Автоматизация производства в машиностроении

Автоматизация производства в машиностроении

Введение

Автоматизация производства в машиностроении представляет собой самостоятельную комплексную проблему. В курсовой работе требуется решить эти проблемы. Ее проблема направлена на создание нового современного оборудования, технологических процессов и систем организации производства, функционирование которых нераздельно связано с улучшением условий труда, ростом качества продукции, сокращение потребности и рабочей силе и с систематическим повышением прибыли.

В курсовой работе создаем новый автоматизированный технологический комплекс, позволяющий решить задачу повышения производительности надежности и точности обработки детали типа фланец при обеспечении экономически оправданной гибкости производства.

В курсовой работе решается конструкторская задача путем сравнительного анализа вариантов. Производим выбор базового проектируемого устройства (шнекового механизма удаления стружки) и осуществляем доработку до необходимых параметров роботизированного технологического комплекса.

шнековый фланец циклограмма робот

1. Анализ исходной информации для разработки РТК

Данный раздел является подготовительным этапом выполнения курсовой работы. Цель подготовительного этапа - уяснить задачу, изучить состояние вопроса и подготовить техническое обоснование разрабатываемого РТК.

Уяснение задачи требует всестороннего изучения и анализа задания.

Таблица 1- Исходные данные

Рис. 1. Фланец

Определим к какому типу тела вращения относится наша деталь (L/D>3-вал; 1<L/D<2,5 - втулка; L/D<0,5 - фланец).

Из соотношения видна что наша деталь будет являться фланцем.

Расчет максимального веса заготовки (при ), которая является одной из основных критериев выбора промышленного робота.

Изучение состояния вопроса начнем со сравнительного анализа существующих РТК и выберем базовый вариант. Анализу подлежат как основные параметры РТК (производительность, организационная форма технологического процесса, структурная компоновка), так и их отдельные элементы (транспортно-накопительные средства, технологическая оснастка, устройство диагностики и контроля удаление стружки и др.).

Таблица 2 - Роботизированные технологические комплексы

Техническое обоснование разрабатываемого РТК. Базовым вариантом выбираем МРК40-202 в пользу него говорит то что он предусматривает совпадение габаритных размеров и массы детали. Кроме этого в пользу варианта МРК40-202 при сравнении его с РРТК-1.Д98 говорит то что почти по всем показателям вариант МРК40-202 выше. Это видно из таблицы 2.

2. Указания к выполнению технологических разработок

2.1 Типы и формы организации производства

Тип производства определяется согласно ГОСТ14.004-83, используя коэффициент закрепления операций.

- Суммарное число различных технологических операций, выполняемых на РТК в течении месяца.

С - Количество единиц оборудования, выполняющего эти операции.

Коэффициент  определяет число переналадок производства в течении месяца. При - производство массовое; если 10- крупносерийное; 20- среднесерийное; 40  - мелкосерийное; - единичное.

В нашем случае производства является среднесерийным.

Для серийного производства количество деталей в партии ориентировочно можно определить из соотношения;

 годовая программа выпуска деталей различных наименований;

а - число дней, на которые необходимо иметь запас деталей для обеспечения сборки (2-5 дней для крупных деталей, 5-12 дней для мелких деталей);

F - число рабочих дней в году (при пятидневной недели F=253 дня).

Мерой ритмичности и непрерывности работы РТК является такт выпуска деталей, шт./мин.

 действительный годовой фонд времени работы оборудования (при двухсменной работе );

 планируемый коэффициент загрузки оборудования;

Форму организации производства на участке (РТК), а также решение некоторых других технических и организационных вопросов принимают на основе требований ГОСТ 14.301-83.

ГОСТ 14.301-83 это раздел «Единой системы технологической подготовки производства» (ГОСТ 14.001-73). В этот раздел входят установка видов и общие правила разработки технологических процессов, исходная информация и перечень основных задач на этапах их разработки.

Разрабатываемый технологический процесс должен быть прогрессивным, обеспечить повышение производительности труда и качества деталей, сокращение трудовых и материальных затрат на его реализацию, уменьшение вредных воздействий на окружающую среду.

Технологический процесс разрабатывается на основе имеющихся типовых или групповых технологических процессов. По технологическому классификатору формируют технологический код. По коду изделия относят к определенной классификационной группе и действующему для нее типовому или групповому технологическому процессу. При отсутствии соответствующей классификационной группы технологический процесс разрабатывают как единичный.

