№ операции
|
Наименование операции
|
Тш-к, мин
|
005
|
Фрезерная
|
4,2
|
010
|
Комбинированная
|
22,3
|
015
|
Комбинированная
|
020
|
Слесарная
|
|
025
|
Моечная
|
|
030
|
Контрольная
|
|
|
|
|
|
1. Сущность и структура
гибкого автоматизированного механизма
Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) – это гибкая
производственная система, состоящая из нескольких единиц технологического
оборудования, объединенных автоматизированной системой управления, оснащенных
единым устройством загрузки и транспортирования заготовок, в которой
технологическое оборудование расположено в принятой последовательности
технологических операций. Поскольку технологическое оборудование ГАЛ
расположено в строгой очередности, определяемой маршрутом обработки, то ГАЛ
отличаются невысокой гибкостью и переналаживаемостью, что обуславливает
ограничение номенклатуры изделий, изготавливаемых на линии. Ввиду этого ГАЛ
ориентированы в основном на групповую обработку. Гибкость ГАЛ определяется
типом используемого оборудования.
Оборудование ГАЛ может располагаться как в последовательном
порядке (в одну линию), так и параллельном (в несколько рядов) и в
параллельно-последовательном. В нашем случае использовано последовательное
(линейное) расположение станков. Станки обращены лицевой стороной к складу.
Возле каждого станка располагается накопительная станция, на которой
устанавливается тара с заготовками или готовыми изделиями. На фрезерной (005) и
совмещенной комбинированной (010,015) операций для автоматизированной загрузки-разгрузки
станков применяются приспособления – спутники, что целесообразно при обработке
корпусных деталей. Особенностью ГАЛ является последовательное перемещение
заготовок от одной единицы технологического оборудования к другой в
соответствии с маршрутной технологией. Поэтому детали перемещаются
транспортными устройствами от станка к станку по мере изготовления партии
деталей.
Для транспортирования применяют краны-штабелеры, либо другие
транспортные устройства.
2. Структура основного технологического оборудования
Основное
технологическое оборудование в ГАП должно удовлетворять ряду требований:
• Высокий уровень автоматизации основных и вспомогательных
операций
• Возможность быстрой автоматизированной переналадки при смене
объектов производства
• Широкие технологические возможности, способствующие реализации
принципов концентрации и комплексности производственного цикла.
• Обеспечение необходимой производительности и качества
изготовления изделий.
Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет оборудование с ЧПУ,
на основе которого и построена проектируемая ГАЛ.
В соответствие с вышеизложенными положениями принимаем следующие
модели технологического оборудования:
– Для фрезерной операции (005) применяем сверлильно-фрезерно-расточный
станок 400V с
прямоугольным столом и вертикальным шпинделем, размер рабочей поверхности
400*900 мм, габаритные размеры 2400*2200*2640, масса 4700 кг, емкость инструментального магазина – 20 позиций;
– Для комбинированной операции (010. 015) применяем станок с
расширенными технологическими возможностями – сверлильно-фрезерно-расточный 500HS с поворотным столом и
горизонтальным шпинделем, размер рабочей поверхности – 630*630 мм либо
Ф500 мм, габаритные размеры 4300*2850*3200, масса 8000 кг, емкость инструментального магазина – 20 или 40 позиций.
Расчет
количества станков
Количество станков-дублеров на операции определяют по зависимости:
где – средний такт выпуска
деталей;
ТШТ-Ki – станкоемкость обработки детали на I-й операции.
где F – эффективный годовой фонд работы оборудования (для трехсменной
работы на станках с ЧПУ принимается равным 5835 ч);
åNj – суммарный годовой объем
выпуска деталей на линии (Nå).
Определим средний такт выпуска деталей:
= 5835/21400=0,27 ч=16,36 мин.
Определим расчетное количество станков на каждой операции SPi и принятое количество SПi, определяемое путем
округления расчетного количества увеличением до целого числа, а также
коэффициент загрузки оборудования hi, определяемый отношением
расчетного значения количества станков к принятому количеству.
1) Для станка 400V (005 операция): SP1 =4,2/16,36=0,26
Sn1 =1, h1=0,26/1=0,26;
2) Для станка 500HS (010, 015 операции): SP2 =22,3/16,36=1,36,
Sn2=2, h2=1,36/2=0,68.
