Создание автоматической станочной системы механообработки

Введение

Целью данного курсового проекта является освоение методов построения автоматических производств с элементами гибкой автоматизации. Автоматизация производства может осуществляться различными способами. Могут использоваться обычные станки и другие агрегаты с добавлением различных механизмов, приспособлений и систем автоматического управления, составляющих в комплексе автоматизированную технологическую линию, предназначенную для изготовления определенного узла изделия. Для изготовления на тех же станках и агрегатах другой продукции эти механизмы, приспособления и системы автоматического управления пришлось бы полностью или в большей части заново проектировать и изготовлять. Следовательно, такая линия не выгодна в применении.

Гибкостью производства называется его способность быстро и без существенных затрат труда и средств переналаживаться на изготовление новой или модернизированной продукции и на новые технологические процессы с новой их организацией. Этим условиям удовлетворяет технологическая линия, цех, завод, которые управляются сетью электронных вычислительных машин с соответствующим программным обеспечением, широким применением робототехнических систем и технологического оборудования с числовым программным обеспечением. Тогда вся переналадка производства может быть осуществлена в основном программным путем, возможно, со сменой лишь отдельных агрегатов.

К гибкости производства добавляются высокие требования к уровню комплексной автоматизации технологического процесса и всех процессов контроля качества и управления производством с ликвидацией или существенным сокращением ручного труда во всех его звеньях. Во всяком случае, ручного труда человека уже не должно быть непосредственно в совершении самого технологического процесса.

Организации гибких производственных систем всегда должен предшествовать глубокий системный технико-экономический анализ комплекса всех процессов производства и управления как на имеющемся предприятии, так и при проектировании нового.

Особенно важны серьезная проработка новой организации всех процессов на производстве, синхронизация работы всех его звеньев и обеспечение наилучшего взаимодействия всех технологических линий и других частей производственного организма (склады, транспорт, контроль, проектирование, испытание, снабжение) с тем, чтобы все это работало как единая бесперебойно действующая система. В основе этой системы лежит легко переналаживаемое программное обеспечение всех частей сложной систем, реализующее новую организацию процессов и оптимизирующее все производственные взаимосвязи. Именно за счет этого наряду с техническим переоснащением оборудования цехов обеспечивается многократное увеличение эффективности производства в целом. Достигается четкая организация и ритмичность производства, более полное удовлетворение стандартам качества (в частности, и за счет исключения человеческого фактора), сокращается межоперационный запас деталей, который необходим при обычной организации производства.

Полная автоматизация производственных процессов как в техническом, так и в организационном смысле при отсутствии человека в цепи этих процессов требует достаточно полной системы контрольно-измерительной аппаратуры, автоматически регистрирующей все необходимые параметры хода процесса для передачи информации в электронные вычислительные управляющие машины в качестве сигналов обратной связи, помогающих машине правильно формировать управляющие команды на все агрегаты и звенья системы.

Таким образом, гибкая производственная система представляет собой объединение материально-технической, кибернетической, социальной и экономической систем, обеспечивающих в комплексе высокоэффективное функционирование многономенклатурных производств с высокой степенью гибкости и экономичности. Она состоит из множества организационно и аппаратно объединенных подсистем и элементов.

В данном курсовом проекте будет осуществлена разработка автоматической станочной системы механообработки для предложенной комплексной детали.

Техническое задание

Спроектировать автоматическую станочную систему механообработки по выпуску детали, изображенной на рисунке 1. Исходные данные представлены в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Деталь для выпуска

Таблица 1. Исходные данные детали

Комплексная деталь 2
Обозначение	L	L1	L2	D	D1	D2	B	B1	F1	Ra1
Размерность	мм									мкм
Вариант 2	200	40	80	40	16	20	12	5	3	5.0
Годовая программа выпуска 64 тыс. штук

 

1. Анализ конструкции детали

Внедрению нового изделия в производство должен предшествовать тщательный анализ конструкции изделия и технологического процесса. Автоматизация производства ряда изделий невозможна без изменения их конструкции или технологического процесса. Анализ способствует выявлению «узких мест» в конструкции изделия, дает возможность оценить степень подготовленности конструкции изделия к автоматизированному производству, а следовательно, и целесообразность проведения проектно-конструкторских работ.

Помимо известных технических требований (таблица 1), к конструкции изделия предъявляют технологические и производственные требования. Эти требования приобретают особое значение в том случае, если изделие, предназначено для крупносерийного или массового производства. Производство в нашем случае крупносерийное, так как необходимо обеспечить выпуск готовой продукции объемом 64 тыс. штук в год.

Конструкция изделия должна также отвечать определенному качеству отдельных его составляющих и изделия в целом, при котором обеспечивается возможность автоматизированного его изготовления с наименьшими трудозатратами на всех стадиях производства.

В основу способа положен принцип поэлементного анализа конструкции изделия, его деталей, сборочных компонентов, материалов в аспекте возможности и технологической целесообразности автоматического выполнения дискретных операций, ориентации детали в пространстве и времени, подачи их в рабочие органы агрегатов, базирования, съема, послеоперационного транспортирования. При этом предполагается, что выполнение основных технологических операций обосновано и оправдано.

Анализ выполняется по дифференциальной схеме. Параметрами оценки являются основные свойства детали, среди которых выделяют: конфигурация, физико-механические свойства сечения и поверхности, сцепляемость, абсолютные размеры и их соотношения и др. Эти свойства целесообразно разделены на 7 ступеней, каждая из которых в отдельности характеризует определенную совокупность свойств детали.

В результате анализа детали были получены следующие данные (в баллах):

Таблица 2. Данные проведенного анализа

Ступень I	Асимметрия центра тяжести	2000000
Ступень II	Несцепляемая	000000
Ступень III	Стержневые	10000
Ступень IV	Круглая прямая	2000
Ступень V	Одна ось вращения, одна плоскость симметрии	100
Ступень VI	Центр. отв. сквозное, ступенчатое с симм. формой концов	20
Ступень VII	Паз на образующей, глухой	3
Кодовый номер		2012123

Таким образом, сумма баллов равняется 11, что позволяет отнести деталь ко второй категории сложности автоматизации. Данная категория характеризуется автоматизацией средней сложности. Требуется отработка системы ориентации и загрузки детали в рабочие органы. Целесообразна экспериментальная проверка.

 

 

2. Проектирование технологического процесса автоматического производства

2.1 Выбор заготовки

Выбор вида заготовки осуществляется на основе чертежа детали с учетом типа производства, себестоимости, экономии металла и др. Целесообразно сделать сопоставление различных способов получения заготовки с целью выбора оптимального способа. Выбрать заготовку - значит установить способ ее получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления.

В данном курсовом проекте представлено сопоставление двух возможных способов получения заготовки: на горизонтально-ковочной машине (ГКМ) и литье в земляные формы.

Цель сопоставления - выбор оптимального способа изготовления.

В качестве материала заготовки используем углеродистую сталь ст. 4. Годовая программа выпуска - 64 тыс. шт. Производство - поточное массовое.

Выбор и назначение припусков на обработку

Припуски на обработку каждой поверхности назначаем самостоятельно. Припуски устанавливаются в зависимости от массы, размеров заготовки, шероховатости поверхности обработанной детали, класса точности заготовки, степени сложности, группы стали.

). Литье в земляные формы:

На обработку внешней цилиндрической поверхности Æ40 припуск 0.5 мм. На обработку внутренней цилиндрической поверхности Æ16 припуск 0.5 мм. На обработку внутренней цилиндрической поверхности Æ20 припуск 0.5 мм. На обработку торцов 1 и 2 Æ40 припуск по 0.3 мм. На обработку торца 3 Æ20 припуск 0.3 мм.

