещаются в направлении
большей напряженности магнитного поля. Как следствие, дета
ли подходят к кассете и попадают в отверстия 4 (позиция II).

Рис. 4.11. Схема магнитного ориентирования и кассетирования
мелких деталей (I — начальное положение; II — положение при
кассетировании)

На рис 4.12 показана схема устройства для ориентирования
деталей в электростатическом поле. В пространстве, ограни
ченном двумя параллельными плоскими электродами 1, поле
достаточно однородно в центральной части и неоднородно вбли
зи кромок электродов. Градиент неоднородности поля в каждой
точке направлен внутрь межэлектродного пространства. При
введении в такое поле асимметричной детали 2 в форме скобы
возникает момент сил, старающийся повернуть ее в положение
минимального энергетического уровня. Как следствие, все дета
ли поворачиваются толстой стенкой вперед.
Выбирая параметры неоднородности поля, можно получить
момент сил, направление действия которого обеспечит одно из
многих возможных положений детали, т.е. вторичное ориенти
рование.

184

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.12. Схемы вторичного ориентирования асимметричных ди
электрических деталей:
а — схема устройства; б — схема ориентирования (F, M — возни
кающие силы и крутящий момент); в — возможные формы деталей

Ориентирование деталей в переменном магнитном поле ос
новано на взаимодействии внешнего поля с вторичным полем,
индуцированным самими деталями (рис. 4.13). В положении
«а» на кольцо действуют максимальные силы сжатия, и оно на
ходится в состоянии нестабильного равновесия. В положении
«б» пара сил образует момент, выводящий кольцо из этого со
стояния, в результате чего оно перемещается и занимает ста
бильное положение «в».

Рис. 4.13. Схема ориентирования деталей в переменном магнитном поле

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

185

Способ ориентирования деталей в струе сжатого воздуха
основан на взаимодействии струи сжатого воздуха с формой де
тали. При выходе струи воздуха из сопла между базовой по
верхностью устройства и деталью формируется стабильная
воздушная подушка, позволяющая деталям свободно переме
щаться, если угол наклона базовой поверхности больше угла
трения между ней и деталью, либо оставаться неподвижно над
этой поверхностью. При этом имеет место аэродинамический
эффект притяжения детали к торцу сопла. Для отрыва детали
от базовой поверхности должно выполняться условие
T ³ gG + pF,
где T — грузоподъемность воздушной подушки, Н; g — ускоре
ние свободного падения, м/с2; G — масса детали, кг; р — атмо
сферное давление, Па; F — площадь опорной поверхности де
тали, м2.
На рис. 4.14 показана схема пневматического устройства для
ориентирования плоских деталей сложной формы. Устройство
состоит из камеры 1, в верхней плите 3 которой имеются сопла 2
с переменными диаметром и углом наклона относительно верти
кальной оси. Сопла размещены на концентрических окружно
стях, их диаметры и углы наклона уменьшаются по направлению
к оси камеры. В камере установлен эталон 4, соответствующий
форме ориентированной детали 5. При подаче сжатого воздуха
внутрь камеры 1 в ней образуются области B и C, ограниченные
эталоном и боковой поверхностью камеры. Между свободно ле
жащей ориентированной деталью 5 и плитой 3 образуется воз
душная подушка. Вследствие разницы углов наклона осей со
пел и их диаметров находящаяся на воздушной подушке деталь
будет поворачиваться и перемещаться к центру плиты 3, пока
не совпадет с контуром эталона 4. В ходе такого перемещения
центр вращения эталона 4 и детали 5 должен совпасть с центром
положения сопел на верхней плите 3. Далее деталь с помощью
захватного устройства передается на позицию сборки.
Схема устройства для взаимной ориентации деталей в пнев
матическом поле приведена на рис. 4.15. При подаче сжатого
воздуха изпод нижнего торца втулки со стороны зазора d, через
который сжатый воздух выходит со скоростью v, давление pv

186

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.14. Схема пневматического ориентирующего устройства

будет ниже, чем атмосферное давление pa с противоположной
стороны. Это приводит к возникновению центрирующей силы
R, действующей в направлении О1О2.
Взаимное ориентирование деталей можно реализовать, ис
пользуя реактивное действие струи сжатого воздуха (рис. 4.16).
Вал со ступенями 1 и 2, соединенный с отверстием детали 4, раз
мещается в цилиндрической насадке 3 с отверстиями a и b. Ось
О1 вала совпадает с осью Ox системы координат Oxy, связанной
с деталью 4. В ходе прохождения сжатого воздуха через отвер
стие b на насадку 3 будут воздействовать реактивные силы вы
ходной струи. В положении детали, показанном на рисунке, на
насадку будет действовать реактивная сила Rd, перемещающая
насадку в направлении уменьшения смещения осей О и О1, т.е.
до совпадения осей вала и отверстия.

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

187

Рис. 4.15. Схема взаимного ориентирования деталей с использова
нием воздушной струи

Рис. 4.16. Схема действия центрирующей пневматической насадки

На практике широко используется ориентирование дета
лей в вибрационном поле. При этом в состав ориентирующих
устройств входит генератор колебаний, обеспечивающий пере
мещение деталей по определенной траектории в направлении,
перпендикулярном направлению требуемого движения. Это уп
рощает перемещение относительно двух остальных осей.

188

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Возможно три варианта движений. В общем случае деталь
получает относительное перемещение в трех взаимно перпенди
кулярных направлениях, а ее случайная траектория будет впи
сана в параллелепипед со стенками, равными амплитудам 2Aх,
2Ay, 2Az. Колебания в плоскости, перпендикулярной направле
нию соединения деталей, описываются уравнением
x = A x sin(w xt + j x ) ,
где wx — круговая частота колебаний; t — время; jx — началь
ная фаза колебаний.
В случае колебаний с равными частотами траекторией дви
жения будет эллипс, который при Ax = Ay, jx = p/2, jy = 0 транс
формируется в окружность, а если jx = 0 — в прямую, наклонен
ную к плоскости под углом 45°.
Если соотношение частот является целым числом, траекто
рия будет замкнутой, дробным — будут иметь место «блуждаю
щие» колебания.
Выбор принципиальной схемы ориентирующего приспособ
ления обусловлен способом базирования детали, направлением
вектора погрешностей ориентации, величины зазоров в соеди
нении, конструктивных особенностей соединяемых деталей
и ряда других факторов.
На рис. 4.17 показана схема приспособления, в котором де
тали для взаимного ориентирования перемещаются по сину
соидальной траектории. Приспособление состоит из рабочего
устройства 2, соединенного с неподвижным основанием двумя
наклонными упругими прутками 1 и 8. Электромагнит 9 прида
ет устройству 2 колебания в направлении, перпендикулярном
плоскости положения прутков 1 и 8. Ориентируемая втулка 4
находится в устройстве 2, а валик 5 подается сверху толкателем
6. Вертикальные перемещения устройства ограничены отбойни
ками 3 и 7. В начале рабочего цикла электромагнит 9 придает
устройству 2 колебания, близкие к прямолинейным. При пере
мещении толкателя 6 вниз прутки 1 и 8 изгибаются, и устройст
во перемещается вниз и направо. В результате детали 4 и 5
перемещаются относительно друг друга по синусоидальной тра
ектории. При этом обеспечивается их взаимная ориентация
и соединение, после чего устройство 2 возвращается в исходное
положение.

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

189

Рис. 4.17. Устройство для взаимного ориентирования вала с втулкой
в вибрационном поле

В приспособлении, показанном на рис. 4.18, соединение вала
с втулкой осуществляется иным способом. Под воздействием
толкателя 8 валик 7 совместно с втулкой 6 движется вниз по
спиральной траектории. Втулка 6 установлена в сборочном при
способлении 5, соединенном через подшипники 4 с вращаю
щимся валом 3, ось которого наклонена под углом 2…5° относи
тельно оси вращающегося ротора 1. Верхний конец вала 3,
установленный в подшипниках 4, перемещается относительно
оси вращения ротора 1, описывая восходящую спиральную тра
екторию до момента совпадения осей валика и втулки, когда на
ступает соединение деталей. После этого приспособление 5 под
действием пружин 2 возвращается в исходное положение.
Вибрации могут эффективно использоваться также для вто
ричного ориентирования деталей. На рис. 4.19 показаны схемы
вторичного ориентирования разрезанной втулки и валика с лыс
кой. Ориентирование разрезанной втулки 2 (рис. 4.19,а) осуще
ствляется на прямолинейной вибрирующей направляющей 3,
на которой на плоских пружинах установлены полупризмы 4.
Втулка 2 перемещается по направляющей и доходит до пласти
ны 1, закрепленной на боковой стороне направляющей. При

190

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.18. Приспособление для взаимного ориентирования валика
и втулки с использованием наклонного вала

вращении ориентируемой втулки вокруг оси пластина входит
в ее прорезь и втулка продолжает перемещение в ориентирован
ном положении. Ориентирование валика с лыской происходит
аналогичным образом (рис. 4.19,б). Для обеспечения определен
ного положения валика 3 на призматической направляющей 1
используется прикрепленная к ней пластина 2.

Рис. 4.19. Схемы вторичного ориентирования с использованием
вибраций:
а — разрезанной втулки; б — валика с лыской

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

191

Наиболее распространенный способ ориентирования дета
лей — за счет силы тяжести (в гравитационном поле). При
меры такого ориентирования показаны на рис. 4.20.
Так, если заготовка типа стакана, колпачка движется откры
той частью вперед, она натыкается на эксцентрично установ
ленный штырь со скосом и опрокидывается дном вниз. Заго
товка, движущаяся закрытой частью вперед, скользит по скосу
штыря также дном вниз (рис. 4.20, а). Заготовки, имеющие сме
щенный центр тяжести относительно середины своей длины,
опираясь на призму, установленную в середине по длине лотка,
будут опрокидываться тяжелой частью вниз в левый или пра
вый карманы (рис. 4.20, б). В конструкции, показанной на
рис. 4.20,в, на наклонном вращающемся диске выполнены кар
маны такой глубины, что заготовки, попавшие туда дном вниз,
удерживаются, а дном вверх — опрокидываются относительно
ребер карманов.

Рис. 4.20. Ориентирование заготовок в гравитационном поле

Ориентирование деталей с помощью систем технического
зрения базируется на замене световых сигналов электрически
ми, которые далее преобразовываются в цифровые и подверга
ются компьютерному анализу. Системы технического зрения
обычно функционируют на базе промышленных роботов, осна
щенных видеокамерой и системой освещения. Пример системы
технического зрения — на базе робота Puma 260 A — приведен
на рис. 4.21.

192

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.21. Лабораторная установка для исследований системы техни
ческого зрения:
а — оси координат и диапазоны перемещений робота Puma 260 A;
б — внешний вид установки (1 — стол; 2 — предмет; 3 — компьютер;
4 — видеокамера; 5 — робот)

Системы машинного зрения призваны заменить человека на
сборочных операциях. Некоторые возможности человеческого
и машинного зрения приведены в табл. 4.2.
Функционирование систем машинного зрения основано на
анализе положения изделия в принятой системе координат, об
работке полученной информации и принятии решения об измене
нии исходного положения предмета в соответствии в используе
мым алгоритмом математической обработки исходных данных.
Таблица 4.2
Сравнение зрения человека и машины
Параметр

Человек

Машина/компьютер

Гибкость

Легко приспосабливается к раз Выполняет только определен
личным заданиям
ные задания, требует кванти
рованной информации (в пик
селях)

Умение

Достаточно точно оценивает
субъективную информацию
(например, легко выявляет
подпорченные фрукты на ос
нове их цвета, формы, запаха
и т.д.)

В состоянии выполнить изме
рения на основе заранее из
вестных исходных данных

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

193

Окончание табл. 4.2
Параметр

Человек

Машина/компьютер

Цветное
зрение

Субъективная оценка цветов

Зрение основано на измерени
ях монохроматических длин

Чувстви
тельность

Приспосабливается к услови
ям освещения и различным
расстояниям до предмета.
Проблемы с различением от
тенков серого цвета (7...10 от
тенков)

Высокая чувствительность
к изменениям освещенности,
расстояния до предмета
и фактуры его поверхности.
Легко различает до 256 оттен
ков серого цвета

Время реак Скорость реакции в лучшем
ции
случае 0,1 с

Скорость реакции весьма
высокая (может достигать
0,001 с)

Объемное
зрение

Легко ориентируется в трех
мерном пространстве

Легко ориентируется в двух
мерном пространстве, но
трехмерное требует синхрон
ной работы двух камер и соот
ветствующего математиче
ского обеспечения

Анализ
исходных
данных

Может легко добавлять необ
ходимые данные. Анализ со
пряжен с высокой вероятно
стью ошибок

Может легко добавлять допол
нительные данные в постоян
ную базу данных при неболь
шом увеличении затрат

Особенности Различает освещенность в со
восприятия ответствии с логарифмической
зависимостью. Находится под
воздействием внешней окру
жающей среды

Различает освещенность в со
ответствии как с логарифми
ческой, так и с линейной за
висимостью

Спектр
частот

Может функционировать
в диапазоне от инфракрасного
до рентгеновского излучения

300...700 нм

4.3.3. Конструкции загрузочноориентирующих
устройств
В автоматизированных сборочных системах широко исполь
зуются загрузочноориентирующие устройства различных типов:
• емкостные (направляющие, коробчатые или вращающиеся);
• вибрационные с механическим, пневматическим или элек
тромагнитным приводом;

194

4. Основы автоматизации сборочных процессов

• роторные, взаимодействующие с роторными машинами
или линиями.
Детали в загрузочноориентирующих устройствах получают
движение с помощью специальных механизмов, которые долж
ны также предохранять детали от заклинивания.
Загрузочноориентирующие устройства обычно состоят из
следующих основных узлов:
• устройства для загрузки неориентированных деталей;
• устройства приемки деталей и их предварительной установки;
• устройства окончательной ориентации и установки деталей;
• устройства передачи деталей к направляющим или опера
ционному магазину (вместе с отсекателями);
• механизма сброса неправильно сориентированных деталей.
Среди загрузочноориентирующих устройств наиболее рас
пространены бункерные.
Бункерные устройства с карманами являются наиболее
широко распространенными типами бункерных ориентирующих
устройств. Характерная их особенность — наличие карманов,
т.е. углублений, вмещающих по одной детали в определенном
положении. Карманы, форма которых должна соответствовать
конфигурации деталей, могут располагаться по окружности
диска, кольца или барабана.
Данный вид загрузочноориентирующих устройств применя
ется для автоматической загрузки деталей, имеющих вид вали
ков, гильз, дисков и пластин.
Автоматическое ориентирование деталей осуществляется
внутри бункера за один или два этапа. Для деталей более слож
ной формы автоматическое ориентирование может продолжать
ся вне бункера.
Примером загрузочного устройства, осуществляющего авто
матическое ориентирование в два этапа, является конструкция,
предназначенная для автоматической загрузки деталей, имею
щих форму гильз или других тел вращения, с центром тяжести,
смещенным относительно геометрического центра их наружно
го контура (рис. 4.22). Детали, насыпанные навалом в бункер 1
в таком количестве, чтобы не меньше половины поверхности на
клонного захватного диска 4 оставалось открытой, устремляются
под действием силы тяжести вниз, к линии пересечения внут
ренней цилиндрической поверхности бункера с верхней плоско
стью диска. Те из деталей, которые заняли положение вдоль

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

195

Рис. 4.22. Схема бункерного устройства с карманами

хорды, прилегая своей образующей к боковой стенке бункера
(деталь Д1), при вращении диска 4 западают в карманы, обра
зуемые между стенкой бункера 1, ободом диска 4, дугообразной
планкой 6 и перегородками 2. Планка 6, длина которой равна
примерно половине окружности диска, предназначена для
уменьшения глубины карманов и предотвращения захвата од
ним карманом двух деталей одновременно.