Итого: 3 станка.
Помимо вышеперечисленного оборудования в состав ГАЛ входит:
моечно-сушильный аппарат МСА-031 с габаритными размерами 4830x3375*2865 мм;
координатно-измерительная машина с габаритными размерами 1365x1082х2185 мм.
Межстаночное расстояние принимаем равным 1300 мм, тогда с
учетом габаритов станков получаем длину линии:
Lл= 2400+2*4300+4830+1365+4*1300 = 22395 мм = 22 м 395 мм.
3. Сущность
автоматизированных транспортно-складских систем
Автоматизированная складская система (АТСС) – система взаимосвязанных
автоматизированных транспортных и складских устройств для укладки, хранения,
временного накопления и доставки предметов труда, технологической оснастки.
По характеру организации потоков заготовок и деталей АТСС можно
подразделить на:
– АТСС с единой системой складирования и транспортирования
– АТСС с раздельными подсистемами складирования и
транспортирования
Разнообразие компоновочных решении АТСС определяется, главным
образом, реализацией транспортных потоков и может быть сведено к четырем типам:
1.
АТСС
с краном-штабелером и совмещенными подсистемами складирования и
транспортирования;
2.
АТСС
с рельсовым транспортом и раздельными подсистемами складирования и
транспортирования;
4. АТСС с конвейерами,
причем подсистемы складирования и транспортирования могут существовать как в
совмещенном, так и в раздельном вариантах.
Выбор типа АТСС производится в соответствии с алгоритмом,
представленном блок-схемой в учебном пособии /8/.
Учитывая характер проектируемой ГПС, выбираем АТСС с единой
системой складирования и транспортирования.
Основной расчетной характеристикой склада является его емкость,
которая определяется через число наименований (Кнаим)
деталеустановок, изготавливаемых в ГПС в течение месяца:
Кнаим=
где FCT – месячный фонд времени работы станка, ч;
S – число станков в ГПС;
Тср – средняя станкоемкость изготовления одной
деталеустановки, мин;
Nмес – месячный объем выпуска детали-представителя;
FCT =F*h3/12,
где, h3 – нормативный коэффициент загрузки
оборудования, h3 =0,8;
F – эффективный годовой фонд времени работы оборудования, при трехсменной
работе F=5835 ч. (станки с ЧПУ)
Fст=5835×0,8/12=389 ч.
Nмес=800/12=67 шт.
,
где, Тci – станкоемкость изготовления
детали-представителя на I-й операции;
m – число операций технологического процесса,
Тср=(4,2+22,3)/2=13,25 мин.
Кнаим=
Полученное число определяет минимальное число ячеек склада при условии,
что для каждой деталеустановки используется только один стол-спутник с
приспособлением. Для нормальной работы ГПС необходимо, чтобы емкость склада
имел некоторый запас (около 10%), тогда оптимальная емкость склада будет равна:
Ес=1,1 * Кнаим= 1,1*78,87 = 86,76 = 87 ячеек.
Более удобно иметь несколько спутников на одну деталь-установку,
чтобы уменьшить время пролеживания заготовок на складе.
Определим ориентировочную длительность цикла изготовления детали
при маршруте:
ПЗРСтеллажСт1 (Оп.005)Ст2 (Оп. 010,015)МСАКИМСтеллаж
ПЗР
где, ПЗР –
позиция загрузки-разгрузки детали в приспособлении-спутнике;
Ст – станок;
МСА –
моечно-сушильный агрегат;
КИМ –
координатно-измерительная машина).
Принимаем:
Время загрузки-разгрузки детали в приспособлении – спутнике – 3 мин.
Время транспортирования – 1 мин.
Время контрольной операции – 6 мин., время моечной операции –
3 мин.
Тц = 7*1 мин +2*3 мин +1*3 мин + 6 мин
+ 4,2 мин +22,3 мин = 48,5 мин.
Тогда при такте выпуска 16,36 мин потребуется 48,5/16,36 = 3
спутника.
Емкость
склада равна 87 ячеек* 3 спутника = 261 ячейка.