). На ГКМ:

На обработку внешней цилиндрической поверхности Æ40 припуск 5 мм. На обработку торцов 1 и 2 Æ40 припуск по 2 мм.

Расчет размеров и массы заготовки

Масса заготовки:

m=r·V,

где V - объем детали; r - плотность стали, r»7.8·10³ кг/м³.

). Заготовка, полученная на ГКМ:

Объем детали и ее масса:

V=p·L·(D²-D₁²)/4=p·0.204·(0.045²-0.011²)/4=0.0003051 м³

m=7800·0.0003051»2.38 кг

С учетом назначенных припусков, размеры заготовки будут следующими: D=45 мм, D₁=11 мм, L=204 мм. Вид заготовки показан на рисунке 2.1.

Рис. 2.1 - Заготовка, полученная на ГКМ

). Заготовка, полученная литьем:

Объем детали и ее масса:

V=p·(L·D²-L₁·D₁² - (L-L₁) ·D₂²)/4=p·(0.2006·0.0405²-0.0403·0.0155² - (0.2006-0.0403) ·0.0195²)/4=0.0002029 м³

m=7800·0.0002029»1.583 кг

С учетом назначенных припусков, размеры заготовки будут следующими: D=40.5 мм, D₁=15.5 мм, D₂=19.5 мм, L=200.6 мм, L₁=40.3 мм. Вид заготовки показан на рисунке 2.2.

Рис. 2.2 - Заготовка, полученная литьем

Вычислим также массу готовой детали (Рис. 1):

V=p·(L·D²-L₁·D₁² - (L-L₁) ·D₂²)/4-B·B₁·(p·B/8+L₂)=p·(0.200·0.040²-0.040·0.016² - (0.200-0.040) ·0.020²)/4-0.012·0.005·(p·0.012/8+0.80)=0.0001447 м³=7800·0.0001447»1.129 кг

 

Определение способа получения заготовки и расчет ее стоимости

Таблица 2.1. Исходные данные для расчета стоимости заготовок

Показатели	Вариант 1	Вариант 2
Вид заготовки	Штамповка на ГКМ	Отливка
Масса заготовки Q, кг	2.38	1.583
Стоимость 1т заготовок C1, [руб.]	373*	360*
Стоимость 1т стружки Sотх, [руб.].	22,6*	22,6*

* - цены указаны по прейскуранту 1981 г.

1). Себестоимость заготовки, полученной на ГКМ:

,

где С₁ - базовая стоимость 1 т заготовок, руб.; k_т - коэффициент, зависящий от класса точности; k_с - коэффициент, зависящий от группы сложности; k_в - коэффициент, зависящий от массы; k_м - коэффициент, зависящий от марки материала; k_п - коэффициент, зависящий от объема производства; Q - масса заготовки, кг; q - масса готовой детали, кг; S_отх - цена 1 т отходов, руб.

Значения коэффициентов:    _м=1 (сталь углеродистая);_т=1 (нормальная точность);_с=0.75 (сталь углеродистая, группа сложности 1);_в=1.14 (сталь углеродистая, масса 1.6-2.5 кг);_п=1 (группа серийности 2).

Себестоимость:

). Себестоимость заготовки, полученной литьем в земляные формы:

,

где С₁ - базовая стоимость 1 т заготовок, руб.; k_т - коэффициент, зависящий от класса точности; k_с - коэффициент, зависящий от группы сложности; k_в - коэффициент, зависящий от массы; k_м - коэффициент, зависящий от марки материала; k_п - коэффициент, зависящий от объема производства; Q - масса заготовки, кг; q - масса готовой детали, кг; S_отх - цена 1 т отходов, руб.

Значения коэффициентов:    _м=1.22 (сталь углеродистая);_т=1.05 (второй класс точности);_с=0.7 (первая группа сложности);_в=1 (масса отливки 1-3 кг);_п=1 (группа серийности 3).

Себестоимость:

Из расчетов видно, что заготовки, полученные литьем, имеют меньшую себестоимость, следовательно, при массовом производстве целесообразно использовать заготовки, полученные таким методом. При этом годовой экономический эффект составил бы на 1981 г.:

Э_ф=(S_заг1-S_заг2) ·N=(0.734-0.504)·64000=14720 руб.

2.2 Разработка технологического маршрута обработки

При разработке технологического маршрута обработки необходимо обратить внимание на возможность многоинструментальной обработки и применения высокопроизводительного многолезвийного инструмента. На этом этапе всю механическую обработку распределяют по операциям, выявляют их число и последовательность выполнения.

Во-первых, необходимо произвести базирование детали по черновым базам и обработку основных технологических баз; во-вторых - операции формообразования детали до стадии чистовой обработки; в-третьих - операции местной обработки (канавки, резьба, сверление отверстий, фрезерование пазов и т.д.).

Учитывая все вышеперечисленные рекомендации, можно предложить следующий вариант технологического маршрута обработки детали (Таблица 2.2):

Таблица 2.2. Технологический маршрут обработки детали:

№		Наименование операции	Оборудование		Вспомогательные приспособления и инструмент
1.		ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКА	Станок токарной группы		Патрон трехкулачковый самоцентрирующийся ГОСТ 2675-63 Полуцентры упорные ГОСТ 7344-55 Резец проходной ТУ2 035-892-82 Резец подрезной ГОСТ 18884-73 Резец расточной ГОСТ 9795-84
1.1.		Обработка 1
1.1.1.		Чистовая подрезка торца 1 Æ40
1.1.2.		Расточка внутренней цилиндрической поверхности Æ16
1.2.		Обработка 2
1.2.1.		Чистовое точение внешней цилиндрической поверхности Æ40
1.2.2.		Снятие фаски 1 3´450
1.3.		Обработка 3
1.3.1.		Чистовая подрезка торца 2 Æ40
1.3.2.		Снятие фаски 2 3´450
1.3.3.		Расточка внутренней цилиндрической поверхности Æ20
2.	ФРЕЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА			Станок фрезерной группы	Тиски станочные ГОСТ 4045-57 Фреза концевая из быстрорежущей стали ГОСТ 23247-78
2.1.	Фрезеровать паз 80´12´5

 

2.3 Определение основных технологических времен

Основное технологическое время Т_О для каждой операции обработки детали определяют по формулам. Результаты расчета приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3. Основные технологические времена

№	Наименование технологических операций и переходов	D, мм	d, мм	l, мм	Формула для вычисления TО×10-3	TО, мин
1.	Токарная обработка
1.1.	Обработка 1
1.1.1.	Чистовая подрезка торца 1	40.5	15.5	-	TО = 0.052×(D2-d2)	0.073
1.1.2.	Расточка внутренней цилиндрической поверхности	-	16	40.3	TО = 0.18×d×l	0.116
1.2	Обработка 2
1.2.1.	Чистовое точение внешней цилиндрической поверхности	-	40	200.3	TО = 0.17×d×l	1.379
1.2.2.	Снятие фаски 1 3´450	-	40	1	TО = 0.17×d×l	0.0068
1.3.	Обработка 3
1.3.1.	Чистовая подрезка торца 2	40	19.5	-	TО = 0.052×(D2-d2)	0.065
1.3.2.	Снятие фаски 2 3´450	-	40	1	TО = 0.17×d×l	0.0068
1.3.3.	Расточка внутренней цилиндрической поверхности	-	20	160	TО = 0.18×d×l	0.576
2.	Фрезерная обработка
2.1.	Черновое фрезерование паза	-	-	80	TО = 6×l	0.48
2.2	Чистовое фрезерование паза	-	-	80	TО = 4×l	0.32

Здесь         d - диаметр обрабатываемой поверхности, l - длина обрабатываемой поверхности, D - диаметр обрабатываемого торца, D-d - разность наибольшего и наименьшего диаметров обрабатываемого торца.

