Проектирование автоматизированной производственной системы для изготовления детали типа «вал»

Министерство образования и науки Украины Приазовский государственный технический университет Кафедра Технологии машиностроения Пояснительная записка по предмету Автоматизация производственных процессов в машиностроении Работу выполнила:

студентка гр. ТМ-10

Томашевская А.

Руководитель проекта:

профессор, д.т.н.

Маргулис М.В.

Содержание станочный деталь вал планировка Аннотация

1. Технологическая часть

1.1 Анализ исходных данных, выбор концепции станочной системы и оценка требуемой ее гибкости

1.2 Предварительный выбор размера партии деталей

1.3 Анализ технологичности конструкции детали с учетом концепции станочной системы

1.4 Разработка технологического маршрута изготовления детали. Приближенная оценка продолжительности операций и цикла изготовления детали

1.5 Оценка применяемости наличных технологических операций в условиях выбранной концепции станочной системы

1.6 Выбор оборудования станочной системы и схемы его установки

1.7 Разработка концепции транспортно — складской системы и системы инструментообеспечения

1.8 Разработка концепции системы управления, контроля и диагностики

1.9 Разработка общей планировки станочной системы

2. Конструкторская часть

2.1 Разработка устройства по автоматизации, соответствующее вопросам, разработанным в технологической части Заключение Список использованной литературы Аннотация Объем пояснительной записки к данной курсовой работе составляет 21 лист, объем графической части: чертеж детали А4, общая планировка станочной системы А1 и чертеж промышленного робота А2.

Курсовая работа содержит технологическую и конструкторскую части.

В технологической части излагается решение вопросов, подлежащих разработке: анализ исходных данных, анализ технологичности конструкции, разработка технологического маршрута, оценка продолжительности операций, выбор оборудования станочной системы, разработка концепции системы управления, общая планировка станочной системы.

В конструкторской части приводится описание разрабатываемой конструкции автоматизированного устройства.

1. Технологическая часть

1.1 Анализ исходных данных, выбор концепции станочной системы и оценка требуемой ее гибкости При разработке станочной системы производится анализ номенклатуры с учетом объема выпуска обрабатываемых деталей.

Выбор станочной системы осуществляется с помощью рис. 1, на котором показаны области применения различных видов станочных систем исходя из номенклатуры деталей.

0 10 50 100 1000

Номенклатура, ед.

1. Универсальные станки.

2. Станки с ЧПУ.

3. Многоцелевые станки.

4. Гибкие производственные модули.

5. Гибкие производственные участки.

6. Гибкие автоматизированные линии.

7. Автоматические линии.

8. Системы производственные гибкие.

По рис. 1 выбираем концепцию 8 — система производственная гибкая (СПГ).

Системой производственной гибкой (СПГ) называют совокупность в различных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей (ГПМ), отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автономном режиме в течение заданного интервала времени, обладающую свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

По организационным признакам различают следующие СПГ:

Гибкую автоматизированную линию;

Гибкий автоматизированный участок;

Гибкий автоматизированный цех.

Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) — это СПГ, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций. ГАЛ обычно включает гибкие производственные модули отдельных машин, механизмы управления, транспортно — накопительную систему, сменные спутники и др.

Гибкая производственная система (ГПС), функционирующая по технологическому маршруту, в которой предусмотрена возможность изменения последовательности, использования технологического оборудования, называется гибким автоматизированным участком (ГАУ).

СПГ, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность ГАЛ, ГАУ для изготовления изделий заданной номенклатуры, называется гибким автоматизированным цехом (ГАЦ).

1.2 Предварительный выбор размера партии деталей Предварительный выбор размера партии деталей производится с помощью рис. 2, на котором показаны области применения различных видов станочных систем в зависимости от объёма партии деталей.

0 10 50 100 500 5000 >10 000

Размер партии, шт. Рис.2

Количество деталей в партии n штук, которые одновременно запускаются в производство, определим по формуле:

где

N — годовая программа выпуска, N=5000шт/год;

a — строковой запас дней, а=7дн;

F — число рабочих дней в году, F=260дн.

(шт.)

Принимаем п =150 шт.

Для СПГ с номенклатурой 50 деталей размер партии составляет от 10 до 750 шт. В этом случае для среднесерийного производства количество деталей «вал» в партии ровно 150 шт. Следовательно, количество партии в году составит:

1.3 Анализ технологичности конструкции детали с учетом концепции станочной системы

1. Назначение изделия и условия работы в сборке.