С учетом
размеров спутника выбираем склад с краном-штабелером модели СА-ТСС – 0,16
с ячейкой 600*400*250 мм (по табл. 1.4 /8/), который обладает следующими
характеристиками:
грузоподъемность
– 160 кг,
высота
стеллажа – 4000 мм,
скорость
передвижения крана-штабелера – 1,00 м/с
скорость
выдвижения грузозахватного органа – 0,25 м/с.
Располагая
склад вдоль станков и принимая его однорядным, рассчитаем число ярусов и высоту
склада. Если принять длину склада равной длине линии, то на длине 22,395 м
разместится 22395/600=37 ячеек.
Тогда высота
склада составит 261/37=7 рядов.
Полная высота
склада: 7*250+450=2200 мм., что не превышает предельной высоты
обслуживания по технической характеристике крана-штабелера.
Расчет количества позиций загрузки-разгрузки спутников
Определим время загрузки-разгрузки приспособления спутника. Время
загрузки-разгрузки приспособления-спутника принимаем для схемы базирования
детали на столе с креплением четырьмя болтами и планками /1, стр. 246/.
τ з-р = 3,0 мин.
n поз = τ з-р*Кдет/(F поз*60)
Кдет = 21400*3/12 = 5350
Тогда,
Fпоз.= Fр*Ксм/12 = 1820*3/12 = 455 ч
где, Fр – эффективный годовой фонд времени работы рабочих;
К см – количество рабочих смен в сутках.
n поз = 3*5350/(60*455) = 0,59 = 1
Расчет количества транспортных устройств и их загрузки
Количество транспортных устройств АТСС определяется временем их
работы:
Ктр=Ттр/Fтр,
где, Ттр – суммарное время работы транспортного
устройства в течение месяца, ч;
Fтр – месячный фонд работы транспортного устройства, ч (381 ч
для 3-х сменного режима работы).
Для крана-штабелера:
где, Тстел-ст,
Тст-ст, Тпоз-стел – время перемещения от стеллажа к
станку, от станка к станку и от позиции загрузки к стеллажу соответственно;
Кстел-ст,
Кст-ст, Кпоз-стел – количество соответствующих перемещений.
Количество и
характер перемещений крана-штабелера определим по циклу его работы:
ПЗРСтеллажСт1 (Оп.005)МСАСтеллажПЗРСтеллажСт2 (Оп. 010,015)Ст3
(Оп. 010,015)МСАКИМСтеллаж ПЗР
где, ПЗР –
позиция загрузки-разгрузки детали в приспособлении-спутнике;
Ст – станок;
МСА –
моечно-сушильный агрегат;
КИМ –
координатно-измерительная машина).
Из
приведенного выше маршрута прохождения заготовки через ПЗР, станки, МСА и КИМ:
«Позиция –
стеллаж» – 4 перемещения;
«Станок –
станок» – 4 перемещения.
Тогда, при
месячном выпуске 1784 шт. (21400/12 = 1784 шт.):
К поз-стел =
7136;
К стел–ст =
7136;
К ст-ст = 7136.
Рассчитаем
время перемещений. Длины перемещений найдем графоаналитическим путем (со схемы,
построенной в определенном масштабе).
l=3.45 м
|
l=6.8 м
|
l=16.115 м
|
l=9.315 м
|
l= 3.45 м
|
l= 3.45 м
|
l=2.15 м
|
l=3.45 м
|
l=11.465 м
|
l=5.865 м
|
l=4.3975 м
|
l= 13.7125 м
|
l= 3.45 м
|
Средняя длина
перемещений:
«Стеллаж-позиция»:
l=3.45 м
«Стеллаж-станок»:
l=м
«Станок-станок»:
l=м
Средняя длина
вертикального перемещения: 2200–450 = 1,75 м
В общем
случае Т=2*(Тк+Тпод+ Тсп), где Тк – время передачи кадра управляющей программы
от ЭВМ к системе ЧПУ транспортного устройства, принимаем Тк=0,02 мин; Тпол
– время подхода транспортного устройства к заданному месту, мин; Тсп – время
съема-установки стола-спутника, тары или заготовки, принимаем Тсп =0,15 мин.