196

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Гильза может расположиться в кармане донышком вперед
или назад, следовательно, может занимать два различных поло
жения, из которых только одно является правильным. Поэтому
необходимо прибегнуть к вторичному ориентированию, т.е.
переориентировать или удалить неправильно расположенные
детали.
Вторичное ориентирование деталей в описанном устройстве
производится путем поворота их на остриях перегородок 3, ка
ждая из которых разделяет полости, образуемые перегородками
2 на нижней стороне диска 4, на два радиальных кармана. При
вращении диска по часовой стрелке детали, запавшие в карма
ны, извлекаются из общей массы и перемещаются вверх, где,
соскользнув по скошенному концу планки 6 на поверхность
днища 5, скатываются вниз и упираются в острия перегородок
3. Так как центр тяжести гильз смещен, детали, как бы они ни
были расположены в карманах, поворачиваются на остриях
и западают в радиальные карманы донышками вниз (деталь Д2).
Для того чтобы дать возможность деталям повернуться на ост
риях, верхняя часть боковины бункера несколько отодвигается
от днища.
В щелевых бункерных устройствах рабочим элементом за
хватного органа служит щель. Форма и размеры поперечного
сечения щели соответствуют форме и размерам поперечного се
чения правильно расположенной детали. Поэтому в щель запа
дают только те детали, которые перед входом в нее оказались
в правильном положении. Западание детали в щель может про
исходить сверху или сбоку в зависимости от формы детали
и расположения щели.
Характерной особенностью всех щелевых устройств являет
ся то, что в них щель захватного органа всегда плавно переходит
в лоток. Благодаря этому подача ориентированных деталей из
бункера происходит без заклиниваний, предохранительные ме
ханизмы становятся ненужными, конструкция ориентирую
щих устройств становится более простой и надежной.
Щелевые устройства чаще всего употребляются для загрузки
стержневых деталей с головками (винтов, болтов, заклепок,
гвоздей и т.п.). При соответствующем конструктивном оформ
лении они могут оказаться пригодными также для конических
и плоских деталей.

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

197

Рис. 4.23. Схема щелевого бункерного устройства для метизов

Щелевое бункерное устройство, показанное на рис. 4.23, слу
жит для автоматической загрузки метизов (винтов, болтов и за
клепок). Детали, насыпанные навалом в бункер 1, устремляются
вниз, где западают в кольцевую щель между ободом диска 3
и внутренней поверхностью кольца 7, приваренного к боковине
бункера 1. Количество загружаемых в бункер деталей, как и для
других типов бункеров, должно быть таким, чтобы по крайней
мере половина поверхности диска (или днища) оставалась от
крытой. При вращении диска 3, который укреплен на валу 6

198

4. Основы автоматизации сборочных процессов

редуктора 5, соединенного с днищем 4, детали захватываются со
бачками 8, отжимаемыми пружинами 9, и выталкиваются в ло
ток 2. Если лоток заполнен, собачки отжимаются остановив
шимися деталями и проскальзывают по их поверхности до тех
пор, пока лоток не освободится.
Щелевое бункерное устройство, показанное на рис. 4.24,
предназначено для автоматического ориентирования деталей,
имеющих форму плоских шайб и пластин. Детали, насыпанные
в бункер 3, устремляются под действием силы тяжести в щель,
образуемую между нижней плоскостью кольца 1, приваренного
к бункеру 3, и верхней плоскостью дисков 8 и 9. Для облегче
ния поворота продолговатых деталей и улучшения условий

Рис. 4.24. Щелевое бункерное устройство для плоских деталей

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

199

западания диски 8 и 9 вращаются в противоположных направ
лениях, указанных стрелками, а над входом в щель установлен
козырек 2.
Детали, запавшие в щель, увлекаются вверх благодаря тре
нию о поверхность диска 8 и выталкиваются в лоток 13. Чем
больше коэффициент трения между диском 8 и деталями, тем
сильнее напор деталей в лотке 13. Для повышения этого напора
можно применить подпружиненные шарики 4 или покрыть
рабочую поверхность диска 8 резиной. Привод диска 8, соединен
ного с втулкой 10, и диска 9, посаженного на вал 11, осуществля
ется от электродвигателя через редуктор 12, прикрепленный
к днищу 7. Бункер 3 соединен с днищем 7 болтами 5. Обруч 6
обеспечивает требуемые размеры щели.
Во всех случаях, когда загружаемые детали обладают откры
тыми внутренними полостями (например, втулки, гильзы, кол
пачки, кольца и т.п.), захват и извлечение деталей может осуще
ствляться путем надевания их на штыри или крючки в крючковых
бункерных устройствах.
Конструкции крючковых устройств отличаются друг от дру
га способом расположения крючков и способом передачи дета
лей из крючков в лоток. Обычно крючки располагаются либо на
цилиндрической или торцовой поверхностях диска, либо на
внутренней поверхности кольца. Передача деталей с крючков
в транспортирующий лоток может происходить принудительно
или свободно. При принудительной передаче в том случае, ко
гда лоток окажется заполненным деталями, возможно повреж
дение захватного органа, поэтому захватный орган обязательно
снабжается предохраняющим устройством в виде фрикционной
или зубчатой пружинящей муфты. Для предотвращения воз
можного заклинивания крючков с деталями в лоткетрубке пре
дохраняющее устройство выполняется так, чтобы при каждой
задержке захватного органа крючки отходили назад на неболь
шое расстояние.
Основным преимуществом крючковых устройств перед дру
гими типами автоматических ориентирующих устройств явля
ется то, что они позволяют осуществить полное ориентирование
таких деталей, как колпачки или гильзы, за один этап.
Типовая конструкция крючкового бункерного устройства
приведена на рис. 4.25. Показанное устройство применимо для
автоматической загрузки втулок или гильз. Детали, насыпанные

200

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.25. Крючковое бункерное устройство для втулок и гильз

навалом в бункер 1, направляются через отверстие, регулируе
мое заслонками 7, к захватному органу 3, сидящему на валу 2.
При вращении захватного органа детали надеваются на штыри,
расположенные по внутренней поверхности кольца, и подни
маются вверх. Минуя поддерживающий мостик 5, детали со
скальзывают с крючков и падают в приемную трубку 6. Если
трубка заполнена, детали падают обратно в бункер на ориенти
рующие поверхности 4. Так как при таком способе перехода де
талей в лоток заклинивание захватного органа исключено, по
требность в предохраняющем механизме отпадает.
Барабанными называются автоматические ориентирующие
устройства, в которых захватный орган имеет вид вращающегося
барабана, сбрасывающего захваченные детали на лоток. Захват
деталей осуществляется лопастями или карманами, располо
женными на внутренней поверхности барабана, который одно
временно выполняет функцию ориентирующего устройства.

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

201

Рис. 4.26. Барабанное бункерное устройство

Одна из конструкций барабанного бункерного устройства,
предназначенного для загрузки деталей типа винтов, показана
на рис. 4.26. Детали насыпаются в ковш 5, из которого выпада
ют внутрь барабана 2. Барабан 2, приводимый от редуктора 1,

202

4. Основы автоматизации сборочных процессов

вращаясь в направлении стрелки, захватывает лопастями 3 де
тали и сбрасывает их на ориентирующие поверхности 4, перехо
дящие в лоток 7. Контроль правильности положения деталей,
движущихся по лотку 7, производит звездочка 6, сбрасываю
щая неправильно расположенные детали обратно в ковш 5.
В трубчатых барабанных устройствах (рис. 4.27) детали на
ходятся во вращающемся барабане 1 и под действием центро
бежной силы перемещаются к стенкам барабана, открывая вход
в трубку 2. Толкатель 3, установленный внутри барабана, совер
шает периодические движения в направлении оси барабана,
отделяя некоторую часть деталей, которые падают в центр ба
рабана, теряют скорость и попадают в отводящую трубку. Де
тали, не попавшие в трубку, вновь перемещаются к стенкам
барабана.

Рис. 4.27. Схема вращающегося трубчатого загрузочного устройства
с ориентирующей трубкой на оси барабана

В скребковых бункерных устройствах (рис. 4.28) детали
захватываются из бункера 1 скребками 4, закрепленными на лен
те или цепи 2, и поднимаются вверх. Заслонка 3 защищает детали
от выпадения, пока они не окажутся против выходного отвер
стия 5. Привод обеспечивается двигателем 7 и редуктором 6.
В загрузочном устройстве с толкателем (рис. 4.29), пред
назначенном для тяжелых деталей, процесс загрузки реали
зуется в два этапа. Детали загружаются в предварительный

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

203

Рис. 4.28. Схема скребкового загрузочного устройства элеваторного
типа

Рис. 4.29. Схема загрузочного устройства с толкателем

204

4. Основы автоматизации сборочных процессов

бункер 4, после чего вибрационным устройством 5 перемеща
ются в основной бункер 3, ограниченный двумя наклонными
стенками 6. Толкатель 2 совершает возвратнопоступательное
движение вверхвниз, захватывает деталь и перемещает ее на
направляющую 1.
В вибрационных загрузочных устройствах (рис. 4.30) де
тали засыпаются в бункер 2, подвешенный на трех плоских пру
жинах 10. В центре находится сердечник 3 электромагнита,
а на плите 5 — электромагнит 4 с системой управления 1. Зазор
между ними регулируется винтом 6 и резиновыми прокладками
7. Пружины 10 закреплены на массивном основании 8, лежа
щем на амортизаторах 9. Благодаря вертикальным и крутиль
ным колебаниям бункера 2 и силам трения детали перемещают
ся к выходу из бункера по направляющим 11.

Рис. 4.30. Вибрационное загрузочное устройство с электромагнитным
приводом

В роторных загрузочных устройствах (рис. 4.31) детали
16 засыпаются в бункер 13, который находится на валу 15, вра
щающемся в опорах 14. В неподвижном кулачке 10 выполнена
канавка, в которой перемещаются ролики 11, соединенные
с ползуном 9. Ползун соединен с трубками 12, соосными с труб
чатыми направляющими 8. В ходе вращения вала 15 трубки 12

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

205

Рис. 4.31. Роторное загрузочное устройство

поднимаются вверх, захватывают деталь 16 и направляют ее в на
правляющую 8. Далее рычаг 6 направляет деталь через отсекатель
7 к приемнику 5 и через трубу 4 с раструбом — к гравитационному
ориентирующему устройству 3. Оттуда с помощью поддержи
вающего устройства 2 деталь передается на цепной транспор
тер 1 роторной линии и далее к технологическому ротору.

206

4. Основы автоматизации сборочных процессов

4.3.4. Дополнительные бункеры и ворошители
Характерным показателем каждого бункера является его
вместительность (емкость). Чем больше вместительность, тем
меньше времени требуется для его обслуживания, так как про
межутки времени между загрузками становятся больше. Но
увеличение емкости бункера связано с увеличением размеров
как самого бункера, так и захватного органа, а следовательно,
и с повышением стоимости всего устройства. Поэтому для уве
личения вместительности бункеров без одновременного уве
личения размеров других целевых органов применяются так
называемые двойные бункеры, состоящие из основного и допол
нительного бункеров.
Основные типы дополнительных бункеров показаны на
рис. 4.32. В этом качестве могут служить как специально удлинен
ные и отгороженные участки основных бункеров (рис. 4.32, а),
так и специальные бункеры, выполненные в виде отдельных ем
костей (рис. 4.32, б...д).
В зависимости от способа выдачи деталей в основной бункер
дополнительные бункеры можно разделять на самотечные и при
водные. Из самотечных бункеров детали подаются в основной
бункер самотеком по мере разгрузки последнего (рис. 4.32, б, в).
Приводные бункеры выполняются обычно в виде самостоятель
ных механизмов с отдельным приводом, обеспечивающим более
надежную и равномерную выдачу деталей в основной бункер.
Такие бункеры чаще всего представляют собой вместитель
ные емкости с наклонным вибрирующим дном и регулируе
мой заслонкой (рис. 4.32, г) или специальные транспортеры
(рис. 4.32, д). Во всех случаях приводные бункеры регулируют
ся так, что среднее количество деталей, выдаваемых ими в еди
ницу времени, равно производительности рабочей машины или
несколько больше ее.
В процессе работы бункерных ориентирующих устройств
случается, что детали образуют в бункере скопления в виде сво
дов или заторов, в результате чего условия захвата ухудшаются,
и выдача деталей из бункера уменьшается или даже полностью
прекращается. Одновременно ухудшаются и условия автомати
ческого ориентирования. Для разрушения образующихся сво
дов деталей служат ворошители.