2.4 Расчет технологической нормы времени

По результатам расчета основных технологических времен произведем расчет технической нормы времени.

Технические нормы времени в условиях массового производства ведутся расчетно-аналитическим методом. В массовом производстве определяется норма штучного времени

шт: T_ШТ = T_О+ T_В + T_ОБ + Т_ОТ,

где T_О - основное (машинное) время, [мин]; T_В - вспомогательное время, состоит из затрат времени на отдельные приемы: закрепление и открепление детали, установку и снятие детали, приемы управления, измерения детали и т.д.; T_ОБ - время на организационно-техническое обслуживание оборудования (в массовом производстве для всех операций определяется в процентах от оперативного времени):

_ОБ = T_ТЕХ + T_ОРГ,

где Т_ТЕХ = 0.04 ¸ 0.06×(T_О + T_В) - время на техническое обслуживание рабочего места, Т_ОРГ = 0.04 ¸ 0.06×(T_О + T_В) - время на организационное обслуживание; T_ОТ - время регламентированных перерывов: Т_ОТ = 0.025×(T_О + T_В).

В таблице 2.4 показаны основные и вспомогательные времена для каждой операции обработки.

Таблица 2.4. Вспомогательные времена для операций обработки

N п/п	Hазвание основной или вспомогательной опеpации	Длительность основной (ТО) и вспомогательной опеpации (ТВ), мин
Токарная обработка
1	Установка заготовки	0.25
2	Включение станка	0.01
3	Подвод резца	0.025
4	Чистовая подрезка торца 1	0.073
5	Отвод резца	0.025
6	Поворот резцовой головки	0.015
7	Подвод резца	0.025
8	Расточка внутренней цилиндрической поверхности	0.116
9	Отвод резца	0.025
10	Выключение станка	0.01
11	Переустановка заготовки	0.25
12	Включение станка	0.01
13	Поворот резцовой головки	0.015
14	Подвод резца	0.025
15	Чистовое точение внешней цилиндрической поверхности	1.379
16	Отвод резца	0.025
17	Поворот резцовой головки	0.04
18	Подвод резца	0.025
19	Снятие фаски 1	0.0068
20	Отвод резца	0.025
21	Выключение станка	0.01
22	Переустановка заготовки	0.25
23	Включение станка	0.01
24	Поворот резцовой головки	0.04
25	Подвод резца	0.025
26	Чистовая подрезка торца 2	0.065
27	Отвод резца	0.025
28	Поворот резцовой головки	0.04
29	Подвод резца	0.025
30	Снятие фаски 2	0.0068	Отвод резца	0.025
32	Поворот резцовой головки	0.04
33	Подвод резца	0.025
34	Расточка внутренней цилиндрической поверхности	0.576
35	Отвод резца	0.025
36	Выключение станка	0.01
37	Снятие заготовки	0.25
ФРЕЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА
38	Установка заготовки	0.20
39	Включение станка	0.01
40	Подвод фрезы	0.08
41	Черновое фрезерование паза	0.48
42	Отвод фрезы	0.08
43	Подвод фрезы	0.08
44	Чистовое фрезерование паза	0.32
45	Отвод фрезы	0.08
46	Выключение станка	0.01
47	Снятие детали	0.25

Исходя из полученной таблицы, рассчитаем основные технологические времена для каждого вида обработки.

1). Токарная обработка.

T_О = 2.2226 мин;_В = 1.565 мин.

Имея эти значения, получим численные значения для Т_ОБ (T_ТЕХ и T_ОРГ) и Т_ОТ.

Т_ТЕХ = 0.06×(T_О + T_В) = 0.2273 мин;

Т_ОРГ = 0.06×(T_О + T_В) = 0.2273 мин;_ОБ = T_ТЕХ + T_ОРГ = 0.4546 мин;

Т_ОТ = 0.025×(T_О + T_В) = 0.0947 мин.

Рассчитаем значение Т_ШТ:

_ШТ = T_О+ T_В + T_ОБ + Т_ОТ = 4.3369 мин.

). Фрезерная обработка.

T_О = 0.8 мин;_В = 0.79 мин.

Аналогично рассчитаем значения времен:

Т_ТЕХ = 0.06×(T_О + T_В) = 0.0954 мин;

Т_ОРГ = 0.06×(T_О + T_В) = 0.0954 мин;_ОБ = T_ТЕХ + T_ОРГ = 0.1908 мин;

Т_ОТ = 0.025×(T_О + T_В) = 0.0397 мин;_ШТ = T_О+ T_В + T_ОБ + Т_ОТ = 1.8205 мин.

 

3. Базирование деталей

Выбор установочных баз, черновых и чистовых, производится с учетом конкретных условий обработки.

База - поверхность, на которую устанавливается деталь в процессе обработки.

Для установки заготовок на первой операции технологического процесса используют необработанные поверхности, так называемые черные базовые поверхности. Как правило, эту черную базовую поверхность используют однократно. Выбранная черная базовая поверхность должна обеспечивать равномерное распределение припуска при дальнейшей обработке и наиболее точное взаимное положение обработанных и необработанных поверхностей у готовых деталей.

В качестве технологических (основных) баз целесообразно выбрать два торца и отверстие. Устанавливать заготовку будем на центрах. Так как масса заготовки невелика, то ее можно установить на цельные упорные полуцентры.

Для обработки чистовых баз заготовку будем закреплять в патроне, тогда черновыми базами будут торец и цилиндрическая поверхность. Наиболее часто используют автоматические (с приводом) быстропереналаживаемые трехкулачковые патроны.

Кулачки могут быть закаленными и незакаленными. Закаленные кулачки применяют для крепления заготовок с необработанными поверхностями. В курсовом проекте заготовку будем устанавливать в трехкулачковый патрон с закаленными кулачками.

 

4. Разработка структуры автоматизированного производства

Структура автоматического производства дает представление о составе станочного и вспомогательного оборудования и связи всех рабочих позиций потока деталей единой транспортной системой.

Рабочей позицией называется каждое рабочее место с соответствующим оборудованием, на котором деталь подготовляется, обрабатывается, очищается, измеряется, складируется и т.п.

В общем случае структура автоматизированного производства включает в себя три группы оборудования: технологическое (станки, позиции контроля, роботы), транспортно-накопительное (автоматический склад заготовок и готовой продукции, ориентирующие устройства, транспортные роботы и другие транспортирующие устройства) и управления.

Системы управления классифицируют по различным признакам: по принципу централизации, по характеру программного носителя, по технологическому назначению, по наличию обратных связей и т.д.

Если для изготовления детали используется заготовка несимметричной формы, требуется ориентация заготовки а в ходе обработки ее переориентация. В этом случае используются различные ориентирующие устройства (вибрационный бункер, поворотный стол и т.п.).

Один из самых трудоемких вопросов при проектировании автоматических комплексов - удаление отходов. Следует стремиться к уменьшению количества стружки, получению раздробленной стружки.

Определить количество основного оборудования, включаемого в автоматизированный комплекс, можно, исходя из среднего такта выпуска деталей на комплексе.