Данная деталь «Вал» относится к классу валов, изготовленная из легированной стали ст. 45 (ГОСТ 4543−71). Данная деталь служит для передачи крутящего момента. Конструкция вала имеет ступенчатую форму. Это связано с тем, что детали должны быть закреплены на валу или сам вал зафиксирован в осевом направлении. Кроме того, при составлении детали должны свободно продвигаться вдоль вала до места их посадок.

2. Анализ технологичности детали Анализирую технические требования, выдвинутые к изготовлению данной детали, можно сказать, что, в целом, их достаточно. Уточним, что деталь следует придать термообработке, потому что твердость стали 45 составляет 173.241 НВ, а после термообработки возрастает до 1954…263 НВ.

3. Анализ технологичности

1) Деталь «Вал» имеет сложную конструкцию, которая содержит в себе: закрытый шпоночный паз и канавку.

2) Деталь имеет возможность базирования в центрах, для чего в торцевых поверхностях вала предусмотрены центровые отверстия. Центровые отверстия необходимы для соблюдения принципа совместимости баз (конструкторской, технологической и измерительной), также позволяют избежать погрешности обработки в радиальном направлении.

3) Вал имеет длину L=211 мм., средний диаметр вала мм.

Определим твердость вала по формуле:

Значит, вал имеет достаточную твердость, что позволяет не использовать люнеты при интенсивных параметрах режимов резания.

4) Материал сталь 45 не требует применения специального режущего инструмента, а его физико-химические свойства определяют необходимую долговечность и надежность при выполнении детали своих функций. Последнее есть наиболее важным при эксплуатации, потому что позволяет в процессе работы минимизировать число отказов и ремонтов.

5) Конструкция детали обеспечивает удобство подводки режущего инструмента и измерительного инструмента. Цилиндрические поверхности можно обрабатывать проходными резцами по программе.

4. Выбор способа получения заготовки Для получения заготовки возможно использование методов: штамповки и прокат. Для изготовления детали необходимо выбрать заготовку, характеризующуюся лучшим использованием материала и меньшей стоимостью. Рассмотрим сортовой прокат (простой ГОСТ 2590–71). Так как данная деталь имеет малые размеры и малые различия между диаметрами вала, то мы можем воспользоваться данным способом получения заготовки.

Для определения рациональности выбранной заготовки вычислим коэффициент использования метала по формуле:

где: Qзаг — масса заготовки, qдетмасса детали Рассчитаем себестоимость заготовки:

1.4 Разработка технологического маршрута изготовления детали При разработке технологического маршрута изготовления детали воспользуемся типичными технологическими маршрутами.

Для приближенной оценки продолжительности операций и цикла изготовления деталей воспользуемся укрупненными нормативами времени:

Фрезерование торцов:

Т_О=6L10^-3=6(20,56+24,56)=0,27 мин.

Вспомогательное время:

Т_всп.=Т_у.с.+Т_уп.=1,22мин.

Точение (предварительное) Т_О=0,17Dl=0,17(20,56*36,68+25,56*37+24,56*68+33,56*38+24,56*14,68)

=0.85мин.

Твсп.=Ту.с.+Туп= 1,37 мин.

Точение (окончательное)+ снятие фасок+ точение канавок Т_О=(0,17dl+0,19(D²-d²))10^-3=(0,17(20*36+25*37+24*68+33*38+24*14)+0,19(30²-25²))=0,87мин.

Твсп.=Ту.с.+Туп =1,46 мин.

Фрезерование шпоночных пазов Т_О=7l10^-3=7*25*10^-3=0,17 мин.

Твсп.=Ту.с.+Туп=1,12 мин.

Шлифование однократное Т_О=0,15l10^-3=0,15(25*19+25*17+25*11+30*20)*10^-3=0,26 мин.

Твсп.=Ту.с.+Туп=1,33 мин.

Штучное время обработки цикла Т_ШТ.=?Т_О+?Т_ДОП.

Т_ШТ.=0,27+1,22+0,85+1,37+0,87+1,46+0,17+1,12+0,26+1,33=8,95 мин.

1.5 Оценка применяемости намеченных технологических операций в условиях выбранной концепции Механическая обработка лезвийным инструментом достаточна при наличии хорошей системы разгрузки-погрузки, транспортировки и широкой номенклатуры. Время цикла 1…10 ин.

Круглое шлифование-полная приспособленность в условиях СПГ.

Приспособленность контрольно-измерительных операций-полная.

1.6 Выбор оборудования станочной системы и схемы его установки Выбор оборудования станочной системы необходимо осуществить соответственно с данными справочников и каталогов металлорежущих танков.