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

207

Рис. 4.32. Основные типы дополнительных бункеров

Чаще всего функции ворошителей выполняют сами захватные
органы, особенно, если их форма способствует перемешиванию
деталей. Если же захватные органы имеют гладкие поверхности
и не обеспечивают достаточно интенсивного перемешивания де
талей, то дополнительно применяются специальные ворошители.
Они имеют вид выступов, прикрепляемых к гладким движущимся
поверхностям захватных органов. Расположение, размеры и коли
чество этих выступов должны быть такими, чтобы они, вопервых,
не приводили к заклиниванию деталей и, вовторых, обеспечива
ли достаточное, но не очень интенсивное их ворошение.

4.3.5. Транспортирующие лотки
Одной из основных функций каждого автоматического ори
ентирующего устройства является транспортирование деталей.
В бункерных ориентирующих устройствах транспортирующи
ми считаются органы, которые служат специально для транспор
тирования деталей, т.е. для перемещения их от одной ориенти
рующей позиции к другой и от бункера к накопителю. Такими
органами являются лотки.
Лотки могут транспортировать детали в любом виде — в ори
ентированном или неориентированном. Но так как их начинают
использовать после первой ориентирующей позиции, когда де
тали уже частично или полностью ориентированы, лотки служат
главным образом для транспортирования ориентированных де
талей.

208

4. Основы автоматизации сборочных процессов

В крючковых бункерных устройствах, в которых лоток не
является естественным продолжением захватного органа, необ
ходимо перед транспортированием обеспечить прием деталей
лотком. Это достигается при помощи соответствующей конст
рукции лотка, которая включает две части: приемную и транс
портирующую.
Приемная часть лотка должна быть выполнена так, чтобы
детали, выходящие из бункера, могли двигаться дальше без по
тери ориентации и скорости.
В зависимости от формы деталей и принципа действия за
хватного и транспортирующего органов приемная часть лотка
может более или менее отличаться от транспортирующей. Это
отличие исчезает только в тех случаях, когда лоток является ес
тественным продолжением захватного органа. В общем случае
форма приемной части лотка обусловливается траекторией сво
бодного движения деталей, выходящих из захватного органа.
Форма приемной части считается правильной, если ее продоль
ный профиль соответствует траектории движения деталей.
Классифицировать лотки можно по следующим основным
признакам:
• характер силы, под действием которой происходит движе
ние деталей в лотке (принцип действия);
• характер движения деталей в лотке;
• форма поперечного и продольного сечения лотка;
• конструктивные особенности лотка.
По принципу действия существующие конструкции лотков
можно разделить на четыре основные группы:
1) гравитационные, в которых детали движутся под действи
ем силы тяжести (рис. 4.33, а);
2) инерционные, в которых детали движутся под действием
сил инерции (рис. 4.33, б);
3) фрикционные, в которых детали движутся под действием
силы трения (рис. 4.33, в);
4) механические, в которых движение деталей осуществля
ется принудительно под действием механизма (рис. 4.33, г, д).
Гравитационные лотки отличаются простотой, поскольку
движение деталей в них происходит без помощи дополнитель
ных источников энергии. Но такие лотки имеют значительные
недостатки, поскольку, вопервых, движение деталей в них воз
можно только сверху вниз при наклоне лотка, превышающем

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

209

Рис. 4.33. Лотки с различным принципом действия:
а — гравитационный; б — инерционный; в — фрикционный;
г, д — механические

угол трения, и, во вторых, возможности регулирования скоро
сти движения деталей ограничены. Указанные недостатки от
сутствуют в инерционных и фрикционных лотках.
По характеру движения деталей гравитационные лотки мож
но подразделить на лотки склизы, в которых детали перемеща
ются скольжением (рис. 4.34, а...ж); лотки скаты, в которых
детали катятся (рис. 4.34, з, и), и лотки рольганги, в которых
детали перемещаются по вращающимся роликам (рис. 4.34, к, л).
В зависимости от формы поперечного сечения лотки можно
разделять на лотки с прямоугольным поперечным сечением
(рис. 4.34, а, з, м), цилиндрические (рис. 4.34, в, г), угловые
(рис. 4.34, б), однорельсовые (рис. 4.34, е, ж) и двухрельсовые
(рис. 4.34, д).

210

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.34. Разновидности гравитационных лотков

В зависимости от формы продольного профиля лотки подраз
деляются на прямолинейные и криволинейные. В свою оче
редь, лотки криволинейные можно подразделять на изогнутые
(рис. 4.34, н), винтовые (рис. 4.34, о) и синусоидальные или
лоткизмейки (рис. 4.34, п).
Дальнейшая классификация лотков возможна по конструк
тивным признакам, свойственным отдельным группам лотков.
Так, например, гравитационные цилиндрические лоткисклизы
могут быть жесткими и гибкими (рис. 4.34, г); лоткитранспор
теры могут быть ленточными и цепными и т.д. Выделяют также
лотки, на которых детали для уменьшения трения поддержива
ются струей сжатого воздуха на воздушной подушке (рис. 4.35).

4.3.Автоматизация подачи и ориентирования деталей

211

Рис. 4.35. Лотки на воздушной подушке:
1 — боковые стенки; 2 — система отверстий; 3 — подвод воздуха;
4 — основание

Лотки позволяют не только транспортировать детали в ори
ентированном положении к сборочным рабочим местам, но и изме
нять их пространственное положение (примеры см. на рис. 4.36).
Кроме транспортирования лотки могут одновременно выпол
нять и функции других органов. Так, например, в вибрационных
ориентирующих устройствах лотки служат также захватными
органами и органами для первичной ориентации деталей. Кро
ме того, почти во всех типах бункерных ориентирующих уст
ройств лотки одновременно выполняют функции накопителей
ориентированных деталей.

Рис. 4.36. Переходные участки лотков для переориентации заготовки:
а — из положения скольжения в положение качения; б — из положения
качения в положение скольжения; в — поворот несимметричных загото
вок на 180° в вертикальной плоскости

212

4. Основы автоматизации сборочных процессов

4.3.6. Магазины и подающие устройства
Детали могут направляться к позициям сборки непосредст
венно либо через операционные магазины (рис. 4.37). К рабо
чим органам сборочных устройств детали направляются по оди
ночке с помощью специальных подающих устройств.

Рис. 4.37. Схемы магазинов:
a — ползунковый; б, в — трубчатые; 1 — ползун; 2 — отсекатель; 3 — де
таль; 4 — направляющая; 5 — груз; 6 — предохранитель от заклинивания;
7 — бункер; 8 — ворошитель

Для отделения одиночных деталей от потока используются
различные отсекатели, которые одновременно являются по
дающими устройствами либо непосредственно связаны с ними.
Примеры механических отсекателей показаны на рис. 4.38.
Кроме механических могут использоваться также магнитные,
вакуумные, вибрационные, пневматические и другие отсекатели.
В автоматизированных сборочных модулях подающие уст
ройства передают детали из магазина к рабочим позициям. В за
висимости от характера движения рабочих органов подающих

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

213

Рис. 4.38. Отсекатели с различными рабочими органами:
1 — в виде горизонтального толкателя; 2 — ползуна с двумя опорами; 3 —
ползуна с возвратнопоступательным движением; 4 — ползуна с заслонкой
и прижимом; 5, 6 — качающихся секторов; 7...9 — качающихся губок; 10 —
вращающегося диска; 11 — вращающейся звездочки; 12, 13 — червяков

устройств их можно разделить на вращающиеся, ползунковые,
гнездовые и смешанные. Для подачи деталей используются так
же манипуляторы и промышленные роботы.
На рис. 4.39 показаны схема и принцип работы гнездового
подающего устройства, а также некоторые виды гнезд таких
устройств. Движение к подающему устройству передается от
вала привода сборочной машины через пары зубчатых колес 12,

214

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.39. Гнездовое подающее устройство:
а — кинематическая схема; б — некоторые виды гнезд

13, ременную передачу 14, вал 18 и зубчатый сателлит 20, обе
гающий неподвижное колесо 10. Эксцентрическая ось сателли
та 20 соединена шарнирно с палетой 6, перемещающейся по на
правляющим скольжения. Ползушки 2 соединены с палетой
пружинными прихватами 7, расходящимися в случае заклини
вания. Ползушки получают линейное движение в ходе переме
щения сателлита по участкам траектории aa¢ и bb¢.
Устройство работает следующим образом. На приводном
валу 18 находится кулачок 19, взаимодействующий с роликом
17 рычага 11, сидящего на оси 15 корпуса 16. На другом конце
рычага в гнезде находится шкворень 8, прикрепленный к рейке
21. Пневмоцилиндр 3 обеспечивает постоянный стык ролика 17
с кулачком 19. В ходе вращения кулачка рычаг передает возврат
нопоступательное движение рейке 21, которая поворачивает

4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей

215

вал 22 на 180°. Тяги 4 соединены с диском 1 и ползунами 5
и сближают или разделяют ползушки с гнездами. Движения
к рейке 21 и к другой рейке, работающей синхронно с первой,
передается от вала 9.
Схемы подающих устройств, используемых в автоматизиро
ванных сборочных системах, приведены на рис. 4.40. Наиболее
широкое распространение получили толкающие устройства
с возвратнопоступательным движением ползуна, подающего
деталь. В сегментных устройствах детали размещаются в гнез
дах качающегося сегмента. Вращающиеся устройства имеют
гнезда по периметру вращающегося диска, а манипуляторы пе
ремещают деталь по сложной траектории.

Рис. 4.40. Схемы подающих устройств:
а — толкающих; б — сегментных; в — вращающихся; г — манипуляторов

216

4. Основы автоматизации сборочных процессов

4.4. Требования к технологичности
конструкции изделий при
автоматической сборке

Оценка технологичности изделия или сборочной единицы
позволяет оценить возможность внедрения автоматической
сборки.
В соответствии с ГОСТ 14.201—83 оценка технологичности кон
струкции изделия бывает двух видов: качественная («хорошо —
плохо», «допустимо — недопустимо») и количественная — по
основным и дополнительным показателям технологичности.
К основным показателям технологичности относятся уровень
технологичности конструкции по трудоемкости изготовления
и по технологической себестоимости. Дополнительные показа
тели технологичности позволяют оценить:
• уровень стандартизации и унификации изделия (коэффи
циенты стандартизации, унификации и повторяемости);
• надежность выполнения изделиями установленных для
них функций при минимальном числе составных частей;
• возможность рационального расчленения изделия на состав
ные части (коэффициент сборности);
• соблюдение принципа взаимозаменяемости, а также устра
нение пригоночных и доводочных работ (коэффициент взаимоза
меняемости);
• надежность установочных баз и соблюдение принципа со
вмещения сборочной, установочной и измерительной баз;
• возможность автоматизации сборочных работ (коэффици
ент автоматизации) и т.п.
Пределы изменения всех частных дополнительных показате
лей одинаковы: 0 < Ki < 1. Для удобства оценки и сравнения
конструкций комплексный показатель технологичности K S
удобно выражать как среднее арифметическое с учетом эконо
мической эквивалентности («весового» вклада) дополнитель
ных показателей:

4.4. Требования к технологичности конструкции изделий

217

n

KS =

å K i K iэ

i =1
n

å K nэ

K1 K1э + K2 K2 э +...+ K n K nэ
,
K1э + K2 э +...+ K nэ

=

i =1

где Ki — частный дополнительный показатель технологично
сти; Kiэ — коэффициент экономической эквивалентности част
ного дополнительного показателя Ki.
В качестве примера в табл. 4.3 приведены частные дополни
тельные показатели Ki и коэффициенты их экономической эк
вивалентности Kiэ для условий автоматической сборки, приня
тых в автотракторной промышленности.
По значению коэффициента автоматизации можно судить об
уровне автоматизации сборки изделия и его составных частей.
Значения 0 < Ki < 0,45 соответствуют низкой, 0,45 < Ki < 0,6 —
средней, Ki > 0,6 — высокой степени автоматизации.
Таблица 4.3
Частные показатели технологичности изделия для условий
автоматизированной сборки
Показатель

Число деталей

Расчетная
формула

Значение
Kiэ

Примечание

Kч.д

0,97

–

0,73

E — число сборочных
единиц; D — число де
талей, не вошедших в
сборочные единицы

1

Nавт — число соедине
ний, выполняемых ав
томатически; N — об
щее число соединений

0,8

Qавт — число наиме
нований соединений,
выполняемых автома
тически

0,82

Nун. авт — число соеди
нений, выполняемых
на типовом сбороч
ном оборудовании

Сборность конструк
ции

Kсб =

Уровень автоматиза
ции

Kавт =

Повторяемость дета
лей и узлов

Kпов =1 -

Уровень
унификации

Kун =

E
E+D

Nавт
N

Qавт
Nавт

Nун.авт
Nавт

218

4. Основы автоматизации сборочных процессов
Окончание табл. 4.3
Показатель

Число направлений
сборочных движений

Расчетная
формула

KV =

1

Значение
Kiэ

0,75

n

å Vi

Взаимозаменяемость

Kу.б =1 / mn б

Kвз =1 -

Nгр.авт
Nавт

n

å Vi — число направ

i =1

лений сборочных дви
жений

i =1

Число установочных
баз

Примечание

0,8

m = 1 при одинаковых
установочных базах;
m = 1,15 при подобных
установочных базах;
m = 2,5 при различ
ных установочных
базах; nб — число ус
тановочных баз

0,73

Nгр.авт — число соеди
нений, выполняе
мых автоматически
методом групповой
взаимозаменяемости

Примечания: 1. Kч.д устанавливается в зависимости от числа сборочных
позиций (см. табл. 4.4).
2. Значения коэффициентов K пов , K ун и K вз отличаются от приведенных
в ГОСТ 14.201—83 и 14.205—83 для условий ручной сборки.