,

где Ф_О - номинальный фонд времени работы оборудования, [ч], (при двухсменной работе Ф_О = 4140 ч); К = 0.8 - средний коэффициент использования оборудования для массового производства; N_Г = 64000 шт. - годовая программа выпуска деталей.

Тогда средний такт выпуска деталей:

Расчетное число оборудования определяется как отношение времени обработки детали на станке к среднему такту выпуска деталей. Для расчета используют штучные времена для каждого вида обработки.

). Для токарной обработки:

). Для фрезерной обработки:

Таким образом, в разрабатываемый автоматический комплекс необходимо включить 2 станка токарной группы и 1 станок фрезерной группы.

Рассчитаем коэффициенты загрузки станков:

,

где t_Р - время обработки детали на станке; N = 64000 шт. - количество деталей, которое должно быть обработано на одном станке; Ф_О = 4140 × 60 = 248400 мин - номинальный фонд времени работы оборудования.

). Для токарной обработки:

). Для фрезерной обработки:

5. Выбор оборудования и компоновка автоматизированного комплекса

Предварительный вариант структуры автоматизированного комплекса показан на рисунке 5.1. Предложенная структура является ориентировочной и в процессе дальнейшей разработки может быть уточнена или частично изменена.

Рис. 5.1 - Структурная схема автоматизированного комплекса

 

В качестве основных составляющих транспортно-накопительной системы выберем промышленных роботов, роликовые конвейеры и штабелеры.

Промышленные роботы используются в качестве автооператоров для обслуживания станков. Потребуется 1 промышленный робот для разделения потока заготовок по токарным станкам и их обслуживания. Кроме того, будут использоваться 1 промышленный робот для подачи ящиков с ориентированными заготовками штабелеру стеллажа склада заготовок и еще 1 робот для погрузки готовых деталей в ящики, которые, в свою очередь, будут с помощью крана-штабелера устанавливаться в стеллаж склада готовых деталей. Этот же робот будет обслуживать фрезерный станок.

Учитывая, что обработка заготовок происходит в автоматическом режиме, очевидно, что перед обработкой заготовку необходимо ориентировать. При чем ориентация происходит заранее - в стеллажах они уже находятся в ориентированном виде. В общей сложности потребуется 1 загрузочно-ориентирующее устройство.

Система инструментального обеспечения содержит инструменты, которые необходимы для обработки. Магазины резервного инструмента расположим над станками, что позволит сэкономить производственную площадь. Смена инструмента будет производиться при помощи автооператора.

В процессе работы станков будет накапливаться стружка, которая оказывает негативное влияние на точность и качество обработки деталей, может привести к выходу оборудования из строя, уменьшать его износостойкость и время бесперебойной работы, способствует росту уровня бракованных деталей. Для удаления стружки воспользуемся скребковым конвейером.

Для хранения заготовок и готовых деталей потребуются 2 склада, которые представляют собой однорядные трехъярусные стеллажи заданных габаритов, позволяющими хранить месячную партию заготовок и деталей, с учетом резерва (+10% от общего количества выпускаемых в месяц изделий), каждый стеллаж укомплектован краном-штабелером.

Для проверки точности обработки детали необходимо использовать систему контроля. Оснастим промышленных роботов тактильными щупами (по одному для каждого робота, измерение диаметров, габаритов и уровня шероховатости на предмет требуемых значений), а станки - встроенными измерительными головками (индикаторами контакта).

Управление всеми операциями будет осуществляться автоматизированной системой управления (АСУ).

5.1 Основные технические характеристики технологического оборудования

 

Токарный станок 16Б16Т1

Токарные cтанки 16Б16Т1 c ЧПУ c горизонтальной станиной используются в производстве для токарной обработки деталей в полуавтоматическом, а так же в автоматическом цикле при оснащении автоматическими средствами загрузки заготовок.

Токарные станки с ЧПУ - компьютеризированная система металлорежущих станков, которая может полностью управлять процессом изготовления деталей. Данный класс металлообрабатывающих станков исключает возможности совершения ошибок и минимизирует человеческие усилия в процессе работы.

Токарный станок 16Б16Т1 предназначен для выполнения различных токарных операций на заготовках, установленных в центрах или патроне.

Станок оснащен резцедержателем с быстросменными блоками инструментов, поворот которых осуществляется программно. Конструкция резцедержателя позволяет устанавливать до восьми режущих инструментов (по два на каждую сторону).

Основные характеристики станка представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Основные характеристики токарного станка 16Б16Т1 с ЧПУ

Техническая характеристика	Значение
Класс точности станка по ГОСТ 8-82	П
Наибольший диаметр устанавливаемого изделия над станиной, мм	400
Наибольший диаметр устанавливаемого изделия над суппортом, мм	135
Тип устройства ЧПУ	NC-201М (или FANUC, SIEMENS)
Длина устанавливаемого изделия, мм	750
Диаметр отверстия в шпинделе, мм	45
Высота резца в резцедержателе, мм	25
Количество позиций инструментальной головки, шт	8
Коническое отверстие в шпинделе	Морзе 6
Коническое отверстие пиноли задней бабки	Морзе 5
Пределы частот вращения шпинделя, об/мин	20-3200
Наибольший крутящий момент на шпинделе, Нм	460
Пределы величин оборотных подач, мм/об:  - продольных  - поперечных	0.01-20.00 0.005-10
Скорость быстрых ходов, мм/мин:  - продольных - поперечных	10000 5000
Пределы шагов нарезаемых резьб, мм	0.05-40
Дискретность перемещений, мм:  - продольных - поперечных	0.001 0.0005
Мощность привода главного движения, кВт	7.5/11*
Габаритные размеры станка, не более, мм:  - длина - ширина - высота	2900 1370 1740
Масса станка, кг	2620
* по заказу

Преимущества токарного cтанка 16Б16Т1:

).       Разнообразные токарные работы, включая обработку деталей с криволинейным, ступенчатым профилем, нарезание разных видов резьб в полуавтоматическом цикле;

2).     8-ми позиционная инструментальная головка (возможность устанавливать достаточное количество инструмента для комплексной обработки детали или для выполнения групповых наладок инструмента);

).       Прецизионные сервоприводы подач;

).       Устройство ЧПУ с возможностью программирования как с рабочего места оператора, так и с внешних программоносителей;

).       Пневмомеханический зажим детали в патроне шпинделя;

).       Электромеханический регулируемый поджим детали центром задней бабки;

).       Возможность многостаночного обслуживания.

Вертикальный консольно-фрезерный станок ОРША-Ф32ВФ3

Станок вертикальный консольно-фрезерный с ЧПУ ОРША-Ф32ВФ3 широко применяется в металлообрабатывающих производствах для выполнения разнообразных фрезерных работ цилиндрическими, угловыми, фасонными, торцовыми и другими фрезами. ОРША-Ф32ВФ3 предназначен для обработки горизонтальных и вертикальных плоскостей, пазов, рамок, углов, зубчатых колес, моделей штампов, пресс-форм и других деталей из стали, чугуна, цветных металлов, их сплавов и пластмасс.

Фрезерные станки с ЧПУ ОРША-Ф32ВФ3 стандартно оснащаются аппаратурой управления ЧПУ фирм Siemens, Hitachi, Balluff. Приводы координатных перемещений осуществляются от индивидуальных, управляемых от системы ЧПУ, электродвигателей.

Станок обладает высокой точностью и чистотой обработки плоских поверхностей деталей, что позволяет исключить отдельные плоскошлифовальные операции.