При выборе конкретных моделей станков следует учесть:

— возможность исполнения намеченных операций на рассмотренных моделях станков

— габариты и массу обрабатываемой заготовки

— совместимость систем управления станками, в том числе систем ЧПУ

— возможные варианты выполнения транспортных и загрузочных операций При изготовлении данной детали будем использовать станки следующих моделей:

1. Горизонтально-фрезерный станок 6305Ф2

— размеры рабочей поверхности стола 600−1500 мм.

— наибольшая масса заготовки 100 кг.

— частота вращения шпинделя 16−1600 об/мин

— подача стола шпиндельной бабки 10−2500мм/мин

— мощность электродвигателя 7,8кВт

— габаритные размеры 5300Ч4050мм

— масса 2760 кг

2. Токарно-винторезный станок 16К20Ф3

— наибольший диаметр обработки

*над станиной 400 мм

*над суппортом 220 мм

— наибольший диаметр обрабатываемого прутка 50 мм

— частота вращения шпинделя 12−1600 об/мин

— габариты станка 2505Ч119 019 мм.

3. Шпоночно-фрезерный станок 6Д91

— ширина фрезеруемого паза 3…20 мм

— диаметр обрабатываемого вала 8…80 мм

— наибольшая длина фрезеруемого паза 300 мм

— размер рабочей поверхности стола 200Ч800 мм

— частота вращения шпинделя 500−4000 об/мин

— мощность электродвигателя 2,2 кВт

— габаритные размеры 1320Ч1380 мм

4. Кругло-шлифовальный станок 3М151Ф2

— наибольший диаметр заготовки 200 мм

— наибольшая длина заготовки 700 мм

— частота вращения шпинделя 50−500об/мин

— мощность электродвигателя 10кВт

— габаритные размеры 4605Ч2405мм

5. Полуавтомат для снятия заусенцев и фасок 5Б525

— наибольший диаметр обработанного колеса 500 мм

— размер шлифовального круга 80Ч2

— частота вращения шлифовального круга 12 000мин¹

— мощность электродвигателя 0,3…6 кВт

— габаритные размеры станка 1000Ч550мм Рассчитаем штучно-калькуляционное время:

Т_Ш-К=ц_кТ_О

ц_к— поправочный коэффициент Т_О— основное время Токарный станок:

ц_к=2,14 Т_О=4,55 мин. Т_Ш-К=9,73 мин.

Кругло-шлифовальный станок:

ц_к= 2,1 Т_О= 1,59 мин. Т_Ш-К=3,34 мин.

Горизонтально-фрезерный станок:

ц_к=1,84 Т_О=1,49 мин. Т_Ш-К=2,74 мин.

Шпоночно-фрезерный станок:

ц_к= 1,84 Т_О= 1,29мин. Т_Ш-К=2,37 мин.

Количество станков каждой модели:

N — годовой объем выпуска деталей 300 шт.

Т_ШТ — штучно-калькуляционное время

F_Д.О. — действительный годовой фонд работы оборудования.

Количество токарных станков:

по одному токарно-винторезному станку для предварительной и окончательной обработки.

Количество кругло-шлифовальных станков:

принимаем 1 станок Количество горизонтально-фрезерных станков:

принимаем 1 станок Количество шпоночно-фрезерных станков:

принимаем 1 станок Выбираем тип компоновки станочной системы: линейныйстанки располагаются так, чтобы заготовка проходила от начала до конца станочной системы, то есть станки устанавливаются в последовательности механической обработки.

1.7 Разработка концепции транспортно — складской системы и системы инструментообеспечения Автоматизированная транспортно-складская система (АТСС) — это система взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств для укладки, хранения, временного накопления и доставки предметов труда, технологической оснастки и удаления отходов.

При линейной компоновке АТСС включают:

1. Загрузочно-разгрузочное устройство УП-0,16

Техническая характеристика:

— масса тары 50 кг.

— габаритные размеры 400Ч300Ч450мм

2. Стеллаж-накопитель модели СТ-0,16

Техническая характеристика:

— грузоподъемность одного гнезда 50 кг.

— габаритные размеры 400Ч300Ч3400мм

3. Кран-штабелер модели СА-ТСС-0,16

Техническая характеристика:

— грузоподъемность 50 кг.

— габаритные размеры 400Ч300Ч3400мм

— скорости

*перемещения крана 1,0м/с

*подъема грузозахватывающего органа 0,2м/с

*выдвижения грузозахватывающего органа 0,25м/с

— мощность электродвигателя 4,0 кВт

4. Приемно-передаточное устройство

Выбор промышленного робота представлен в конструкторской части.