В условиях автоматизированной сборки изделие должно
иметь простую компоновку с минимальным количеством со
ставных частей. При большом числе деталей сборочная линия
получается сложной, с чрезмерным количеством позиций и ма
лонадежной в работе (табл. 4.4).
Выполнение пригоночных работ в условиях автоматизиро
ванной сборки недопустимо. Проведение регулировочных ра
бот, разборок и повторных сборок требует ручных операций
и снижает уровень автоматизации сборки. Соединения, выпол
няемые методом групповой взаимозаменяемости, требуют уве
личения капитальных затрат на 10…15 %, так как в этом случае

4.4. Требования к технологичности конструкции изделий

219

Таблица 4.4
Показатели надежности сборочных автоматических линий
Число сборочных
позиций

Kч.д

Надежность

2...8

1,0...0,9

0,95...0,87

9...16

0,85...0,8

0,87...0,78

17...24

0,70

0,77...0,69

25...32

0,65

0,69...0,61

33...40

0,55

0,60...0,54

41...48

0,50

0,54...0,48

49...56

0,45

0,47...0,42

необходим 100%й контроль сопрягаемых поверхностей соби
раемых деталей. Для этого сборочные линии необходимо осна
стить контрольными автоматами, а позиции — дополнительны
ми загрузочноориентирующими устройствами и подающими
устройствами с системой адресования.
В условиях использования бункерных ориентирующих уст
ройств необходимо применять достаточно прочные и несцепляе
мые детали. Их форма должна быть по возможности симметрич
ной, что упрощает ориентирование. Сложные по конфигурации
детали должны иметь явно выраженные базовые поверхности
и места для надежного ориентирования в транспортных уст
ройствах, а также для установки и фиксации на сборочных по
зициях (рис. 4.41, а).
Если деталь имеет оси симметрии и асимметрично располо
женные конструктивные элементы (отверстия, выступы, канавки
и др.), то для облегчения ее ориентации следует придать ей пол
ную симметричность за счет введения дополнительных «лож
ных» симметричных конструктивных элементов (рис. 4.41,
б...д). Асимметричность деталей должна быть резко выражена
(рис. 4.41, е), при этом асимметричность по наружному контуру
предпочтительнее, чем по внутреннему. Ориентация асиммет
ричных деталей улучшается по мере удаления центра тяжести
детали от ее условного геометрического центра.

220

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.41. Нетехнологичные (слева) и технологичные (справа) конст
рукции деталей

В ряде случаев для улучшения ориентации целесообразно
вводить дополнительные конструктивные элементы (выступы,
пазы и др.). Для предотвращения сцепляемости деталей в бун
керах необходимо, чтобы ширина паза у пружинных шайб, зам
ковых и поршневых колец не превышала их толщины или
чтобы паз был выполнен ступенчатым либо со скосами. У пру
жин во избежание их сцепления торцы следует заправлять
и шлифовать. Целесообразно, чтобы шаг навивки был меньше
двух толщин проволоки или чтобы пружина имела плотную
навивку у торцов и в средней части (рис. 4.41, ж). Конечные
витки пружин сжатия должны располагаться параллельно друг
другу.
Болты, винты, заклепки и другие детали, имеющие стер
жень с головкой, легко ориентировать, если их длина на
10...25 % превышает диаметр стержня. Упрощения ориентации
шпилек можно достигнуть с помощью цилиндрического высту
па (рис. 4.41, з).

4.5. Автоматизация соединения деталей

221

4.5. Автоматизация соединения деталей
По признаку сохранения целостности при сборке соединения
деталей подразделяются на разъемные и неразъемные, а по воз
можности перемещения соединяемых частей — на подвижные
и неподвижные. Разъемные соединения составляют в современ
ных машинах и механизмах 65...85 % от всего их количества.
В общем машиностроении частоту использования различных видов
соединений можно описать соотношением 0,45 : 0,35 : 0,15 : 0,05
(рис. 4.42).

Рис. 4.42. Частота использования видов соединений

В конструкциях различных машин широко используются
шпоночные, шлицевые, гладкие и другие разъемные соединения,
но наиболее распространенным их видом являются резьбовые.
Они используются практически во всех изделиях, изготавли
ваемых в машиностроении, судостроении, автомобилестроении
и иных областях промышленности.
Соотношение трудоемкости различных видов сборочных со
единений представлено на рис. 4.43.
Резьбовые соединения в конструкциях машин составляют
15...25 % от общего числа соединений, поскольку они отлича
ются простотой, надежностью, а также возможностью разборки

222

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.43. Трудоемкость сборки различных видов соединений (%)

и повторной сборки без замены деталей. Трудоемкость сборки
резьбовых соединений (болтовых, винтовых, шпилечных) со
ставляет 25...35 % от общей трудоемкости сборочных работ.
Процесс сборки резьбовых соединений состоит из следующих
этапов:
1) соединение (наживление) резьбовых деталей на 2...3 нитки;
2) свинчивание деталей;
3) затяжка;
4) стопорение для предохранения от самоотвинчивания.
При автоматизированной сборке первые три этапа выполня
ются последовательно одним инструментом (гайковертом, вин
товертом, шпильковертом). При механизированной сборке пер
вый этап — наживление — выполняется вручную.
Для удобства наживления на торцах резьбовых поверхностей
выполняют фаски под углом 45° (рис. 4.44). При автоматиче
ском наживлении условия собираемости улучшаются изза
вращательного движения присоединяемой детали, а также по
ниженной жесткости патрона и насадки резьбозавертывающего
механизма. Упругие отжатия D можно увеличить, изменяя дли
ну насадки или встраивая специальные компенсирующие уст
ройства, например крестовую муфту.
Для выполнения процесса наживления помимо вращатель
ного движения необходимо создать осевую силу для прижатия
резьбовой детали к резьбовому отверстию.

4.5. Автоматизация соединения деталей

223

Рис. 4.44. Схема к расчету погрешностей сборки
резьбового соединения

Соединение резьбовых деталей производится свинчиванием.
Сопрягаемые детали (винты и гайки), входящие в резьбовое со
единение, могут иметь различную форму и размеры. Примене
ние автоматизированной сборки резьбовых соединений предъяв
ляет ряд жестких требований к деталям, входящим в резьбовое
соединение, а также к оборудованию, которое используют для
соединения резьбовых пар.
При нарушении технологии свинчивания соединяемых дета
лей может возникать срыв резьбы. К нему приводят:
• неточное изготовление элементов резьбы;
• неправильная ориентация собираемых деталей перед нача
лом свинчивания;
• нарушение технологических условий свинчивания.
На рис. 4.45 показана схема автоматической сборки с отно
сительной ориентацией двух собираемых резьбовых деталей.
Собираемая деталь — гайка 3 — центрируется на сборочной по
зиции 4 подпружиненным пальцем 5. Винт 1 автоматически
подается в отверстие втулки 2, которая ориентирует его. Ось от
верстия ориентирующей втулки и ось центрирующего пальца

224

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Рис. 4.45. Несовпадение осей при сборке двух резьбовых деталей

имеют некоторое смещение, определяемое допуском. Смещение
осей двух собираемых резьбовых деталей является замыкаю
щим звеном размерной цепи, характеризующим погрешность
базирования:
e = e1 + e2 + e3 ,
где е1 — смещение осей установочного пальца 5 для гайки и ори
ентирующей втулки 2 для винта; e2 — максимальное смещение
оси винта 1 относительно оси отверстия ориентирующей втулки
2; е3 — максимальное смещение оси собираемой гайки относи
тельно оси центрирующего пальца.
Максимально допустимое параллельное смещение осей двух
собираемых резьбовых деталей, при котором возможно свинчи
вание, должно удовлетворять условию
e1 + e2 + e3 £ 0,325P,
где Р — шаг резьбы собираемых деталей.

4.5. Автоматизация соединения деталей

225

Это неравенство определяет возможность сборки резьбовых
деталей без фасок на их торцах. При наличии фаски на торце
хотя бы у одной из собираемых резьбовых деталей допустимое
параллельное смещение осей резьбовых деталей равно
e1 + e2 + e3 £ c,
где с — ширина фаски.
Случай перекоса оси винта 1 относительно резьбового отвер
стия детали 2 показан на рис. 4.46. Если при перекосе виток
винта попал в канавку резьбового отверстия через шаг, то в на
чале свинчивания произойдет заедание резьбы винта в отвер
стии. В условиях автоматизированной сборки при таком пере
косе винта происходит срыв резьбы.

Рис. 4.46. Перекос осей при сборке двух резьбовых деталей

При относительной ориентации двух сопрягаемых деталей пе
ред сборкой перекос осей винта и отверстия на угол больше bmax
недопустим. Для резьб М2...М10 можно принять bmax = 0,5P/d,
где d — диаметр резьбы.
Для обеспечения надежного свинчивания угол b должен
быть меньше угла bmax. Если угол b будет больше угла bmax, то
при свинчивании резьбовой пары наступит заедание и срыв
резьбы.

226

4. Основы автоматизации сборочных процессов

В условиях автоматизированной сборки применяют различ
ные способы автоматической относительной ориентации сопря
гаемых резьбовых деталей. На рис. 4.47 показана ориентация
винта с помощью разрезной направляющей втулки 1. После за
винчивания винта на дватри оборота разрезная втулка автома
тически раздвигается.

Рис. 4.47. Свинчивание резьбой пары с использованием
направляющей втулки

Направляющая втулка должна иметь относительно больший
диаметр отверстия и сравнительно небольшую высоту для более
легкого западания винта в отверстие втулки. Минимальная до
пустимая длина направляющей части втулки при условии до
пустимого перекоса винта составляет
l min = Dd min / 0,5P,
где dmin — наименьший наружный диаметр резьбы винта; D —
зазор между винтом и отверстием направляющей втулки. Для
винтов М3...М8 принимают D = 0,3...0,8 мм.
Чтобы в начальный период свинчивания резьба винта надеж
но закрепилась в гайке, нижний конец винта должен выходить
из втулки на величину 3P + c, где c — высота фаски резьбы винта.
Неразъемные соединения. Соединения с натягом использу
ются в условиях автоматизированной сборки в гораздо меньшей
степени, чем резьбовые. Это связано с необходимостью использо
вания для их выполнения более сложных механизмов — прессов

4.6. Применение роботов на сборочных операциях

227

и нагревательных устройств. Нагрев осуществляется с исполь
зованием индукционных нагревательных устройств непосредст
венно на сборочной позиции перед выполнением соединения.
Время нагрева до 300 °С составляет 10…12 с на каждый кило
грамм массы детали.
Еще в меньшей степени используются такие неразъемные со
единения, как заклепочные и паяные.
При использовании клеевых соединений необходимо обеспе
чить точность взаимного расположения сопрягаемых поверхно
стей. Для этого деталям, присоединяемым к собираемому узлу,
в процессе полимеризации клея придают вращательное движе
ние относительно оси и возвратнопоступательное перемещение
в плоскости, перпендикулярной оси.

4.6. Применение роботов на сборочных
операциях
Промышленные роботы применяются для автоматизации
операций на всех видах сборочных работ. При сборке для после
дующей механической обработки роботы применяются для по
дачи, ориентации, соединения деталей в один комплект, их
взаимного закрепления, установки и снятия комплекта при об
служивании обрабатывающего оборудования. При узловой сбор
ке роботы применяются для поиска и распознавания деталей, их
транспортирования, ориентации, подачи на сборочную пози
цию, контроля размеров, а также правильности и качества соеди
нения и закрепления деталей, для транспортирования и уклад
ки, а если потребуется и упаковки собранного узла. Сборка под
сварку может рассматриваться как операция узловой сборки
и как операция, предваряющая механическую обработку. При
общей окончательной сборке изделия роботы применяют для
транспортирования, взаимной ориентация и установки узлов,
иногда для их соединения, а также для транспортирования го
товых изделий.

228

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Независимо от метода сборки роботы используются для выпол
нения складских, транспортных операций, переноса, установки,
ориентации сборочных единиц, их распознавания, контроля,
отбраковки, а также для проверки качества соединения. Для
выполнения основных операций роботы в основном использу
ются при методе сборки с полной взаимозаменяемостью.
К основным операциям сборки, которые могут быть выпол
нены с помощью роботов, оснащенных соответствующими инст
рументами и приспособлениями, относятся:
• надеть — вставить;
• наложить — вложить;
• раздвинуть — развернуть;
• установить — снять;
• запрессовать;
• свинтить — развинтить;
• склеить;
• склепать;
• сжать — разжать;
• нанести;
• сварить;
• зачистить;
• ориентировать;
• измерить;
• залить.
При роботизированной сборке следует тщательно проверять
детали и узлы на технологичность. Детали не должны быть за
грязнены, иметь забоины, вмятины. Их конструкция должна
быть такой, чтобы они не сцеплялись друг с другом при выходе
из подающего устройства (магазина); в их конструкциях долж
ны быть предусмотрены заборные фаски, конусы, проточки
и т.д. Следует избегать соединений с деталями из легкодефор
мируемых, хрупких и не обеспечивающих сохранения определен
ной геометрической формы материалов. Перед поступлением на
сборочную позицию необходимо проверять, соответствуют ли
параметры детали техническим условиям.
Основные требования, предъявляемые к изделиям (сборочным
единицам), подлежащим сборке на автоматизированном обору
довании с применением роботов:
• разделение на законченные взаимозаменяемые сборочные
единицы, обеспечивающие возможность их сборки независимо
друг от друга;

4.6. Применение роботов на сборочных операциях

229

• возможность сборки с полной взаимозаменяемостью;
• минимальное число соединяемых поверхностей и видов со
единений;
• доступность мест соединений сборочных единиц для кон
троля качества соединения (если таковой требуется);
• возможность последовательной сборки, характеризуемой

наличием базовой детали, с которой последовательно сопрягают
ся присоединяемые детали;
• дополнительные обработка, пригонка и регулирование в про
цессе сборки не допускаются.
Тип и конфигурация базовой детали определяют конструк
цию базирующего приспособления и схему базирования. Усло
вия собираемости, выбор базовых поверхностей при захвате
и монтаже присоединяемой детали, а также последовательность
сборки зависят от пространственного расположения поверхно
стей сопряжения.
Основным признаком классификации типовых сборочных
единиц и комплектов является деление их на комплекты типа
вала (с охватыванием базовой детали) и корпуса (с охватываю
щей базовой деталью). В комплекте типа вала базовой деталью
является вал или другая деталь этой группы, на которую уста
навливают подшипники, зубчатые колеса, втулки, пружинные
стопорные кольца, уплотнительные манжеты и т.д. В комплек
те типа корпуса базовыми деталями являются корпус, фланец,
стакан и т.д., в которые вкладывают присоединяемые детали.
Указанные комплекты являются типовыми практически для
всех изделий в машиностроении.
Наиболее широкое применение в сборочном производстве
получили одношпиндельные и многошпиндельные гайковерты,
вальцующие головки, поворотные многопозиционные столы,
прессы, сварочные головки и т.д. Указанное оборудование, как
правило, имеет настольное исполнение или выполнено в виде
ручного механизированного инструмента. Это позволяет приме
нять его как сменный инструмент, с помощью которого робот
может осуществлять сборку при изменении конструкции соби
раемого узла. Промышленные роботы можно применять как
подъемнотранспортное и загрузочное оборудование или в каче
стве основной технологической единицы. Сборочное оборудова
ние может иметь вертикальное или горизонтальное исполнение.
Приспособления, применяемые для закрепления базовой детали