Основные характеристики станка представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2. Основные характеристики фрезерного станка ОРША-Ф32ВФ3

Техническая характеристика	Значение
Класс точности станков по ГОСТ 8-82	П
Размеры рабочей поверхности стола, мм: - длина - ширина	1400 320
Дискретность задания перемещений по координатам X, Y и Z, мм	0.01
Наибольшее перемещение стола, мм: - продольное (координата X) - поперечное (координата Y) - вертикальное (координата Z)	810 300 370
Наибольшая масса устанавливаемой заготовки (с учетом массы закрепляющих элементов), кг	300
Пределы частот вращения шпинделя, мин-1	80-4600
Пределы рабочих подач стола в направлениях, мм/мин: - продольном и поперечном (координаты Х и Y) - вертикальном (координата Z)	10-5000 8-800
Скорость ускоренных перемещений стола в направлениях, мм/мин, не менее: - продольном (координатаХ) - поперечном (координатаY) - вертикальном (координата Z)	8000 5000 900
Мощность электродвигателя привода фрезерного шпинделя, кВт	4.0
Наибольший крутящий момент на шпинделе, кН м	0.17
Габаритные размеры станка, мм: - длина - ширина - высота	3200 2500 3070
Масса станка, кг	3500

Особенности конструкции станка:

1).     Бесступенчатое регулирование частот вращения шпинделя и скоростей подач;

2).     Экономичный уровень энергопотребления;

).       Пакет автоматических циклов, режим «отскок-подскок»;

).       Возможность осуществления фиксированных дискретных подач по координатам;

).       Автономная централизованная система смазки;

).       Гидрофицированный зажим инструмента станка;

).       Применение в узлах подач шариковинтовых пар качения обеспечивает плавное, высокоточное, безлюфтовое позиционирование;

).       Приводы координатных перемещений осуществляются от индивидуальных, управляемых от системы ЧПУ, электродвигателей;

).       Контроль перемещений по 3-м координатам (X, Y, Z).

 

5.2 Описание и технические характеристики используемых промышленных роботов

 

Промышленный робот Универсал-5.02

Предназначен для операций загрузки-выгрузки полуавтоматов, агрегатных и универсальных станков, модернизированных для обслуживания их роботами, а также для межоперационного транспортирования деталей.

При оснащении робота тактильным щупом (датчик), он может осуществлять поиск заготовки в накопителе, измерять её диаметр и длину. Если длина или диаметр заготовки выходят за пределы допусков, она бракуется.

Робот также используется для межстаночного транспортирования деталей, их перебазирования, промежуточного складирования на накопителях, а также на позициях ожидания, расположенных перед станками.

Основные характеристики робота представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3. Основные характеристики робота Универсал-5.02

Техническая характеристика	Значение
Страна-изготовитель	СССР
Грузоподъемность, кг	5
Число степеней подвижности	6
Число рук	1
Число захватных устройств	1
Тип привода	электрический
Устройство управления	позиционное
Число программируемых координат	4
Способ программирования перемещений	обучение
Погрешность позиционирования, мм	±0.1
Максимальный радиус зоны обслуживания R, мм	1500
Линейные перемещения, мм: - Z (вертикально), со скоростью 0.1 м/с - r (горизонтально), со скоростью 0.34 м/с	400 640
Угловые перемещения, град: - поворот робота, со скоростью 80º/с - поворот руки, со скоростью 78º/с - вращение кисти, со скоростью 180º/с - качание кисти по вертикали, со скоростью 90º/с	330 240 180 180
Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота	1030 890 1630
Масса, кг	610

Робот имеет радиус зоны обслуживания 1500 мм, что предъявляет требования к расположению (компоновке) обслуживаемых станков и конвейеров - они должны находится в пределах досягаемости манипулятора с учетом некоторого запаса.

Промышленный робот-погрузчик МАН-63С

В качестве погрузчика выбран робот-погрузчик марки МАН-63С. Этот робот представляет собой напольный промышленный агрегат с горизонтальной выдвижной рукой и подъемной кареткой.

Основные характеристики робота представлены в таблице 5.4.

Таблица 5.4. Основные характеристики промышленного робота-погрузчика МАН-63С

Техническая характеристика	Значение
Страна-изготовитель	СССР
Грузоподъемность, кг	155
Число степеней подвижности	4
Число программируемых координат	4
Привод основных движений	гидравлический
Способ программирования	обучение
Число команд	13
Наибольший вылет руки, мм	1495
Линейные перемещения, мм: - движение руки - движение каретки	625 600
Линейная скорость, м/с	0.3
Угловые перемещения, град: - поворот каретки - поворот захвата	240 180
Угловая скорость, град/с	30
Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота	1880 740 2050
Масса, кг	1050

Учитывая весьма большую грузоподъемность в 155 кг, можно заключить, что загрузка заготовок в ящик для отправки его в стеллаж склада заготовок будет происходить в больших объемах, что необходимо учесть при подборе стеллажа и штабелера.

5.3 Описание транспортно-складской системы

Работа автоматизированного комплекса во многом зависит от работы его транспортной системы. Транспортная система автоматизированного комплекса может состоять только из системы транспортирования деталей или включать в себя ещё и систему транспортирования инструмента. Транспортная система деталей связывает между собой станки и позиции загрузки и разгрузки деталей, обеспечивая своевременную подачу заготовок к станкам и вывод со станков обработанных деталей.

Транспортная система располагается вдоль станков с одной стороны (прямолинейная) или вокруг их (круговая), а транспортирование спутников с заготовками и обработанными деталями осуществляется либо с помощью роликовых конвейеров (непрерывный транспорт), либо подвижных механизмов: штабелеров, промышленных роботов и др. (дискретный транспорт).

Транспортно-накопительная система АСВ-20

В состав АСВ-20 входят многоярусные стеллажи, в ячейках которых хранится тара с заготовками или спутники, и штабелеры, перемещающиеся вдоль стеллажей. Стеллажи-накопители чаще всего располагаются вдоль станков. Они отличаются друг от друга числом ячеек для хранения тары, которое зависит от длин и высот стеллажей, их рядности и числом штабелеров.

Транспортно-накопительная система обрабатываемых деталей автоматизированного комплекса станков типа АСВ-20 представляет собой автоматизированный стеллаж-накопитель, расположенный параллельно ряду станков. Накопитель состоит из однорядного трехъярусного стеллажа, штабелера и приемно-передающих устройств - тележек для транспортирования заготовок к станкам и обработанных деталей от станков на стеллаж.

Штабелер перемещается по рельсовому пути, проложенному по верхней плоскости стеллажа и опирается роликами на двутавр, закрепленный у основания стеллажа. По вертикальным направляющим корпуса штабелера с помощью трособлочной системы, приводимой в действие двухскоростным двигателем, перемещается каретка, несущая телескопический стол с выдвижной платформой для приемки тары.

Привод штабелера осуществляется от электродвигателя через редуктор и реечные передачи. Перемещение штабелера в заданный адрес по горизонтали производится путем подвода питания соответствующего участка адресной троллеи, проходящей по верху стеллажей.

Наезжая на заданный участок троллеи, блок горизонтальных токосъемников на штабелере дает предварительный сигнал на снижение скорости, а затем на точный останов по заданному адресу. Работа штабелера в автоматическом цикле осуществляется от системы автономного управления.

Основные характеристики штабелера представлены в таблице 5.5.