Важным этапом разработки является нормирование технологического процесса. Нормирование включает: расчет и нормирование труда на выполнения процесса; определения разряда работ и обоснование профессии исполнителей для выполнения операции и зависимости от сложности этих работ; расчет норм расхода материалов, необходимых для реализации процесса. В ходе разработки определяется требуемая охрана труда. Целесообразность использования средств вычислительной техники. На завершающем этапе разработок выбирают оптимальный вариант технологического процесса и рассчитывают его экономическую эффективность на основе существующих методик.

При разработке технологического процесса необходима исходная информация.

Исходная информация: рабочие чертежи деталей, технологические требования, регламентирующие точности, параметры шероховатости поверхности и другие требования качества; объем годового выпуска изделия, определяющей возможности поточного производства.

Технологическая унификация особенно в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства, способствует решению таких задач его рациональной организации, как внедрение поточных методов, создание замкнутых участков и автоматических линий, кооперирование и специализация.

Принципы современной теории организации производства.

Целевая специальная система (участок цеха) с выдачей на выход законченных частей (деталей, сборных единиц) или готового изделия.

Обеспечение целостности системы за счет необходимого единства и достаточности ее элементов состава (орудий, средств труда, рабочей силы)

Обязательное наличие плана функционирования для достижения заданной цели и критериев (показателей)./3, с 13-44/

2.2 Классификация и кодирование деталей

Перед разработкой унифицированных (типовых, групповых) технологических процессов необходимо провести классификацию деталей по конструктивным и технологическим признакам с учетом формы организации производства. Классификация предусматривает формирования конструктивно-технологических групп и разработку комплексных деталей./3, с50-86/.

Унификация имеет ретроспективный характер и в общем случае, сводится к выбору, например при конструировании, всех ранее спроектированных объектов, обладающих определенными (заранее заданными) свойствами, их анализу и разработке ограниченного типоразмерного ряда, отвечающего всем требованиям текущих и перспективных задач проектирования. В основе решения задач унификации лежит систематизация отобранных объектов по наиболее важным признакам, исследование причинно-следственных связей между конструкций (содержание) объектов выполняемыми ими функциями и выявление закономерностей построения ограниченных типоразмерных рядов, регламентируемых стандартами предприятия.

Рис. 2.2.1 - Унификация технологического процесса

Типизация технологических процессов может вестись в двух направлениях. Первое заключается в проведении такой классификации самих деталей, в результате которой выявляется определенное число типов: причем детали одного типа должны обрабатываться по принципиально общему типовому технологическому процессу.

Первое направление нужно считать основным, второе вспомогательным.

Цель типизации - стандартизовать технологический процесс и добиться, чтобы обработка одинаковых и сходных деталей осуществляется с помощью общих, наиболее совершенный и эффективный метод. Любая деталь представляет собой ту или иную совокупность элементарных поверхностей.

Типовой технологический процесс характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций для изделий, обладающих общими конструктивными элементами.

Создание типовых технологических процессов позволяет избежать повторных и новых разработок при проектировании рабочих технологических процессов, что ведет к сокращению времени на технологическую подготовку производства и обеспечивает единство технологических решений.

Рис. 2.2.2 - Типизация технологических процессов

Группирование деталей представляет собой сложный процесс, требующий высокую квалификацию, специальных знаний теории и навыков.

Групповой метод - это такой метод унификации технологии производства, при котором для групп однородной по тем или иным конструкторско-технологическим признакам.

Принципиальными основами группового метода производства является: классификация и группирования деталей, видов работ, технологических процессов и средств технологического оснащения, классификация и конструирования группового приспособления и другой технологической оснастки; внедрение групповых поточных и автоматических линий; создание группового участка и цехов.

Групповые переналаживаемые приспособления проектируются для групп деталей, имеющих сходство по способам установки и закрепления. Обработка деталей различной конфигурации с помощью одного специализированного группового приспособления обеспечивается благодаря использованию сменных или регулируемых элементов.

Детали, входящие в образованную группу, должны иметь;

Однородные по форме и расположению поверхности, обеспечивающие базирование и закрепления в рабочей зоне обрабатывающего оборудования без дополнительной выверки;

Ясно выраженные базы и признаки ориентации, позволяющих ориентировать их транспортирование и складирование в ориентированном положении с использованием стандартной оснастки.