230

4. Основы автоматизации сборочных процессов

при сборке, обычно идентичны приспособлениям, применяемым
при механической обработке различных видов. По возможности
следует применять универсальные кулачковые и цанговые па
троны, оправки, призмы, центры и другие базирующие и фикси
рующие устройства, обеспечивающие требуемую точность уста
новки и закрепления.
Промышленные роботы в сборочных роботизированных ком
плексах должны обеспечивать всю совокупность перемещений,
необходимых для нормального протекания сборки и зависящих
от требований к участку, номенклатуры и программы выпуска
собираемых изделий, частоты сменяемости изделий и габарит
ных размеров технологического оборудования.
Специфика сборки и необходимость компенсации погрешно
стей позиционирования, захвата и установки деталей выдвига
ют определенные требования к сборочным роботам. Они долж
ны иметь:
• цилиндрическую прямоугольную систему координат ос
новных движений, причем для сопряжения деталей требуется,
как правило, их взаимное прямолинейное перемещение, однако
не исключена возможность и более сложного движения, обеспе
чить которое должен исполнительный орган робота или сбороч
ный инструмент;
• размеры рабочей зоны, достаточные для размещения вспо
могательных устройств, приспособлений и оснастки, необходимых
для сборки, магазинов с инструментами и захватными устройст
вами, подающих устройств и накопителей собираемых деталей,
средств контроля качества сборки;
• не менее трех степеней подвижности, причем должна быть
предусмотрена возможность получения дополнительных степе
ней (до восьми) путем увеличения дополнительных движений ро
бота или сборочных инструментов;
• расширенные возможности стыковки с большим числом
единиц, вспомогательного оборудования (тактовыми столами,
конвейерами, устройствами поштучной выдачи и т. д.);
• устройство автоматической смены захватных устройств
и инструментов, которые могут подключаться к силовой и изме
рительной пневматической или электрической сетям (для робо
тов, выполняющих последовательно несколько различных опе
раций и переходов);

4.6. Применение роботов на сборочных операциях

231

• скорости перемещений исполнительных узлов и кинемати
ческих звеньев, обеспечивающие наибольшую производитель
ность выполнения основных и вспомогательных сборочных пе
реходов;
• возможность перемещения исполнительного узла с требуе
мыми скоростями и усилием подачи режущего инструмента при
необходимости выполнения в процессе сборки операций механи
ческой обработки (сверления, развертывания и др.) либо в этом
случае сборочный комплекс должен быть укомплектован соот
ветствующим обрабатывающим оборудованием, обслуживаемым
роботом.
Рассмотрим некоторые примеры применения промышленных
роботов на сборочных операциях. Роботизированный сбороч
ный комплекс, представленный на рис 4.48, служит для выпол
нения винтового соединения полуформ для литья бетонных

Рис. 4.48. Компоновка роботизированного сборочного комплекса
для винтового соединения полуформ:
1 — система управления; 2 — система наблюдения; 3 — система обзора (те
лекамера); 4 — система освещения; 5 — система распознавания обручей;
6 — система измерения диаметра формы; 7 — ребро жесткости; 8 — фото
элемент; 9 — форма; 10 — обруч; 11 — отверстия под винты; 12 — направ
ление движения форм; 13 — автоматическая отвертка; 14 — датчики ка
сания; 15 — робот с гидроприводом; A, B, D, H, S, T, V — оси перемещения
рабочих органов роботов

232

4. Основы автоматизации сборочных процессов

столбов и включает два робота с гидравлическим приводом.
Один из них используется для наблюдения за помехами при
сборке (обручами и ребрами жесткости) и имеет три степени сво
боды (S — управление сервоприводом, A, D — управление упо
рами). Другой робот используется непосредственно для вставки
и закручивания винтов и имеет четыре степени свободы (T, H —
управление сервоприводами, V, B — управление упорами).
Сборка осуществляется в ходе непрерывного перемещения
формы на транспортере. При завинчивании винтов робот совер
шает синхронное параллельное перемещение вместе с формой,
после чего возвращается в исходное положение.
Технологический процесс сборки включает следующие опе
рации:
1) подача полуформ с обручами в рабочую зону и измерение
их радиусов;
2) определение положения обручей и ребер жесткости с помо
щью сенсорной системы с датчиками касания и расчет коорди
нат отверстий под винты с помощью системы наблюдения;
3) запоминание координат обручей, ребер жесткости и от
верстий;
4) определение положения элементов формы, находящихся
в рабочей зоне, и закручивание винтов (с использованием дат
чиков касания);
5) предохранение роботов перед соударениями с окружаю
щими предметами.
Пример роботизированного сборочного комплекса приведен
также на рис. 4.49.
Роботизированная сборочная линия для сборки электродви
гателей (рис. 4.50) имеет систему управления с сенсорными уст
ройствами искусственного зрения, контролирующую роботов.
В этом случае либо имеет место автоматическое управление ра
ботой линии, либо за работой наблюдает рабочийоператор.
Операторы также заполняют бункеры и склады, выполняют пе
репрограммирование роботов, обеспечивают техническое обслу
живание и устранение неполадок.
В ходе предварительной сборки крышек работают роботы 3
и 6, имеющие телекамеры 4 и 5, с помощью которых выполня
ется контроль качества сборки и коррекция ориентации кры
шек. Более сложные элементы (реле, конденсаторы и т.п.)
монтируются роботами 19 и 10, имеющими телекамеры 7 и 8.

4.6. Применение роботов на сборочных операциях

233

Рис. 4.49. Пример компоновки роботизированного сборочного модуля:
1 — робот; 2 — рабочая зона робота; 3 — подающие устройства; 4 — робо
кары; 5 — сборочные позиции; 6 — транспортеры

Рис. 4.50. Линия роботизированной сборки электродвигателей

234

4. Основы автоматизации сборочных процессов

Подачу подузлов для их схватывания роботами 3, 6, 19, 10 обес
печивают транспортеры 2 и 9 и магазины 1. Далее сборка выпол
няется роботами 18 и 13 с телекамерами 11 и 12, контролирую
щими качество сборки и правильность ориентации двигателя.
Робот 13 имеет также датчик для контроля крутящего момента
при завинчивании винтов. Робот 14 выполняет окончательные
стадии сборки двигателя. При этом камера 15 обеспечивает со
осность соединяемых подузлов. Собранные двигатели перено
сятся на транспортер 16, а освободившиеся палеты — на транс
портер возврата (на позицию монтажа крышек). Соединяемые
детали подаются на позиции окончательной сборки с помощью
транспортера 17.

5
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГИБКИХ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СИСТЕМ

5.1. Особенности эксплуатации ГПС

Рациональная эксплуатация ГПС обеспечивается использо
ванием автоматизированной системы управления, осуществ
ляющей следующие функции:
• подготовка производства;
• управление производством;
• диспетчирование;
• распределение заготовок между станками;
• диагностирование технического состояния оборудования
и инструментов;
• принятие мер по ликвидации возникающих отказов и др.
Важную роль в работе ГПС играют системы ЧПУ, управляю
щие станками, транспортнонакопительными устройствами и др.
В частности, ЧПУ станков выполняют следующие функции:
• автоматическая компенсация погрешностей положения уз
лов станка;
• автоматическое регулирование режимов резания;
• измерение заготовок и обработанных деталей;

236

5. Эксплуатация гибких производственных систем

• технический контроль состояния и поломок инструмента;
• автоматическое измерение размеров и положения инстру

мента с последующей компенсацией положения его режущей
кромки;
• автоматическое управление точностью обработки;
• автоматическое диагностирование технического состояния
оборудования.
Снабжение ГПС заготовками имеет большое значение для
рациональной организации ее работы. Запас заготовок должен
быть таким, чтобы обеспечить максимальную загрузку оборудо
вания, в том числе работающего в режиме «безлюдной техноло
гии». Если деталь обрабатывается на нескольких станках, то
остановка любого из них изза отсутствия заготовок обусловли
вает остановку всех станков, размещенных за ним в последова
тельности технологического процесса. В то же время наличие
заготовок в накопителях позволяет не прерывать производства
деталей.
Запас заготовок в накопительной системе зависит от ряда ор
ганизационнотехнических причин, и прежде всего от надежно
сти работы оборудования. Чем более надежны станки, тем меньше
необходимые межоперационные запасы заготовок. При созда
нии ГПС стремятся, чтобы фактическая производительность
станков, выполняющих различные операции, была одинаковой
во избежание простоев. В многономенклатурном производстве
запас заготовок по количеству и числу наименований больше,
чем в производстве с постоянной номенклатурой.
Хранение заготовок в ГПС обеспечивается на центральном
складе заготовок и готовых деталей; на автономных складах
около станков; одновременно и там, и там. Следует отметить,
что наличие запаса заготовок непосредственно на участке при
водит к увеличению незавершенного производства. Оптималь
ным является запас заготовок, обеспечивающий работу обору
дования ГПС в течение 0,5...2 смен.
Наиболее рациональным следует считать такую организа
цию эксплуатации ГПС, когда заготовки после выполнения од
ной технологической операции сразу поступают на другую,
а окончательно обработанные детали составляют сборочный
комплект и поступают на сборку, минуя различные склады
и накопители.

5.1. Особенности эксплуатации ГПС

237

Наличие в ГПС системы оперативнопроизводственного пла
нирования позволяет минимизировать запасы заготовок, что
обеспечивает производство необходимой продукции в необходи
мое время и в необходимом количестве. При этом большое зна
чение придается решению следующих задач:
1) контролю выпускаемой продукции, что обеспечивает учет
дневных и месячных колебаний количества и номенклатуры
выпускаемой продукции;
2) гарантированию качества выпускаемой продукции, кото
рое предусматривает, что каждый предшествующий процесс об
работки и сборки поставляет на последующие технологические
операции продукцию только заданного качества;
3) обеспечению максимальной производительности труда.
Организация обеспечения инструментом предусматрива
ет доставку к станкам комплекта режущего и вспомогательного
инструмента при смене объекта производства.
Инструментальные магазины большинства станков с ЧПУ,
входящих в состав ГПС, имеют ограниченную вместимость, по
этому запасы инструментов бывают недостаточными для после
довательной обработки нескольких различных деталей.
Ограниченная вместимость инструментальных магазинов
приводит к необходимости замены инструмента в процессе обра
ботки группы деталей или особо сложной детали. В ГПС возможна
замена как отдельных инструментов, так и инструментальных
блоков (по мере их износа). Ручная замена инструмента в мага
зинах нерентабельна, так как приводит к простоям дорого
стоящего оборудования, поэтому указанную операцию обычно
осуществляют в автоматическом режиме.
Технические средства, реализующие автоматическое движе
ние инструментального потока, выполняют следующие функции:
• хранение заданной номенклатуры и требуемого числа инст
рументов;
• транспортирование инструментов к станкам;
• подача инструмента в шпиндель.
Инструментальные потоки в ГПС могут быть централизован
ными, автономными и комбинированными.
Централизованные инструментальные потоки реализуются
специальным конвейером инструментов (или конвейером заго
товок, на котором предусмотрена тара под инструмент). При

238

5. Эксплуатация гибких производственных систем

снабжении из единого инструментального магазина могут воз
никать простои станков изза ожидания инструмента, занятого
в данный момент на другом станке. Для сокращения этих про
стоев используются инструментыдублеры, число, номенклатура
и размещение которых определяют путем моделирования рабо
ты ГПС на ЭВМ.
При наличии автономных инструментальных магазинов на
станках простои изза ожидания инструмента практически от
сутствуют, но зато увеличивается число одинаковых инстру
ментов, эксплуатируемых в ГПС.
Комбинированный инструментальный поток включает в себя
элементы как централизованного, так и автономного потоков.
Для выбора оптимального варианта инструментального по
тока в ГПС необходимо знать:
• время работы каждого инструмента и его стойкость;
• время простоев станков (в том числе изза ожидания инст
румента);
• материальные затраты на инструмент (его стоимость);
• технические средства доставки и хранения инструмента;
• время переналадки при переходе к обработке другой партии
деталей и др.
Общая потребность в инструменте определяется количест
вом инструментов, необходимых для осуществления автома
тического цикла обработки, смены изношенного и замены отка
завшего инструмента.
Количество инструментов для обработки партии деталей оп
ределяется количеством различных инструментов, необходи
мых для пооперационной обработки каждой детали (причем ка
ждый инструмент учитывается только один раз).
Количество инструментов, необходимых для замены изно
шенных и отказавших, определяется расчетным путем с учетом
их стойкости, надежности и необходимого количества инстру
ментовдублеров. Чем шире номенклатура обрабатываемых
в ГПС изделий и чем меньше число деталей в партии (т.е. чем
больше гибкость производства), тем больше требуется инстру
ментов и шире их номенклатура.
Опыт эксплуатации ГПС показывает, что к оборудованию не
обходимо подавать только заранее заточенный и настроенный
на размер режущий инструмент, что требует значительных

5.1. Особенности эксплуатации ГПС

239

затрат времени. В целях сокращения времени на подготовку
производства обычно создаются специальные системы инстру
ментального обеспечения. Такие системы предназначены для
эффективного решения всех вопросов, связанных с работой ре
жущих инструментов:
1) заблаговременная настройка инструментов вне станка;
2) проверка состояния устанавливаемых на станок инстру
ментов и подготовка корректирующих команд для управляв
ших программ;
3) оперативное и наиболее выгодное перемещение инстру
ментов;
4) повышение надежности информации об ожидаемом перио
де стойкости инструментов, что снижает вероятность отказов;
5) рациональная организация оперативной смены инстру
ментов;
6) заблаговременная подача команд на сборку, наладку и другую
подготовку инструментов, что сокращает вынужденные простои;
7) учет и хранение инструментов.
Система инструментального обеспечения состоит из следую
щих основных элементов.
Центральный инструментальный склад (ЦИС) выполняет
функции главного хранилища инструмента. Он же служит пер
вым звеном в системе обслуживания предприятия инструмента
ми. В ЦИСе хранятся только новые и пригодные для работы
инструменты. Обычно их запасы составляют от 25 до 50 % годо
вого расхода. Качество покупного инструмента подвергается
проверке контрольнопроверочным пунктом (КПП) отдела тех
нического контроля (ОТК) завода непосредственно на ЦИСе.
В соответствии с принятой классификацией инструмента
ЦИС делится на секции, стеллажи, полки, ячейки. Ячейки обыч
но отводятся под отдельные типоразмеры инструмента.
Для обслуживания ГПС инструментами применяются:
• автоматические склады с клеточными стеллажами и ав
томатическим стеллажным краномштабелером (складским
роботом);
• автоматические элеваторные склады;
• карусельные склады на основе подвесного и тележечного
горизонтальнозамкнутых конвейеров;
• карусельные склады на основе вертикальнозамкнутого
цепного и роторного накопителей.