Время подхода
КШ равно:
где, L и V – перемещения и скорости по соответствующим координатам. Скорости
определяются по технической характеристике крана-штабелёра (уч. пособие, с. 14).
Тпод поз-стел= 3.45 / 60+1,75 / 12=0,2 мин;
Тпод ст-ст=7.09 / 60 +0/12 =0.12 мин;
Тпод стел-ст=9.46 / 60+1,75 / 12=0,3 мин;
Принимая Тк=0,02 мин., Тсп =0,15 мин
получим
Т поз-стел=2·(0,02+0,2+0,15)=0,74 мин;
Т ст-ст=2·(0,02+0.12+0,15)=0,58 мин;
Т стел-ст=2·(0,02+0,3+0,15)=0,94 мин;
Подставляя найденные значения в формулу получим время загрузки КШ:
Ткш=(7136·0,74+7136·0,58+7136·0,94) / 60=268,79 ч
Тогда коэффициент загрузки крана-штабелера составит:
Ккш=268,79 / 381=0,71
На основании найденного значения коэффициента загрузки крана-штабелера
делаем вывод о целесообразности выбора АТСС 1 типа.
4. Автоматизированные
системы инструментального обеспечения
Автоматизированная
система инструментального обеспечения – система взаимосвязанных элементов,
включающая участки подготовки инструмента, его транспортирования, накопления,
устройства смены и контроля качества инструмента, обеспечивающие подготовку,
хранение, автоматическую смену и замену инструмента.
Все
разнообразие компоновочных схем АСИО можно свести к 6 типам:
Тип 1 – АСИО
с запасом инструментальных комплектов, размещенных в инструментальных магазинах
станков ГПС;
Тип 2.1 – АСИО
с автоматизированным складом (накопителем) инструментальных комплектов при
каждом станке ГПС;
Тип 2.2. 1 – АСИО
с совмещенными подсистемами складирования и транспортирования инструментальных
комплектов;
Тип 2.3 – АСИО,
объединенная с АТСС;
Тип 3 – АСИО
со сменными инструментальными магазинами.
Блок-схема
алгоритма выбора типа АСИО представлена в /8/.
При выборе
типа АСИО определяющим является суммарное количество, необходимых для обработки
месячной нормы деталеустановок:
Кин=Кнаим (К1+КД),
где, Кнаим – число
наименований деталеустановок;
К1 – число
инструментов для обработки одной деталеустановки;
КД – число
инструментов-дублеров на одну деталеустановку. Дублеры необходимы для
инструментов с малой стойкостью (сверла, особенно малого диаметра). В расчетах
можно принимать КД=2–3.
,
где, Тср – средняя
станкоемкость обработки одной деталеустановки;
Тин – среднее
время работы одного инструмента;
kS-число типоразмеров
инструментов, требуемых для полной обработки детали-представителя;
m – число
операций технологического процесса изготовления детали-представителя.
Из
технологического процесса находим kS=25, m =2.
К1=25/2 =12,5;
Кд=2, Кнаим=78,87 (из расчета АТСС).
Кин=78,87·(3+2)=1143,615
Поскольку
инструменты, входящие в АСИО хранятся не только на цен
тральном инструментальном складе, но и в магазинах станков, то емкость ЦИС
определяется как
Еис=Кин -Еmci,
где Еmci – емкость
инструментального магазина i-го станка ГПС.
Габаритные
размеры инструментального склада определяются в зависимости от найденной
емкости и размеров ячейки (шага) t=120… 200 мм.
Еmci =60, Еис =1143,615 – 60
= 1083,615
Hис=500+450=950 мм.
Расчет
загрузки транспорта АСИО
В АСИО смена
инструментов осуществляется роботами-операторами (РО), работа которых во многом
напоминает работу штабелеров. Для расчета количества роботов-операторов
(коэффициента их загрузки) необходимо знать суммарное время их работы:
Кро=Тро/Fpo,
где Тро – суммарное
время работы робота-оператора в течение месяца, ч;
Fpo – месячный
фонд времени работы робота-оператора, ч.
В свою
очередь суммарное время работы робота-оператора будет зависеть от типа системы
инструментообеспечения.