Таблица 5.5. Основные характеристики штабелера

Техническая характеристика	Значение
Скорости перемещения, м/мин: - штабелера вдоль стеллажа по оси Х - каретки по оси Y - телескопического стола по оси Z	15 9 8.6
Ход каретки по оси Y, мм	1810
Ход телескопического стола по оси Z, мм	±700
Точность позиционирования по оси Х, мм	±1
Максимальная транспортируемая масса, кг	150
Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота	10560 1570 3805
Масса, кг	2170
Наибольшие размеры обрабатываемой детали, мм: - длина - ширина - высота	420 420 310

Для транспортирования заготовок и готовых изделий используем ящичную тару с размерами 410*370*210 мм.

Месячная норма выпуска деталей с учетом 10% запаса:

шт.

Представим заготовку в виде параллелепипеда с габаритами (Д*Ш*В) 200*40*40 мм. Тогда, если произвести расчет, можно получить, что таких заготовок в тару 410*370*210 мм влезет в среднем 90 шт. При этом масса такого ящика составит:

Как видно из данных, приведенных в таблицах характеристик штабелера и робота-погрузчика, грузоподъемность штабелера ограничена массой 150 кг, а робота-погрузчика - 155 кг. Таким образом, масса ящика с заготовками вписывается в заданные требования по массе.

Следовательно, заготовки будем хранить в ящичной таре в ячейках стеллажа по 90 штук в таре. Тогда потребуется 72 ячейки (24 ячейки в каждом из ярусов).

Стеллаж необходимо выбрать, исходя из таких параметров, как общие габариты, грузоподъемность ячеек, габариты ячейки. Данный стеллаж входит в состав крана-штабелера, ячейки схожи с размерами тары, грузоподъемность ячеек 150 кг.

Выберем следующие габариты стеллажа (выполняется под индивидуальный заказ для штабелеров, например, фирма «Комплекс», главный параметр выбора - это маневренность штабелера; Д*Ш*В): 10600*500*1500 мм.

Готовые детали будем хранить в ящичной таре в ячейках второго, идентичного описанному ранее, стеллажа по 90 штук деталей в ячейке. Каждый стеллаж будет обслуживаться одним штабелером.

Таким образом будут максимально и оптимально использованы возможности тары и штабелера.

Прямой ленточный транспортёр ЛК-П

Благодаря простоте конструкции, малому удельному расходу энергии, высокой производительности и надежности в настоящее время именно ленточные конвейеры являются основным видом механизмов непрерывного транспорта самых разнообразных грузов.

Прямые ленточные транспортеры серии ЛК-П предназначены для транспортирования штучных грузов, коробок, паллет, различных видов тар по горизонтальным, наклонным и комбинированным трассам.

Используются для поточных погрузо-разгрузочных работ в составе сортировочных линий, а также упаковки и подачи груза к вспомогательным машинам. Также используется для горизонтального перемещения или подачи груза на другой уровень с углом наклона до 35 градусов.

Ленточные транспортеры ЛК-П производятся длинной до 100 метров. Если длина ленточного транспортера превышает 6 метров, то рама изготавливается из отдельных секций, соединённых между собой.

Основные характеристики транспортера представлены в таблице 5.6.

Таблица 5.6. Основные характеристики транспортера

Техническая характеристика	Значение
Ширина ленты, мм	300, 400, 500, 650, 800, 1000
Длина конвейера между осями барабанов (L), мм	от 1000 до 100000
Диаметр барабанов, мм	от 273
Скорость движения ленты, м/с	от 0.2 до 2
Шаг роликоопор несущей (рабочей) ветки, мм	от 250 до 1400
Угол наклона к горизонту, градусов, не более	35
Тип мотор-редуктора	червячный или цилиндрически-конический
Мощность электродвигателя, кВт	от 1.5 до 30
Напряжение питания, В	380
Реверс	по запросу
Регулирование скорости движения	по запросу
Наличие тормоза	по запросу

Учитывая, что длина детали (200 мм) является ее максимальным габаритом, выберем ширину конвейерной ленты, равную 300 мм. Для доставки ящика с заготовками выберем ширину ленты, равную 500 мм.

 

5.4 Автоматизированная система управления (АСУ)

В настоящее время принято делить автоматизированную систему управления (АСУ) по организационной структуре на три уровня.

Верхний уровень отвечает за решение всех или части задач технологической подготовки производства (ТПП) и оперативно-календарного планирования.

На среднем уровне АСУ осуществляется оперативное управление и контроль локальными объектами, чьи системы управления представляют собой нижний уровень АСУ (выполнение управляющих программ обработки деталей и перемещения грузов).

Деление системы управления на уровни обеспечивает многоступенчатость, т.е. иерархию процесса управления. В АСУ имеется два потока информации - один, направленный снизу вверх, определяющий состояние компонентов уровней управления расположенных ниже, и второй поток, несущий информацию для нижележащих ступеней АСУ ГПС. При этом каждый уровень имеет определенную автономию в принятии решений.

Поэтому рациональное решение при разработке АСУ лежит между двумя этими крайними случаями и соответствует оптимальному уровню децентрализации системы управления для конкретной задачи.

5.5 Описание вспомогательного оборудования

 

Загрузочно-ориентирующее устройство

Благодаря большой длине детали и ее сравнительно малому диаметру, а так же практически полной симметричности, становится очевидно, что применение сложных средств ориентации будет излишним.

Для ориентации деталей применим бункерно-ориентирующее устройство. В бункерные загрузочные приспособления изделия загружаются в неориентированном положении - навалом. Емкость этих приспособлений принято называть бункером, откуда и возникло название приспособлений.

Бункерные загрузочно-ориентирующие устройства имеют захватывающие и ориентирующие механизмы, которые выбирают из общего навала изделия и выдают их в одном или нескольких определенных положениях на транспортное устройство.

Рис. 5.2 - Бункерное загрузочно-ориентирующее устройство

Бункерное загрузочно-ориентирующее устройство (рис. 5.2) состоит из следующих основных механизмов: бункера-накопителя 1, заготовок 6, лотка 2, перемещающего детали к питателю 3 или в рабочую зону. Загрузочные устройства снабжаются ворошителем 4, который служит для устранения затора заготовок при поступлении их из бункера в лоток, и отсекателем 5 для поштучной подачи заготовок.

Следует иметь в виду, что БЗОУ имеют непостоянную производительность, несколько колеблющуюся во времени. Для того чтобы компенсировать колебание производительности бункера при постоянной производительности обслуживаемого им станка, необходимо иметь накопленный запас деталей. Детали накапливаются в магазине и запас их играет роль своего рода аккумулятора: в период пониженной производительности бункера детали подаются в станок за счет расходования запаса в магазине, который пополняется в период повышенной производительности бункера.

Безотказность работы загрузочного устройства повышается введением системы управления работой устройства.

На рис. 5.2 условно изображено выбранное загрузочно-ориентирующее устройство. Габариты загрузочного бункера выберем равными (Д*Ш*В, мм) 1800*1800*1000. Этого объема будет достаточно для весьма большого количества заготовок.

Система удаления отходов

Автоматизированная подача смазочно-охлаждающей жидкости и удаление стружки осуществляется главным образом путем создания камеры в рабочей зоне станка и централизованной системы подач смазочно-охлаждающей жидкости к станкам и отвода стружки.

Заключение рабочей зоны станка в камеру позволяет резко увеличить подачу СОЖ в процессе обработки (осуществить так называемое душевание детали) без опасения разбрызгивания жидкости и разброса стружки, ухудшения условий работы оператора. Кроме того, по окончании обработки представляется возможность путем кратковременной подачи обильного количества СОЖ (150-300 л/мин) смыть всю стружку с детали, станка, спутника и тем самым обеспечить условия для надежной и точной установки последующего спутника с деталью. Централизованная система отвода СОЖ и стружки располагается обычно под полом.