240

5. Эксплуатация гибких производственных систем

Из ЦИСа инструменты в соответствии с их технологическим
назначением передаются в инструментально раздаточные
кладовые (ИРК), которые осуществляют:
• обеспечение ГПС режущим и вспомогательным инструментом;
• хранение минимальных запасов режущего и вспомогатель
ного инструментов и технической документации;
• передачу затупленного режущего инструмента в отделение
централизованной заточки инструмента;
• контроль режущего и вспомогательного инструмента (работ
никами центральноизмерительной лаборатории(ЦИЛ);
• учет и списание всех видов инструмента;
• передачу инструмента в ремонт.
ИРК связана с отделениями заточки и ремонта инструмен
тов, которые принимают отказавший инструмент от ИРК, пе
ретачивают (ремонтируют) его и возвращают восстановленные
инструменты обратно.
Участок подготовки инструмента обеспечивает:
• получение из ИРК и хранение режущего, вспомогательного
инструмента и технической документации;
• сборку режущего и вспомогательного инструмента, настрой
ку его на размер;
• размещение настроенных комплектов инструмента в смен
ных магазинах;
• передачу настроенного инструмента в автоматическую
транспортную систему инструментального обеспечения посред
ством роботаманипулятора;
• разборку отработанного инструмента, сортировку по видам
и степени пригодности;
• передачу режущего инструмента и технической документа
ции в ИРК.
При запуске новой партии деталей определяется потребное
число инструментов для ее обработки, и на это число инструмен
тов выдается документация, содержащая следующую информа
цию: дату подготовки инструмента, номер партии деталей, код
комплекта инструмента, номер инструмента и его количество.
При этом в зависимости от нахождения подготовленного инст
румента в алгоритме функционирования системы инструменто
обеспечения предусматриваются соответствующие коды. На
пример, 1 — инструмент находится в ИРК, 2 — инструмент выдан
на станок, 3 — инструмент снят со станка и возвращен в ИРК.

5.1. Особенности эксплуатации ГПС

241

В компьютер с пульта ввода данных, установленного в ИРК,
вводится соответствующее сообщение, которое содержит: код
комплекта инструмента, код местонахождения комплекта (склад
инструментов, магазин инструментов, расположение в накопите
ле и т.п.), номер станка, на который выдан или с которого снят
комплект. Если в сообщении код местонахождения инструмен
та 1 (при принятом нами коде), то компьютер формирует массив
с кодом подготовленного инструмента; при коде 2 в массив до
бавляется номер станка, на который будет выдан комплект; при
коде 3 из массива подготовленных комплектов удаляются код
комплекта и номер станка.
Выходная информация о наличии и местонахождении подго
товленного инструмента выводится на табло или дисплей по за
просу оператора.
Взаимосвязи между элементами системы инструментообес
печения (СИО) показаны на рис. 5.1.
Для комплексного материального обеспечения станков целе
сообразно одновременно с инструментом подавать на станки за
готовки, оснастку и управляющие программы.
Для рациональной организации эксплуатации ГПС, состоящих
из станков с ЧПУ, существенное значение имеет автоматиза
ция контрольноизмерительных и регулировочных операций.
Различают три вида автоматического контроля обрабатываемых
деталей: до начала, во время и после обработки.
Контроль первого предусматривает обмер заготовок, так как
заготовки с повышенным припуском могут вызвать поломки
инструментов. Он направлен прежде всего на обеспечение беспе
ребойной работы оборудования.
Контроль второго вида предназначен для предотвращения
брака в процессе обработки. По данным измерений выдаются
команды на корректировку управляющей программы.
Контроль третьего вида предусмотрен для гарантии качества
готовой продукции. В ряде случаев по данным послеоперацион
ного контроля подаются команды на подналадку оборудования,
которые используют при обработке последующих деталей партии.
Наиболее важным является контроль второго вида, посколь
ку он реализует большинство проверочных функций и позволя
ет в случае необходимости оперативно вмешиваться в процесс
обработки.

242

5. Эксплуатация гибких производственных систем

Рис. 5.1. Взаимосвязи между элементами СИО

Технические средства, применяемые для осуществления кон
троля заготовок и обработанных деталей, разнообразны. Процесс
измерения может быть основан на использовании специальных

5.1. Особенности эксплуатации ГПС

243

стационарных и переносных приспособлений с механическими,
оптическими, электрическими, пневматическими, индуктивны
ми и другими датчиками. Системы автоматического контроля
на станке имеют обратную связь с системой ЧПУ и при необхо
димости позволяют вводить коррективы в программу обработки.
Ранее (см. 3.3) отмечалось, что наиболее эффективным на
правлением в контроле режущих инструментов является их
мониторинг (непрерывный контроль). Все методы диагностики
текущей работоспособности режущего инструмента можно ус
ловно разделить на четыре группы (табл. 5.1), которые, в свою
очередь, можно поделить на методы прямого и косвенного кон
троля. Некоторые методы прямого и косвенного контроля были
описаны в 3.3.
Таблица 5.1
Классификация способов контроля состояния режущих
инструментов
Объект контроля

Контролируемый параметр

Режущий инструмент

Ширина площадки износа
Вибрации
Температура
Остаточная радиоактивность
Расстояние от вершины или режу
щей кромки до постоянной базы

Обрабатываемая деталь

Размеры
Шероховатость обработанной
поверхности
Температура на поверхности

Стружка

Форма
Направление схода
Температура
Радиоактивность

Процесс резания

Длительность цикла обработки
Мощность резания
Силы резания
Вибрации
Акустическая эмиссия
ЭДС в зоне резания
Электрическое сопротивление зоны
контакта «инструмент — деталь»

244

5. Эксплуатация гибких производственных систем

Рис. 5.2. Иерархическая структура токарного ГПМ:
Д — двигатель; РП — ременная передача; Шп — шпиндель; ДСВ — датчик
скорости вращения; Т — тормоз; ШВП — шариковинтовая пара; Тг — та
хогенератор; К — каретка суппорта; ДКП — датчик крайнего положения;
ДОС — датчик обратной связи; Рд — резцедержатель; РИ — режущий ин
струмент; ФСУ — фотосчитывающее устройство; ПУ — пульт управления;
УСО — устройство связи с объектом; БА — блок автоматики; М — магазин;
Мп — манипулятор; П — патрон; Пр — привод револьверной головки;
РГ — револьверная головка; СУ — схема управления; ИУ — исполнитель
ные устройства

5.1. Особенности эксплуатации ГПС

245

Системы диагностики правильности работы станка
связаны с системами ЧПУ. Они обеспечивают проверку на
личия обратных связей между системами станка (например,
отсутствие непрерывной информации о положении узла стан
ка вызывает быстрое неконтролируемое перемещение стола),
а также проверку взаимного положения узлов станка во вре
мени и в пространстве (соответствует ли расположение узлов
и последовательность их работы заданному циклу). При вы
полнении заданного цикла система контроля ожидает его
окончания (сигнала о нахождении в требуемой позиции от соот
ветствующего микровыключателя). Отсутствие сигнала вызы
вает реакцию системы. Если система управления не может
скорректировать выявленное несоответствие, на мониторе сис
темы ЧПУ появляется код ошибки либо текстовая информация
о неисправности.
Для диагностирования оборудования ГПС разрабатывается
его иерархическая структура. Пример такой структуры для то
карного ГПМ показан на рис. 5.2.
Для наиболее быстрого определения причин отказа широко
используется так называемое графдерево ошибок (рис. 5.3).
Для его построения необходимо составить перечень:
• основных элементов и узлов станка;
• действий, которые должны быть правильно выполнены;

Рис. 5.3. Пример графдерева ошибок

246

5. Эксплуатация гибких производственных систем

• повреждений, в результате которых станок не может пра
вильно выполнить то или иное действие;
• условий работы, вызывающих повреждение.
Повреждения и их причины рассматриваются как происше
ствия. Они могут быть записаны как узлы соответствующего
графа, ветви которого описывают существующие причиннослед
ственные связи. На основе графа можно определить, какие при
чины вызвали наблюдаемую ошибку.
Принципы диагностики некоторых узлов и элементов станка
описаны в 3.2.
5.2. Эффективность и организация
работы ГПС
Эффективность работы ГПС. Рассмотрим структуру фонда
времени и основные показатели эффективности использования
станков с ЧПУ, составляющих основу современных ГПС. В ка
честве базы при расчете этих показателей можно использовать
номинальный фонд времени Фн, равный календарному фонду
Фк (годовой календарный фонд составляет 8760 ч) за вычетом
выходных и праздничных дней, а также потерь изза сокраще
ния времени работы в предпраздничные дни (28,9 % Фк), потерь
изза работы только в две смены (20,78 % Фк) и перерывов на
обед (2,97 % Фк).
При двухсменной работе оборудования суммарные потери
времени, связанные с режимом работы, составляют свыше 53 %
Фк. Для ГПМ, обеспечивающих работу в три смены, эти потери
сокращаются до 26 % Фк.
Номинальный фонд времени обычно разбивается на четыре
составляющие:
Фн = Фпар + Фрем + Фппр + Фпр,
где Фпар — суммарное время, затраченное на обработку всех
партий деталей за данный период; Фрем — суммарное время, за
траченное на восстановление работоспособности при отказах

5.2. Эффективность и организация работы ГПС

247

и сбоях оборудования; Фппр — нормативное время на проведе
ние плановопредупредительных ремонтов; Фпр — суммарное
время простоев оборудования по организационным причинам.
Величина Фэ = Фпар + Фрем + Фпр называется эффективным
фондом времени.
Примерное соотношение между Фпар, Фрем и Фпр для станков
с ручным управлением (РУ) и станков с ЧПУ, эксплуатируемых
отдельно и в составе ГПС, показано на рис. 5.4. Рост величины
Фрем для станков с ЧПУ вызван значительным усложнением их
конструкции и как следствие — понижением надежности этих
станков по сравнению со станками с ручным управлением. Раз
деление причин простоев на технические и организационные,
вполне оправданное для отдельно взятых станков, для ГПС в це
лом становится менее четким. Например, простой изза поломки
транспортной системы или предыдущего по технологической
цепочке станка при анализе надежности данного станка будет

Рис. 5.4. Распределение эффективного фонда времени работы
оборудования

248

5. Эксплуатация гибких производственных систем

рассматриваться как чисто организационный, а при анализе
всей ГПС — как простой по технической причине. Поэтому
в ГПС величина Фрем несколько выше, чем для отдельных станков.
Наиболее комплексным показателем эффективности исполь
зования оборудования является коэффициент использования
по штучно калькуляционному времени (часто называемый про
сто коэффициентом использования):
K шт.к =

Ф пар
Фэ

или K шт.к =

Ф пар
Фн

.

Иногда применяется также коэффициент использования по
времени работы по управляющим программам:
Kуп =

Ф уп
Фэ

или Kуп =

Ф уп
Фн

,

где Фуп — суммарное время работы по управляющим програм
мам за исследуемый период.
В качестве комплексного показателя надежности работы обо
рудования применяется коэффициент технического использо
вания, позволяющий оценить эффективность эксплуатации
оборудования без учета простоев по организационным при
чинам:
Ф пар
.
K ти =
Ф пар + Ф рем + Ф ппр
Каждая ГПС разрабатывается для нужд конкретного пред
приятия и является специализированной как по своему техно
логическому назначению, так и по решаемым производствен
ным задачам. Например, в крупносерийном производстве ГПС
в большинстве случаев обеспечивает возможность перехода на
заранее неизвестные модификации изготавливаемой детали
и сохранение работоспособности системы при выходе из строя
одного из станков. В среднесерийном производстве ГПС обеспе
чивает уменьшение размеров партий запуска и комплектное изго
товление деталей с целью сокращения объема незавершенного
производства, в мелкосерийном производстве — снижение себе
стоимости и комплектное изготовление деталей. При этом предпо
лагается, что остальные характеристики (производительность

5.2. Эффективность и организация работы ГПС

249

в крупносерийном или гибкость номенклатуры в мелкосерий
ном производстве) должны быть не ниже (в крайнем случае не
многим ниже) существующего уровня.
Производительность ГПС можно оценить по показателям
технического нормирования.
Нормативное время Т пар на обработку партии деталей на
станке с ЧПУ вычисляется по формуле
Тпар = Тпз + nТшт,
где Тпз — подготовительнозаключительное время на партию де
талей; n — число деталей в партии; Тшт — штучное время обра
ботки детали.
Подготовительнозаключительное время определяется сле
дующим образом:
Тпз = (1 + Kл)(Тпер + Торг + Тпо),
где Kл — доля нормативного времени проведения работ (опера
тивного, на переналадку, на получение и сдачу деталей, пробной
обработки первой детали, ее измерения и внесения изменений
в процесс), добавляемая на отдых и личные надобности рабочего
(для всех видов станков, кроме ГПМ, Kл = 0,04; для ГПМ Kл = 0);
Тпер — время на переналадку станка и технологической оснаст
ки; Торг — время на получение и сдачу деталей и технологиче
ской оснастки, ознакомление с документацией, инструктаж
мастера; Тпо — время пробной обработки первой детали, ее из
мерения и внесения в устройство ЧПУ коррекции для получе
ния требуемых точности и качества обработки.
Штучное время обработки детали рассчитывается по формуле
Тшт = Топ(1 + Kл + Kто),
где Топ — оперативное время обработки детали, Топ = Туп + Трв;
Туп — время работы по управляющей программе, Туп = То + Тв;
Трв — ручное вспомогательное время (на установкуснятие дета
ли и проведение измерений, не совмещаемых с циклом обработ
ки); Kто — доля Топ, добавляемая на техническое и организа
ционное обслуживание рабочего места (для обычных станков
с ЧПУ в зависимости от типа станка Kто = 0,04…0,09; для много
целевых станков Kто = 0,12; для ГПМ затраты на техническое
и организационное обслуживание определяются в расчете не на