Конструкцию, обеспечивающую надежность захвата, удержание и переноса ее захватными устройствами промышленного робота.

Кроме этого, конструкции детали должны быть технологическими, соответствовать общим правилам, установленным ГОСТ 14.201-83.

2.3 Последовательность изготовления детали

Последовательность изготовления детали в значительной мере зависит от вида исходной заготовки и методы ее получения.

Материал детали чугун ВЧ 42-12, масса . Для данной детали исходной заготовкой является отливка.

Совмещенный чертеж заготовки и детали, а также припуски на обработку.

Назначение последовательности изготовления детали (для детали имеющие не менее 8 поверхностей) включает.

Выбор технологических баз;

Выбор методов обработки;

Разработка маршрутного технологического процесса.

Выбор технологических баз осуществляется на основании следующих общих положений:

1.         На первой операции при обработки литых и штампованных заготовок можно использовать необработанные поверхности с наибольшими припусками;

2.       при переходе от одной операции к другой необходимо соблюдать принципы совмещения и постоянства баз.

.        В случае отсутствия надежных технологических баз можно создавать искусственные базы, изменяя при необходимости конструкцию детали;

.        При невозможности соблюдения принципа постоянства баз в качестве новых технологических баз целесообразно использовать наиболее точные обрабатываемые поверхности.

Выбор метода обработки зависит от квалитета точности размеров и параметров шероховатости поверхности детали и осуществляется с помощью таблиц средней экономической точности различных методов механической обработки.

Поверхность 3 () требуется черновое, чистовое и тонкое точения.

Поверхность 4 () черновое точение.

Поверхность 5 () черновое точение, чистовое точение.

Поверхность 8 () черновое точение.

Поверхность 9 () требуется черновое.

Поверхность 14 () требуется черновое, чистовое точение.

Поверхность 18 () требуется черновое, получистовое точение.

Поверхность 22 () требуется черновое, чистовое и тонкое точения.

Маршрутный технологический процесс изготовления детали обуславливает соответствующею последовательность выполнения операций. При этом руководствуются следующим:

На первой операции обрабатывают поверхность заготовки, которая является базами для дальнейшей обработки;

При формировании операции учитывают возможность обработки нескольких поверхностей с одной установки, а, используя, при этом разный вид режущего инструмента операцию разбивают на переходы.

2.4 Выбор технологического оборудования, промышленного робота и вспомогательных устройств

Данный этап проектирования связан с разработкой маршрутного технологического процесса и является окончательным в выборе моделей технологического оборудования, ПР и вспомогательных устройств, комплектующих РТК. Для этого используют данные, полученные ранее.

Выбор технологического оборудования осуществляется в зависимости от типа производства, габаритных размеров заготовки и требуемой точности обработки. Входящие в состав РТК технологическое оборудование должно обеспечивать:

Полную автоматизацию цикла обработки деталей;

Надежное базирование и автоматический зажим заготовки в рабочей зоне;

Свободный доступ захватного устройства ПР в рабочую зону;

Стыковку системы управления и электроавтоматики с ПР и вспомогательными устройствами для преобразования и передачи технологических команд;

Механизированное и автоматизированное удаления стружки;

Контроль наличия детали в рабочей зоне, правильность ее расположения и базирование в зажимных приспособлениях;

Автоматизация ограждения рабочей зоны.

Технические характеристики.

Токарно-винторезные и токарные станки.

Таблица 2.4.1 - Техническая характеристика

Целесообразность применения той или иной модели ПР определяется:

Соответствием конструктивно-технологических параметров их функциональному назначению;

Числом степеней подвижности для выполнения требуемого объема операций;

Соответствием манипуляторных возможностей схемам загрузки и зонам обслуживания основного технологического оборудования;

Минимальное количество вспомогательных устройств и простейших средств автоматизации, необходимо для правильного течения технологического процесса;

Простотой и краткостью цикла переналадки, высоким коэффициентом использования и минимальным временем простоя основного технологического оборудования;

Обеспечение требуемой технической безопасности.

Таблица 2.4.2 - Краткая характеристика

Вспомогательные устройства (транспортеры, тактовые столы, магазины, механизмы ориентации, кассеты, схваты). Обеспечивают накопление, хранение, ориентацию, поштучную выдачу и транспортирование детали внутри или между РТК.