Таким образом, для транспортирования стружки от станков можно применить систему гидравлического смыва, то есть отвод стружки от станков с помощью смазочно-охлаждающей жидкости. На станках комплекса в качестве СОЖ с высокими противокоррозийными свойствами применяется 3-5% эмульсия, получаемая смешиванием эмульсола ЭГТ с водой.

В состав системы гидравлического удаления стружки войдут бак для сбора СОЖ и стружки скребковым конвейером; два насоса (один резервный), обеспечивающие подачу эмульсии в камеры станков комплекса; два фильтра (один резервный) для очистки эмульсии, возвращающейся в магистраль системы охлаждения режущих инструментов и смыва стружки; центробежный насос, обеспечивающий удаление шлама из бака; трубопроводы; запорно-регулирующая арматура; приборы технического контроля работы системы.

Стружкоуборочный конвейер смонтирован под полом в каналах, перекрытый металлическими решетками. Каналы рекомендуется перекрыть съемными плитами и откидными люками для стальной стружки. В качестве скребкового конвейера можно использовать конвейер КС-320.

Таблица 5.7. Основные технические характеристики конвейера КС-320

Техническая характеристика	Значение
Ширина, мм	320
Максимальная длина, м	85
Количество транспортируемой стружки, т/ч	1

 

Система инструментального обеспечения

Автоматизированная система инструментального обеспечения включает в себя режущий инструмент, вспомогательный инструмент, инструментальные головки, магазины инструментов, устройства автоматической смены инструментов на станках, устройства автоматической доставки и замены изношенного и поломанного инструмента в магазины станков.

Режущий инструмент на станочных модулях меняется при изменении номенклатуры деталей и по мере изнашивания или поломок его режущей части. Инструментальные блоки хранятся на том же складе, где хранятся и готовые детали. Перемещение между складом и станком может осуществляться той же транспортной системой, которая обеспечивает перемещение деталей (АТС). Здесь инструмент от склада подается непосредственно на станок. Передача инструментов может производиться поштучно, последовательно или целыми комплектами (магазинами, головками, шпиндельными головками).

Магазины инструментов предназначены для создания запасов инструмента, достаточного для обработки одной или нескольких разноименных деталей. Наличие магазина инструментов является обязательным условием автоматизации смены инструментов. Инструментальный магазин предназначен для обработки одной или нескольких заготовок. В магазине, кроме того, могут быть размещены контрольно-измерительная оснастка для автоматического обмера обработанных поверхностей, многоинструментальные головки и другое оборудование.

Магазины инструментов расположим над станками в целях экономии площадей; смена инструмента будет производиться роботом (автооператором), выполняющим обслуживание станка.

Система контроля

Станки с ЧПУ, используемые в автоматизированном комплексе оснащаются встроенными измерительными головками (индикаторами контакта), обеспечивающими исходное координирование инструмента, контроль размеров в ходе обработки по завершении перехода или полной обработки. Получаемая информация служит для управления станком и оценки качества обработки.

5.6 Схема компоновки оборудования комплекса

Схема приведена в Приложении Б. Размеры на схеме проставлены в миллиметрах. Оборудование выбрано ранее, размеры оборудования взяты из соответствующих им технических характеристик. Цифрами на схеме обозначены:

: Штабелер склада заготовок.

: Стеллаж склада заготовок.

: Транспортер доставки ящиков с заготовками к роботу, который посылает заготовки на станки. Имеет реверс для возврата пустой тары обратно на склад для ее последующего заполнения.

: Транспортер доставки ящиков с заготовками к стеллажу склада заготовок от робота-погрузчика, обслуживающего загрузочно-ориентирующее устройство. Имеет реверс для доставки пустой тары со склада к роботу-погрузчику.

, 13: Токарный станок. Далее - С1 и С2 соответственно.

: Транспортер доставки заготовок от токарных станков к роботу, обслуживающему фрезерный станок. Далее - Т1.

, 20, 14: Скребковый конвейер отвода отходов производства к месту их обработки.

: Фрезерный станок. Далее - С3.

: Стеллаж склада готовых деталей.

: Штабелер склада готовых деталей.

: Транспортер доставки ящиков с готовыми деталями к соответствующему штабелеру. Имеет реверс для доставки пустой тары к роботу, наполняющему тару готовыми деталями. Далее - Т2.

: Бункерное загрузочно-ориентирующее устройство.

: Промышленный робот, обслуживающий токарные станки и занимающийся процессом продвижения заготовок к следующему этапу обработки. Далее - Р1.

: Рабочая зона промышленного робота Р1.

: Рабочая зона робота-погрузчика.

: Рабочая зона промышленного робота Р2.

: Промышленный робот, обслуживающий фрезерный станок и занимающийся упаковкой готовых деталей в ящики. Далее - Р2.

: Робот-погрузчик для загрузки тары ориентированными заготовками и передаче их на соответствующий конвейер.

6. Построение циклограмм работы комплекса

6.1 Временная циклограмма

станочный обработка механообработка деталь

Построение временной циклограммы работы проектируемого комплекса выполняется с целью выявления несогласованности работы его элементов и определения коэффициентов загрузки оборудования. Циклограмма должна отражать работу каждой единицы оборудования: станков, роботов, накопителей, транспортных устройств, склада, контрольно-измерительных машин и т.д. за полный цикл работы комплекса. Коэффициенты загрузки основного и вспомогательного оборудования определяются как отношение времени работы данной единицы оборудования к времени к циклу работы комплекса.

Временная циклограмма приведена в Приложении Г.

Таблица 6.1. Времена выполнения операций

Операция	Время выполнения, с
ВЗЯТИЕ ЗАГОТОВОК И ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКА
Отыскание штабелером ящика с заготовками в стеллаже и взятие ящика	38
Перемещение ящика с заготовками на конвейер и постановка на него	15
Перемещение ящика с заготовками до зоны действия робота Р1	8
Взятие роботом Р1 заготовки из ящика	3
Поворот робота Р1 к станку С1 на 90º по часовой стрелке	1.5
Установка заготовки в станок С1	3
Обработка установки 1	18.8
Возвращение робота Р1 в позицию ожидания	1.5
Взятие роботом Р1 заготовки из ящика	3
Поворот робота Р1 к станку С2 на 90º против часовой стрелки	1.5
Установка заготовки в станок С2	3
Обработка установки 1	18.8
Возвращение робота Р1 в позицию ожидания	1.5
Поворот робота Р1 к станку С1 на 90º по часовой стрелке	1.5
Переустановка заготовки	3
Обработка установки 2	93.6
Возвращение робота Р1 в позицию ожидания	1.5
Поворот робота Р1 к станку С2 на 90º против часовой стрелки	1.5
Переустановка заготовки	3
Обработка установки 2	93.6
Возвращение робота Р1 в позицию ожидания	1.5
Поворот робота Р1 к станку С1 на 90º по часовой стрелке	1.5
Переустановка заготовки	3
Обработка установки 3	56.2
Возвращение робота Р1 в позицию ожидания	1.5
Поворот робота Р1 к станку С2 на 90º против часовой стрелки	1.5
Переустановка заготовки	3
Обработка установки 3	56.2
Возвращение робота Р1 в позицию ожидания	1.5
Поворот робота Р1 к станку С1 на 90º по часовой стрелке	1.5
Снятие заготовки	3
Поворот робота Р1 к транспортеру Т1 на 270º против часовой стрелки	4.5
Выгрузка заготовки	3
Возвращение робота Р1 в позицию ожидания	3
Продвижение транспортера Т1	8
Поворот робота Р1 к станку С2 на 90º против часовой стрелки	1.5
Снятие заготовки	3
Поворот робота Р1 к транспортеру Т1 на 90º против часовой стрелки	1.5
Выгрузка заготовки	3
Возвращение робота Р1 в позицию ожидания	3
Продвижение транспортера Т1	8
ФРЕЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА И УПАКОВКА ДЕТАЛЕЙ
Взятие роботом Р2 заготовки	3
Поворот робота Р2 к станку С3 на 90º против часовой стрелки	1.5
Установка заготовки в станок С3	3
Обработка установки	68.4
Возвращение робота Р2 в позицию ожидания	1.5
Поворот робота Р2 к станку С3 на 90º против часовой стрелки	1.5
Снятие детали	3
Поворот робота Р2 к транспортеру Т2 на 90º против часовой стрелки	1.5
Выгрузка детали	3
Возвращение робота Р2 в позицию ожидания	3