Для расчета
загрузки РО на складе примем, что инструмент, необходимый для доставки
находится в центре склада. Считаем, что инструмент доставляется к станку без
очередности их загрузки и без учета инструментальной емкости
магазинов-накопителей при станках.
Среднее перемещение
робота-оператора на инструментальном складе: Lcp(ис)=0.5 Lис = 22,395*0,5 =
11.2 м
Среднее
перемещение робота-оператора при доставке инструмента к инструментальному
магазину станка (определяется графоаналитическим методом по схеме):
Lср (им) = (6,8+2,15+3,45)/
3=4,13 м.
Определим
основные расчетные характеристики робота-оператора, характеризующие его работу в
линии.
Твв=6Тк+4Tпод+2Тпов+3
(Тв+Тп)+Тчк;
Тсм=4Тк+3Tпод+2
(Тв+Тп)+Тпов,
где Твв – время
ввода-вывода одного инструмента;
Тк – время
передачи управляющей команды от ЭВМ к роботу-оператору;
TПОД – среднее
время подхода робота-оператора к заданному гнезду;
Тв – время
выполнения роботом-оператором перехода «взять инструмент»;
Тп – время
выполнения роботом-оператором перехода «поставить инструмент»;
Тсм – время
смены одного инструмента;
Тпов – время
поворота захвата на 180°.
Тк=0,02 мин;
Тчк=0,1 мин;
Тв=Тп=0,2 мин;
Тпов=0.04 мин.
Время,
необходимое для осуществления тех или иных действий робота-оператора
определяется исходя из совершаемых перемещении и скоростей этих перемещений.
Vх=60 м/мин;
Vy=15 м/мин.
Принимаем, = 0,8 м. = LCP(им)= 4,13 м
Исходя из
найденных перемещений по известным значениям скоростей перемещения, найдем
время подвода робота-оператора к заданной точке инструментального склада или
инструментального магазина:
Тпод(ис)=11,2/60+0,8/15=0,24 мин
Тпод(им)=4,13/60+0,8/15=0,12 мин
Твв=6·0,02+4·0,24+2·0,04+3·0,4+0,1=2,46 мин
Тсм=4·0,02+3·0,12+2·0,4+0,04=1,28 мин
Найдем
коэффициент загрузки робота-оператора:
Рассчитаем
суммарный коэффициент загрузки кранов-штабелеров и робота-оператора:
К=Ккш+Кро=0,71+0,19=0,9
На основании
значения суммарного коэффициента загрузки делаем вывод, что в нашем случае
имеем общий для всех станков инструментальный склад. Функции складирования,
транспортирования и смены инструмента осуществляет робот-оператор.
Библиографический список
1. Обработка металлов
резанием: Справочник технолога. /Под ред. А.А. Панова. – М.:
Машиностроение, 1988. – 736 с.
2. Роботизированные
технологические комплексы и гибкие производственные системы в машиностроении:
Альбом схем и чертежей: Учеб. пособие для вузов /Под ред. Ю.И. Соломенцева.
– М.: Машиностроение, 1989. – 846 с.
3. Справочник
технолога-машиностроения: В 2-х т. Т. 1. /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.
– М.: Машиностроение, 1985. – 656 с.
4. Справочник
технолога-машиностроения: В 2-х т. Т. 2. /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.
– М.: Машиностроение, 1987. – 496 с.
5. Технологические основы ГПС.
/Под ред. Ю.С. Соломенцева. – М.:Машиностроение, 1991. – 240 с.
6. Козырев Ю.Г. Промышленные
роботы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1988.-392 с.
7. Кузнецов М.М. и др.
Автоматизация производственных процессов /Под ред. Г.А. Шаумяна. – М.:
Высш. шк., 1978. – 431 с.
8. Моисеев Ю.И., Катюк В.А. Классификация
и выбор систем складирования, транспортирования и инструментального обеспечения
гибких автоматизированных производств: Учеб. пособие. – Курган: Изд-во КМИ,
1993. – 58 с.
9. Моисеев Ю.И. Технологическое
проектирование гибких производственных систем в машиностроении: Учеб. пособие. –
Курган: Изд-во КМИ, 1996. – 87 с.