250

5. Эксплуатация гибких производственных систем

деталь, а на сутки работы); То — основное время работы (время
резания); Тв — вспомогательное время (время автоматической
смены и подвода инструмента, холостых ходов, а на роботизиро
ванных станках — также время установкиснятия детали).
По мере автоматизации вспомогательных работ Трв перехо
дит в Тв, а величина Топ обычно несколько увеличивается за
счет более медленной смены деталей роботом, проведения в ав
томатическом цикле измерений, совмещаемых рабочим с обра
боткой следующей детали, снижения режимов резания (т.е. уве
личения То) для обеспечения более надежной работы режущего
инструмента. Однако эти потери существенно меньше выигры
ша, получаемого за счет расширения зоны обслуживания (и со
ответственно повышения коэффициента сменности), а для ГПМ,
обеспечивающих работу в режиме безлюдной технологии, — за
счет использования третьей смены (продолжительность работы
увеличивается при этом в 1,5 раза).
При автоматизированной подготовке управляющих программ
для станков с ЧПУ время Туп вычисляется с высокой точностью,
сопоставимой с точностью непосредственного хронометража.
Точность определения подготовительнозаключительного вре
мени Тпз гораздо ниже, поскольку время переналадки Тпер за
висит от последовательности выполнения работ. Кроме того,
при высоких требованиях к точности и качеству обработки фак
тические затраты времени на пробную обработку Тпо сильно за
висят от квалификации оператора (наладчика) станка с ЧПУ.
При заданной организации производства в ГПС величина
Торг может быть принята одинаковой для всех станков или по
крайней мере для всех операций, выполняемых на станках од
ной модели. Для практического расчета Тпер и Тпо можно ис
пользовать следующие формулы:
Тпер = tкр + Nинtин + Sрасtрас;
Тпо = Nинtпин + Nповtпов + SупТуп,
где tкр — время переналадки (смены) крепежной оснастки, уста
новки исполнительных органов станка в исходное положение,
установки программоносителя (вызова управляющей програм
мы) и проверки программы на холостом ходу; Nин — количество

5.2. Эффективность и организация работы ГПС

251

режущих инструментов в наладке; tин — время замены одного
инструментального блока; Sрас — признак выполнения расточ
ки кулачков (Sрас = 0 или 1); tрас — время расточки кулачков;
tпин — время на коррекцию положения одного инструмента;
Nпов — количество измеряемых поверхностей 11го квалитета
и точнее, канавок, обрабатываемых канавочным инструментом,
и резьбовых поверхностей (для станков токарной группы) либо
количество групп отверстий 9...7го квалитета, обрабатывае
мых одним и тем же инструментом (для станков сверлильно
фрезернорасточной группы) и т.д.; t пов — дополнительное
время на коррекцию положения каждого инструмента, исполь
зуемого при окончательном формообразовании; Sуп — признак
включения в Тпо дополнительно времени Туп (Sуп = 0 или 1).
Структура производственного процесса в ГПС. В традицион
ных производствах оперативное внутрицеховое управление ведет
ся на уровне планирования и учета выполнения технологиче
ских операций. Автономная организационная структура ГПС,
наличие автоматизированных систем организации производства
позволяют расширить сферу автоматизированного организаци
онного управления, включив в нее не только основное оборудо
вание, но и службы обеспечения производства, т.е. перейти от
технологического маршрута обработки детали к производствен
ному маршруту выполнения заказа.
Процесс выполнения заказа в ГПС состоит из трех основных
этапов: подготовки производства, собственно изготовления де
талей и сдачи готовой продукции.
Этап подготовки производства в общем случае предусмат
ривает выполнение в разных сочетаниях и в различной последо
вательности следующих действий:
• технологической подготовки производства;
• открытия заказа на изготовление деталей в ГПС;
• получения заготовок;
• входного технического контроля;
• загрузки заготовок на автоматизированный склад;
• технической подготовки запуска;
• монтажа (ориентированного размещения) заготовок в при
способлениях;
• собственно запуска в производство.

252

5. Эксплуатация гибких производственных систем

Рис. 5.5. Схема организации подготовки производства в ГПС:
ОЗ — открытие заказа; ТПП — технологическая подготовка производства;
ПЗ — получение заготовок (полуфабрикатов после выносной операции);
ВТК — входной технический контроль; ЗАГ — загрузка на склад; ТПЗ —
техническая подготовка запуска; МОН — монтаж (ориентированное разме
щение) заготовок в транспортируемые приспособления; ЗАП — запуск
в производство

Рассмотрим содержание и взаимосвязи различных операций
подготовки производства, показанные в виде ориентированного
графа (рис. 5.5).
Технологическая подготовка производства включает разра
ботку маршрутной и операционной технологии, управляющей
программы и необходимой сопроводительной документации.
В ГПС со стабильной номенклатурой, а также при изготовле
нии сложных деталей в случае проектирования специальной
оснастки и т.п. технологическая подготовка (вершина 2) выпол
няется со значительным опережением по отношению к запуску
в производство. При предварительном проведении технологиче
ской подготовки необходимо заблаговременно заказать несколь
ко заготовок и выделить станочное время (иногда значительное)

5.2. Эффективность и организация работы ГПС

253

для отладки управляющей программы непосредственно на стан
ке. Во многих случаях основную долю этого времени занимают
наладка станка и технологической оснастки.
В мелкосерийных ГПС с высоким коэффициентом обновле
ния продукции затраты станочного времени на предварительную
отладку программы могут быть сопоставимы с общим временем
выполнения всего заказа. Поэтому технологическую подготовку
(вершина 4) целесообразно совмещать с первым запуском дета
лей в производство. В опытных же производствах технологиче
ская подготовка часто ведется по фактическим размерам имею
щихся заготовок (вершины 10, 13).
При повторном запуске того же наименования деталей (вход В)
операция технологической подготовки производства считается
априори выполненной.
Открытие заказа. Производственная программа ГПС на те
кущий месяц формируется в конце предыдущего месяца. Помимо
новых заказов, в нее автоматически переходят незавершенные
заказы из старой производственной программы. Производст
венная программа может дополняться и корректироваться в те
чение месяца. В ГПС со стабильной номенклатурой открытие
заказа на изготовление нового наименования деталей (верши
на 5) допускается только после завершения технологической
подготовки производства. В ГПС с высоким коэффициентом об
новления продукции может предусматриваться возможность
не только опережающего, но и оперативного проведения техно
логической подготовки после открытия заказа (вершина 1)
и даже после получения заготовок (вершина 3).
На практике при составлении производственной программы
обычно резервируются некоторые фонды времени, различные
для станков разных моделей. В ГПС со стабильной номенкла
турой резервные фонды используются для отладки программ,
а в ГПС с высоким коэффициентом обновления продукции —
для проведения первых запусков. Кроме того, резервы произ
водственных мощностей необходимы для выполнения срочных
заказов, открываемых в течение месяца.
Получение заготовок и загрузка на склад. Выделение полу
чения заготовок (вершины 3, 7, 12) в отдельную операцию про
изводственного маршрута, не совмещенную с загрузкой на
склад (вершины 9, 14, 19), целесообразно в ГПС, которые имеют

254

5. Эксплуатация гибких производственных систем

небольшой автоматизированный склад, используемый только
для хранения межоперационных заделов работ, и механизиро
ванный склад (накопительную площадку) для хранения загото
вок в период подготовки запуска, а также если загрузке на авто
матизированный склад должны предшествовать монтаж или
ориентированное размещение заготовок в приспособлениях.
После приема сообщения о приходе заготовок автоматизиро
ванная система управления проверяет наличие технологиче
ской информации по данному наименованию деталей (номеру
заготовки). При отсутствии или некомплектности этой инфор
мации выдается задание на срочное проведение операции техно
логической подготовки производства (вершины 10, 13). Если
технологическая подготовка закончена, то при необходимости
выдается задание на проведение технической подготовки запус
ка (вершины 15, 17) и монтажа заготовок (вершина 18). После
завершения этих работ заготовки включаются в задание на за
грузку на склад (вершина 19) или, если они уже загружены, за
пускаются в производство (вершина 20).
Входной технический контроль (вершины 6, 11, 16), как пра
вило, совмещается с приемом заготовок. Результаты контроля,
если они требуются для функционирования автоматизированной
системы управления, сообщаются одновременно с информацией
о получении заготовок.
В зависимости от организации производства в ГПС входной
контроль проводится для всех или только для некоторых наиме
нований деталей. В частности, проведение входного контроля
обязательно, если по данному наименованию деталей допуска
ется несколько вариантов заготовок (и, соответственно, несколь
ко вариантов технологии обработки) и входной контроль нужен
для идентификации номера заготовки. Входной технический
контроль необходим также при проведении технологической
подготовки производства по фактическим размерам пришед
ших заготовок.
Если полученные заготовки не соответствуют имеющейся тех
нологии, то диспетчер ГПС по согласованию с плановодиспет
черским отделом завода принимает решение либо об их возврате
цехупоставщику или передаче в другой цех на доработку, либо
о разработке нового варианта технологии. Адаптация управляю
щей программы к параметрам заготовок может быть проведена

5.2. Эффективность и организация работы ГПС

255

непосредственно на станке с помощью устройства ЧПУ или сис
темы централизованного управления станками. При большом
объеме переделок вводится новый вариант заготовки, и орга
низационнотехническая АСУ выдает задание на срочное
проведение технологической подготовки для этого варианта
(вершины 10, 13).
Техническая подготовка запуска (вершины 8, 15, 17) вклю
чает проверку наличия и комплектности, а также сборку и на
ладку вне станка необходимой технологической оснастки (кре
пежной, инструментальной, измерительной). В зависимости от
принятой организации производства в ГПС подготовка техноло
гической оснастки производится до запуска заказа в производ
ство сразу по всему маршруту обработки либо для каждой тех
нологической операции. Возможны также комбинированные
варианты, когда часть оснастки (например, приспособления
спутники) готовится на этапе технической подготовки запуска,
а остальная оснастка (в частности, комплекты режущего инст
румента) — перед выполнением соответствующей технологиче
ской операции. В некоторых случаях техническая подготовка
запуска проводится по опережающему графику до получения
заготовок (вершина 8).
Монтаж заготовок для корпусных деталей в транспортируе
мые крепежные приспособления и ориентированное размещение
заготовок для деталей типа тел вращения в транспортируемые
приспособления производится до загрузки на автоматизирован
ный склад как отдельная вспомогательная операция, как эле
мент выполнения технологической операции по пути из склада
на станок либо непосредственно на рабочем месте. Монтаж за
готовок в приспособления до загрузки на склад (вершина 18)
характерен для ГПС с высокой степенью автоматизации произ
водственных процессов. Смонтированные заготовки обычно сра
зу запускаются в производство.
Запуск в производство (вершина 20) является чисто инфор
мационным действием и означает включение заказа в список
работ, разрешенных для планирования на станки. Эта операция
выделяется как самостоятельная в тех случаях, когда в ГПС до
пускается предварительная поставка заготовок (например, для
комплектации производственной программы будущего месяца),
причем полученные заготовки накапливаются на складе. При

256

5. Эксплуатация гибких производственных систем

хранении заготовок на накопительной площадке запуск совме
щается с загрузкой на склад. В остальных случаях запуск в про
изводство осуществляется автоматически после завершения
всех предшествующих операций производственного маршрута.
Этап изготовления деталей включает проведение техноло
гических операций, выполняемых на станках с ЧПУ и другом
станочном оборудовании, и дополнительных технологических
операций (термообработки, мойки, сушки, слесарной обработ
ки), выносных операций, а также вспомогательных операций,
предусмотренных технологическим маршрутом.
Выполнение собственно технологической операции в общем
случае состоит из пяти этапов:
1) проведение подготовительных работ на станке, включая
обработку первой детали;
2) технический контроль первой детали;
3) обработка остальных деталей партии, в том числе разме
щенных в различных носителях;
4) операционный технический контроль по каждому носителю;
5) проведение заключительных работ на станке.
Подготовительные работы на станке включают транспор
тировку носителей с заготовками и сменной технологической
оснасткой на рабочее место, переналадку станка, робота и осна
стки, а также проведение комплекса работ по изготовлению
первой годной детали (адаптацию управляющей программы
к параметрам заготовки, пробную обработку первой детали, ее
измерение и внесение коррекций для компенсации погрешно
стей технологической системы). Для роботизированных стан
ков и ГПМ, имеющих собственные магазины заготовок, в состав
подготовительных работ включается также перемещение заго
товок из носителя в магазин.
Подготовительные работы заканчиваются техническим кон
тролем первой детали, после проведения которого техниче
ский контролер выдает разрешение на обработку остальных
деталей.
Операционный технический контроль обычно выполняется
непосредственно на рабочем месте перед отправкой обработанных
деталей на склад. Сообщение о проведении технического кон
троля, поступающее в систему управления ГПС, свидетельст
вует о завершении данной технологической операции и должно