Необходимо пояснить, какие элементы будут отображены во временной циклограмме. Такие компоненты системы как штабелеры, конвейеры доставки ящиков, робот-погрузчик и загрузочно-ориентирующее устройство используются крайне редко в сравнении со станками, роботами Р1 и Р2, транспортером Т1. Поэтому не имеет смысла отображать их функционирование на циклограмме. На временной циклограмме показаны все стадии производства одной детали.

В качестве пояснения следует заметить, что при накоплении в ящике 90 деталей происходит его транспортирование к штабелеру и размещение на складе готовых деталей. Этот же штабелер далее забирает пустую тару и возвращает ее к роботу для дальнейшего наполнения.

Аналогично, при опустошении ящика с заготовками, ящик возвращается к штабелеру и размещается на складе заготовок. Наполненный ящик забирается со склада и транспортируется к роботу Р1.

Так же, если количество заполненных ящиков мало, штабелер, в свободное от других операций время, отправляет пустой ящик со склада заготовок к роботу-погрузчику для наполнения ориентированными заготовками, а затем размещает его на складе заготовок.

Рассчитаем коэффициенты загруженности станков. В расчете общего времени производства одной детали не учитываются операции, проводимые параллельно. Тогда весь процесс производства одной детали занимает 282.5 с. Времена работы станков имеются в таблице 6.1.

Таким образом, коэффициенты загруженности следующие:

). У каждого токарного станка:

). У фрезерного станка:

Необходимо учесть, что за цикл токарной обработки на фрезерный станок выдается 2 детали.

Таким образом, полученные коэффициенты практически совпадают с рассчитанными ранее. В рамках данной задачи можно заявить, что станки загружены оптимально.

Вычислим объем деталей, производимых за год при непрерывной двухсменной работе. Номинальный годовой фонд времени работы оборудования (при двухсменной работе) Ф₀=4140 часов. Учтем особенность комплекса, при которой на каждом токарном станке практически одновременно идет обработка заготовок, которые после обработки отправляются на фрезерный станок - время обработки двух деталей составляет 384 с.

Тогда число выпущенных деталей за год составит:

Полученное число больше требуемого количества деталей, значит план по производству можно выполнить несколько быстрее. Кроме того, в реальных условиях количество произведенных деталей будет близко к требуемому, так как возможны различные внештатные ситуации, например поломка инструмента или отказ оборудования, затянувшееся время диагностики или отсутствие электроэнергии.

6.2 Потактовая циклограмма

Циклограмма последовательности работы механизмов и узлов оборудования, входящего в состав комплекса, является практически алгоритмом его работы и служит исходной информацией для создания системы управления всем участком.

Следует отметить отсутствие необходимости включать в циклограмму все механизмы комплекса, т.к. многие группы механизмов управляются самостоятельно от своих систем управления.

Главная особенность циклограмм последовательности состоит в том, что она не временная, а потактовая: каждый такт циклограммы отражает новое положение механизмов автоматической системы. При этом соблюдается строгая последовательность их срабатывания от такта к такту. Для удобства составления циклограммы, весь комплекс следует разбить на модули, а последние в свою очередь на отдельные виды оборудования.

В результате анализа построенной циклограммы даются рекомендации для разработки систем управления автоматическим комплексом и проектируется ее структурная схема.

Заключение

В результате выполнения курсового проекта была разработана система гибкого автоматизированного производства, ориентированная на выпуск заданной детали.

Выбор заготовки осуществлялся из экономических соображений, причем учитывались ранее рассчитанные значения припусков на обработку для каждого из способов получения заготовки (на горизонтально-ковочной машине и литье в земляные формы). Себестоимость ниже у заготовки, полученной литьем в земляные формы.

На основании технического задания, которое предъявляет к заготовке требования по габаритам, шероховатости и форме, был разработан технологический маршрут и рассчитаны времена выполнения операций, необходимых для обработки заготовки с целью получения детали.

Был произведен оптимальный выбор составляющих систему станков. На основании выбранных станков была предложена схема компоновки системы. В схеме предусмотрено достаточно свободного места для передвижения специалистов, возможность ввода дополнительных агрегатов. Также в схеме указаны рабочие зоны основных манипуляторов, рабочие зоны охватывают все необходимые для данного манипулятора объекты.

На основании значений времен работ агрегатов системы была построена временная циклограмма, в которую вошли работа следующих агрегатов: конвейеров, всех роботов, токарных станков, фрезерного станка.

На основании найденных значений времени агрегатов системы был рассчитан годовой выпуск деталей, составивший 77625 шт. В действительности деталей будет выпущено немного меньше, так как возможны различные внештатные ситуации, например поломка инструмента или отказ оборудования, затянувшееся время диагностики или отсутствие электроэнергии. В целом же можно считать, что необходимый годовой выпуск деталей обеспечен.

Были рассчитаны коэффициенты загруженности станков, составившие соответственно 59.7% для первого токарного станка, 59.7% для второго токарного станка и 48.4% для фрезерного станка (в цикле производства одной отдельно взятой детали).

Контроль деталей осуществляется щуповыми датчиками манипуляторов и встроенными измерительными головками (датчики контакта).

Также была построена потактовая циклограмма процесса обработки заготовки, на которой прослеживается положение и состояние всех выбранных устройств по тактам работы системы в целом.

Данную систему можно использовать для обработки других изделий, для которых требуется токарная и фрезерная обработка. Для этого необходимо сменить программное обеспечение и переналадить станки.

 

Список использованной литературы

1). Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения 4-е издание, переработ. и доп. - Минск., Высшая школа, 1983 - 256 с.

). Сергушичева, А.П. Устройства автоматики и вычислительная техника в производственных системах: учебное пособие в 2-х частях/ А.П. Сергушичева. - Вологда: ВоГТУ, 2007. - 110 с.

). Справочник технолога машиностроителя: в 2-х томах/ Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещрякова. - М.: Машиностроение, 1985. - Т.1. - 656 с.; Т.2. - 696 с.

). Козырев, Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник/ Ю.Г. Козырев. - М.: Машиностроение, 1983. - 376 с.

). Лебедовский, М.С. Автоматизация в промышленности. Справочная книга / М.С. Лебедовский, А.И. Федотов. - Л.: Лениздат, 1976. - 251 с.

). Гибкие производственные комплексы/ Под ред. П.Н. Белянина, В.А. Лещенко. - М.: Машиностроение, 1984. - 384 с.

). Промышленная робототехника и гибкие автоматизированные производства / Под ред. Е.И. Юревича. - С-П.: Лениздат, 1984, - 223 с.