В дальнейшем будет прорабатываться вспомогательное устройство, транспортер.

2.5 Проектирование технологических операций

Проектирование операций предусматривает:

§   Уточнение намеченной ранее структуры и содержание операции в зависимости от выбранного оборудования;

§  Выбор технологической оснастки;

§  Назначение режимов резанья;

§  Определение времени цикла и сопоставление его с тактом выпуска;

§  Оформление технологической документации.

Технологическая оснастка включает приспособления, инструменты и средства контроля.

Технологическое оборудование РТК оснащается быстродействующими, стандартными или унифицированными приспособлениями, обеспечивающими заданную точность установки заготовок и быструю переналадку.

При определении номенклатуры режущего инструмента учитывается метод обработки, материал обрабатываемой детали, ее размеры и конфигурацию, ориентируясь на применение стандартного инструмента. Выбранный инструмент должен отвечать повышенным требованиям по жесткости, быстроте смены и наладки на размер, стоимости, стабильному стружкоотводу.

Выбор стандартных средств контроля производят с учетом соотношения точностных характеристик мерильного инструмента и измеряемого параметра.

Назначение режимов резания.

Режимы резанья назначают в зависимости от метода обработки, типа и размера инструмента, материал его режущей части, материала заготовки и типа оборудования.

Для расчета режимов резания необходимо знать частоты вращения шпинделя токарного станка модели 16К20Ф3.

Операция 05;

Точить поверхность 2, () требуется черновое, чистовое точение.

Для данного вида обработки принимаем следующие значения параметров. При черновой обработки.

Скорость резанья определяется по формуле:

Где составляющие выражения следующие:

1,6 из приложения /2, с 268/.

Исходя, из этого определим V:

Частота вращения шпинделя:

D - Диаметр обрабатываемой поверхности.

Уточнение значения V:

Технологическая норма времени:

Растирать время обработки детали на каждой операции. Время, необходимое для обработки на операции 05 определим из следующего ворожения:

Где Суммарное время обработки на каждом переходе, которое определим из следующего ворожения:

Где суммарное время холостых ходов;

Время на операцию будет равно:

Время необходимое на операцию для среднесерийного производства - на 15-20% меньше такта выпуска. Это необходимо для учета потери времени переналадку РТК, которая зависит от типа производства. Время затраченное на операцию 05, является максимальным из затрачиваемых, значит сравнения с тактом выпуска производится именно по нему.

Такт выпуска:

Время цикла:

Время цикла.

Время цикла складывается из основного времени на лимитирующую (наиболее длинную обработку) операцию и вспомогательного (время обслуживания станка промышленным роботом). Основное время на операцию состоит из времени резанья и времени холостых ходов. Время холостых ходов, включает быстрый подвод инструмента и быстрый обратный ход, определяется на основании быстрых перемещений суппорта (назначается по технологической характеристики станка) и длинна пробега инструмента от нулевой точки (вершины резца) до обрабатываемой поверхности и обратно.

Вспомогательное время на данном этапе расчета можно назначить в процентном отношении от основного времени (15-20%).

Расчет времени движения механизмов ведется по формуле:

 время движения механизмов с.

 длинна хода механизмов м.

 скорость перемещения м/с

 угол поворота.

Время выдвижения руки к тактовому столу.

Время затраченное на поворот робота на .

Время поворота кисти на

Время выдвижения руки (вперед / назад).

Время поворота захвата робота на .

Время поворота захвата робота на .

Время перемещения каретки вдоль координатной оси z (вверх/низ).

Время на зажим и разжим охвата назначают

Время на открытие и закрытие ограждается назначают

Время на зажим и отжим патрона назначают

Время на быстрый подвод инструмента назначают

Время на быстрый отвод инструмента назначают

Время на поворота резцедержателя

2.6 Разработка планировки РТК

Выбор планировки РТК зависит от компоновки оборудования, формы, размеров и расположения его рабочих зон и структурно-кинематической схемы ПР.

При разработки планировки РТК необходимо предусмотреть:

·         Оптимальное расположение основного технологического оборудования и вспомогательных устройств в пределах зоны обслуживания ПР в соответствии с технологическим процессом;

·        Выполнения ПР манипуляционных действий согласно его технической характеристике;

·        Свободный и безопасный доступ обслуживающего персонала к оборудованию и органам управления РТК (ГОСТ12.2.078-82)

·