5.2. Эффективность и организация работы ГПС

257

передаваться отдельно по каждому носителю. На станках, ос
нащенных системой автоматического измерения, контроль
деталей совмещен с циклом обработки. Данные о результатах
контроля фиксируются в системе централизованного управ
ления оборудованием и передаются в систему управления ГПС
в режиме реального времени либо после обработки всех дета
лей на носителе. Проведение дополнительного операционного
контроля в этом случае требуется, только если система авто
матического измерения контролирует не все необходимые
размеры.
Заключительные работы на станке включают отправку об
работанных деталей на склад и сдачу использованной техноло
гической оснастки и технической документации.
Вспомогательные операции, регламентированные принятой
организацией производства в ГПС, и такие технологические
операции, как мойка, сушка, вибростарение, могут выполнять
ся в ГПС самостоятельно по отдельным плановым заданиям или
как обязательные элементы технологической операции по пути
со склада на станок и обратно.
Оперативная подготовка технологической оснастки вне стан
ка ведется по опережающему графику во избежание удлинения
производственного цикла. Например, при включении текущей
технологической операции в плановое задание на станок сис
тема управления ГПС параллельно может выдавать задание на
подготовку технологической оснастки для одной или несколь
ких следующих операций (в случае, если эта оснастка не была
подготовлена ранее).
Если монтаж деталей в приспособления производится как
самостоятельная вспомогательная операция, то после подго
товки приспособления и проведения монтажа заготовки на
правляются на автоматизированный склад, а затем в соответствии
с плановыми заданиями подаются на рабочие места. В про
тивном случае заготовки сразу после монтажа направляются
к станкам.
Обработанные детали демонтируются по пути со станка на
склад либо сначала помещаются на автоматизированный склад,
а затем демонтируются в соответствии со специальным плано
вым заданием. Если обработка закончена полностью, то после

258

5. Эксплуатация гибких производственных систем

проведения демонтажа детали помещаются на хранение на ав
томатизированный склад или же сразу подаются в приемосда
точную секцию для отгрузки.
Дополнительный операционный технический контроль в сек
ции технического контроля ГПС назначается технологом после
проведения ответственных технологических операций в случае,
если необходимые измерения нельзя произвести непосредствен
но на рабочем месте.
Выносная операция включает отправку деталей в соответст
вующий цех завода, саму выносную операцию, возврат деталей
в ГПС и т.д.
Этап сдачи готовой продукции в общем случае включает вы
полнение четырех операций: выходного технического контроля
деталей, выгрузки деталей из склада, подбора комплекта дета
лей и отгрузки деталей заказчику.
Выходной технический контроль проводится в секции тех
нического контроля ГПС в тех случаях, когда детали не могут
быть полностью проверены при операционном контроле на по
следней технологической операции. После проведения выходного
контроля процесс изготовления деталей считается законченным.
В большинстве случаев готовые детали подлежат немедлен
ному вывозу из ГПС. Однако совмещение выходного техниче
ского контроля с выгрузкой из склада и отгрузкой заказчику не
всегда возможно, поскольку эти операции выполняются раз
личными службами.
В предметнозамкнутых ГПС при изготовлении узло и ма
шинокомплектов готовые детали в ожидании изготовления все
го комплекта хранятся в ГПС (на складе или на накопительной
площадке), а операции отгрузки предшествует подбор комплек
та деталей. Если задан определенный ритм подачи комплек
тов на сборку, то операции комплектации и отгрузки должны
проводиться с той же периодичностью.
В механосборочных ГПС готовые детали узлокомплекта обыч
но хранятся на складе и после комплектации подаются на сбо
рочную операцию. Собранные узлы, далее рассматриваемые
как детали, могут подвергаться дальнейшей обработке.

Литература
Автоматизация машиностроения / Н.М. Капустин, Н.П. Дья
конов, М.П. Кузнецов; под ред. Н.М. Капустина. М.: Высш.
шк., 2002.
Автоматизация процессов в машиностроении / А.П. Бело
усов, А.И. Дащенко, П.М. Полянский [и др.]. М.: Высш. шк.,
1973.
Автоматизация процессов машиностроения / Я. Буда, В. Га
новская, В.С. Вихман [и др.]; под ред. А.И. Дащенко. М.: Высш.
шк., 1991.
Автоматические роторные линии / И.А. Клусов, Н.В. Вол
ков, В.И. Золотухин [и др.]. М.: Машиностроение, 1987.
Автоматическая загрузка технологических машин: cправоч
ник / И.С. Бляхеров, Г.М. Варьяш, А.А. Иванов [и др.]; под
общ. ред. И.А. Клусова. М.: Машиностроение, 1990.
Балабанов А.Н. Технологичность конструкции машин / А.Н.
Балабанов. М.: Машиностроение, 1987.
Белянин П.Н. Робототехнические системы для машинострое
ния / П.Н. Белянин. М.: Машиностроение, 1986.
Блехерман М.Х. Гибкие производственные системы. Органи
зационноэкономические аспекты / М.Х. Блехерман. М.: Ма
шиностроение, 1988.
Бор Раменский А.Е. Технологические и технические модули
автоматизированного производства / А.Е. БорРаменский. Л.:
Наука, 1989.
Брук И.В. Гибкие механообрабатывающие производствен
ные системы / И.В. Брук, Б.И. Черпаков. М.: Высш. шк., 1987.
Власов С.Н. Транспортные и загрузочные устройства и робо
тотехника / С.Н. Власов, Б.М. Позднеев, Б.И. Черпаков. М.:
Машиностроение, 1988.
Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процес
сов / Л.И. Волчкевич. М.: Машиностроение, 2007.
Волчкевич Л.И. Автоматы и автоматические линии. В 2 т. /
Л.И. Волчкевич, М.М. Кузнецов, Б.А. Усов. М.: Высш. шк.,
1976.
Гавриш А.П. Гибкие робототехнические системы / А.П. Гав
риш, Л.С. Ямпольский. Киев: Вища школа, 1989.

260

Литература

Гибкие автоматизированные производственные системы /
О.М. Калин [и др.]; под общ. ред. Л.С. Ямпольского. Киев:
Технiка, 1985.
Гибкие производственные системы сборки / П.И. Алексеев,
А.Г. Герасимов, Э.П. Давыденко [и др.]; под общ. ред. А.И. Фе
дотова. Л.: Машиностроение, 1989.
Давыгора В.Н. ГПС для сборочных работ / В.Н. Давыгора.
М.: Высш. шк., 1989.
Егоров В.А. Транспортнонакопительные системы для ГПС /
В.А. Егоров, А.Д. Лузанов, С.М. Щербаков. Л.: Машинострое
ние, 1989.
Жолобов А.А. Технология автоматизированного производст
ва / А.А. Жолобов. Минск: ДизайнПРО, 2000.
Клусов И.А. Проектирование роторных машин и линий /
И.А. Клусов. М.: Машиностроение, 1990.
Козырев Ю.Г. Промышленные роботы : справочник / Ю.Г. Ко
зырев. М.: Машиностроение, 1983.
Кошкин Л.Н. Роторные и роторноконвейерные линии / Л.Н.
Кошкин. М.: Машиностроение, 1982.
Лищинский Л.Ю. Гибкие производственные системы Япо
нии / Л.Ю. Лищинский. М.: Машиностроение, 1987.
Металлорежущие системы машиностроительных производств /
О.В. Таратынов [и др.]; под ред. Г.Г. Земскова, О.В. Таратыно
ва. М.: Высш. шк., 1988.
Механизация и автоматизация сборки в машиностроении /
А.В. Воронин, А.И. Гречухин, А.С. Калашников [и др.]. М.: Ма
шиностроение, 1985.
Основы автоматизации машиностроительного производства /
Е.Р. Ковальчук, М.Г. Косов, В.Г. Митрофанов [и др.]; под ред.
Ю.М. Соломенцева. М.: Высш. шк., 1999.
Попов Е.П. Робототехника и гибкие производственные сис
темы / Е.П. Попов. М.: Наука, 1987.
Пуховский Е.С. Технология гибкого автоматизированного
производства / Е.С. Пуховский, Н.Н. Мясников. Киев: Технiка,
1989.
Рабинович А.Н. Автоматизация механосборочного производ
ства / А.Н. Рабинович. Киев: Вища школа, 1969.
Смехов А.А. Автоматизированные склады / А.А. Смехов. М.:
Машиностроение, 1987.

Литература

261

Справочник технологамашиностроителя / под. ред. А.Г. Ко
силовой, Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1985.
Усенко Н.А. Автоматические загрузочноориентирующие
устройства / Н.А. Усенко. М.: Машиностроение, 1984.
Фельдштейн Е.Э. Обработка деталей на станках с ЧПУ / Е.Э.
Фельдштейн, М.А. Корниевич. Минск: Новое знание, 2008.
Хессе С. Рационализация подачи небольших заготовок /
С. Хессе; пер. с англ. С.В. Сулига, В.С. Сулига. Киев: ДП «Фес
то», 2004.
Шабайкович В.А. Ориентирующие устройства с програм
мным управлением / В.А. Шабайкович. Киев: Технiка, 1981.
Шишмарев В.Ю. Автоматизация производственных процес
сов в машиностроении / В.Ю. Шишмарев. М.: Академия, 2007.
Яхимович В.А. Ориентирующие механизмы сборочных авто
матов / В.А. Яхимович. М.: Машиностроение, 1975.
Яхимович В.А. Транспортнозагрузочные и сборочные авто
маты / В.А. Яхимович. Киев: Технiка, 1986.

Оглавление
Список условных сокращений .................................................3
Введение ...............................................................................4
1. Общие сведения об автоматизированных системах
механической обработки.....................................................8
1.1. Автоматические станочные линии.................................8
1.2. Роторные и роторноконвейерные линии ......................14
1.3. Станки с ЧПУ и гибкие производственные модули .......20
1.4. Гибкие производственные ячейки, системы и участки...24
1.5. Структуры ГПС .........................................................33
1.6. Эффективность гибких автоматизированных систем
механической обработки.............................................37
2. Автоматизация производственных процессов изготовления
деталей............................................................................41
2.1. Виды автоматизированных станочных систем,
их состав и области рационального использования .......41
2.1.1. Станки с ЧПУ и многоцелевые станки
токарной группы .............................................41
2.1.2. Станки с ЧПУ и многоцелевые станки
сверлильнофрезернорасточной группы .............50
2.2. Автоматические склады и накопители заготовок
и деталей ..................................................................55
2.3. Автоматизация транспортирования изделий.................64
2.3.1. Транспортные устройства жестких
автоматических линий .....................................64
2.3.2. Транспортные устройства гибких
автоматических линий .....................................73
2.3.3. Транспортные устройства ГПС...........................75
2.4. Автоматизация загрузки и выгрузки изделий ..............81
2.4.1. Устройства приема и выдачи заготовок
автоматических линий .....................................81
2.4.2. Устройства приема и выдачи заготовок ГПС .......87
2.5. Автоматические системы инструментообеспечения .......93
2.5.1. Транспортирование режущих инструментов........93
2.5.2. Станочные инструментальные магазины.............95
2.5.3. Автоматизация смены режущих инструментов ...97
2.5.4. Замена изношенных инструментов ...................102
2.6. Автоматизация отвода стружки.................................105
2.7. Взаимодействие ЭВМ и производственного
оборудования в условиях ГПС ...................................109

Оглавление

263

3. Автоматизация диагностики процесса обработки
и контроля выпускаемой продукции.................................116
3.1. Структура и задачи систем диагностики.....................116
3.2. Диагностика состояния металлорежущих станков.......118
3.3. Диагностика состояния режущих инструментов
(мониторинг) ...........................................................119
3.3.1. Методы прямого контроля...............................120
3.3.2. Методы косвенного контроля...........................127
3.4. Автоматизация контроля точности обработки,
сортировки деталей и размерной подналадки станков ....131
3.4.1. Датчики, используемые в измерительных
системах........................................................133
3.4.2. Устройства пассивного контроля......................148
3.4.3. Устройства активного контроля .......................151
3.4.4. Самонастраивающиеся контрольные системы ....158
4. Основы автоматизации сборочных процессов ....................163
4.1. Сущность и этапы автоматизации сборочных
процессов ................................................................163
4.2. Виды автоматизированного сборочного оборудования.....167
4.3. Автоматизация подачи и ориентирования деталей
в процессе сборки.....................................................178
4.3.1. Классификация форм деталей в условиях
автоматизированной сборки ............................179
4.3.2. Принципы ориентирования деталей в
пространстве ..................................................182
4.3.3. Конструкции загрузочноориентирующих
устройств ......................................................193
4.3.4. Дополнительные бункеры и ворошители...........206
4.3.5. Транспортирующие лотки ...............................207
4.3.6. Магазины и подающие устройства ...................212
4.4. Требования к технологичности конструкции изделий
при автоматической сборке .......................................216
4.5. Автоматизация соединения деталей ...........................221
4.6. Применение роботов на сборочных операциях ............227
5. Эксплуатация гибких производственных систем ................235
5.1. Особенности эксплуатации ГПС .................................235
5.2. Эффективность и организация работы ГПС.................246
Литература.........................................................................259

По вопросам приобретения книг обращайтесь:
Республика Беларусь

Российская Федерация

ООО «Новое знание»
220050, а/я 79, Минск,
пр. Пушкина, д. 15а
Тел./факс: (10-375-17) 211-50-38
E-mail: nk@wnk.biz
http:// wnk.biz

Отдел оптовых продаж «ИНФРА-М»:
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31в, стр. 1
Тел. (495) 380-4260; факс (495) 363-9212
E-mail: books@infra-m.ru
Отдел «Книга–почтой»:
Тел. (495) 363-4260 (доб. 232, 246)

Учебное издание
Среднее профессиональное образование

Фельдштейн Евгений Эммануилович
Корниевич Михаил Анисимович
Автоматизация производственных процессов
в машиностроении
Учебное пособие
Редактор
Художник обложки
Компьютерная верстка
Корректор

С.В. Исаенко
С.В. Ковалевский
Т.Ю. Ваганова
Л.К.Мисуно

Оригиналмакет подготовлен ООО «Новое знание»
Подписано в печать 25.11.2010.
Формат 60×90 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Школьная.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 17,0. Уч.‑изд. л. 13,42.
Тираж 800 экз. Заказ №
ТК 141500-9755
Общество с ограниченной ответственностью «Новое знание»
ЛИ № 02330/0133439 от 30.04.2004.
Ул. Шаранговича, 7213б, 220015, Минск, Республика Беларусь
Почтовый адрес: а/я 79, 220050, Минск, Республика Беларусь
Телефон/факс: (1037517) 2115038
Email: nk@wnk.biz http://wnk.biz
Издательский Дом «ИНФРА‑М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31в
Тел.: (495) 380‑05‑40, 380-05-43. Факс: (495) 363‑92‑12
E‑mail: books@infra‑m.ru http://www.infra‑m.ru