5. Робот производства фирмы «Интрансмаш» модели КН10Р-01

Техническая характеристика:

— грузоподъемность 100 кг.

— скорость перемещений 1,0м/с

— габаритные размеры 3370Ч1300Ч750мм Для выбора варианта автоматизированной системы стружкоудаления необходимо ориентировочно оценить площадь станочной системы, вид стружки, который создается в единицу времени. Для систем, расположенных на площади 300−500м² с количеством стружки до 1000кг/час целесообразно устанавливать линейные конвейеры, а в конце линии емкость для сбора стружки.

Определим количество стружки в год М_СТР.=(m_З— m_Д)М М_СТР.=(0,87−0,8)*500=350кг.

Определим массу стружки в час для данной детали:

Значит, линейный конвейер устанавливать нецелесообразно (0,7 кг/час< 1000 кг/час). Для сбора стружки возле каждого станка необходимо установить контейнер для сбора стружки. Стружка в контейнеры будет попадать через устройства для сбора стружки, которые вмонтированы в станки.

1.8 Разработка концепции системы управления, контроля и диагностики Состав функций и набор решенных задач АСУ определяется условиями функционирования станочных систем — это задание оперативного управления технологическим процессом, групповое управление основным технологическим оборудованием, управление АТСС: задача контроля и диагностики — контроль качества продукции (входной, операционный, приемный), контроль технологических процессов, диагностирование дефектов, технического состояния.

Для управления промышленным роботом с ЧПУ применяем микроЕОМ «Sinumeric» .

Для контроля изделий на станках с ЧПУ применяем измерительный щуп индуктивного типа, которым управляет приспособление (система активного контроля с отключением станка при достижении заданного размера) БВ-4270 на кругло-шлифовальном станке модели 3В144АФ2 и БВ4271 на токарно-винторезном станке модели 16К20Ф3.

Для целей диагностики с СПГ и функционально-тестовой диагностики отдельных станков с ЧПУ применяем управляющую ЕОМ модели ВЗ-М1 221 608П.

Для координации информационного обмена и управления производством применяем ПК Pentium.

1.9 Разработка общей планировки станочной системы Разработку компоновки СПГ необходимо осуществлять согласно «Общесоюзным нормам технологического проектирования механообрабатывающих и сборочных цехов предприятий машиностроения, приборостроения и металлообработки». При этом нужно руководствоваться следующими правилами:

— расстановка технологического оборудования производится по ходу технологического процесса вдоль производственного пролета;

— с тыльной стороны станков предусмотрены специальные проезды для движения вспомогательных транспортных средств и прохода людей,

— станки группируем по принципу максимума и минимума съёма стружки, образующейся при обработке;

— системы транспортирования стружки максимально приближены к технологическому оборудованию;

Компоновочный план СПГ выполняется в масштабе 1:100.

На плане выплывает в масштабе показано расположение основного технологического оборудования, средств технического контроля, автоматизированной системы стружкоудаления, автоматизированной транспортно-складской системы. На плане указываем зоны обслуживания промышленными роботами.

Планировку выполняем без привязки к зданию цеха.

2. Конструкторская часть

2.1 Разработка устройства по автоматизации, соответствующая вопросам, разработанным в технологической части В конструкторской части курсовой работы выбирается устройство по автоматизациипромышленный робот модели ПР-4. Они применяются для автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, обслуживания различного технологического оборудования, межоперационного и межстаночного транспортирования объектов обработки и выполнения других вспомогательных операций.

Рис. Промышленный робот ПР-4

Техническая характеристика:

— грузоподъемность: 5 кг.

— число ступеней подвижности (без захватывающего устройства):6

— число рук/захватывающих устройств на руку:1/1

— тип привода: пневматический

— управление: цикловое

— число программных координат: 6

— емкость памяти системы (число команд):60

— погрешность позиционирования :±0,1 мм

— линейные перемещения

*при скорости 0,1 м/с: z = 150 мм

* при скорости 0,3 м/с: r = 600 мм

— угловые перемещения

* при скорости 1,36 радий/з: ц = 240°

* при скорости 1,53 радий/з: и = 15°

Время цикла обработки деталей на одном станке равняется сумме времени работы станка и робота Т_tшт-к + t_пр,

где tпр — время работы, которая не перекрывается Циклограмму робота РТК при обслуживании токарно-винторезного станка модели 16К20Ф3 для предварительной обработки рассчитывается таким способом:

1)взятие детали со стола: t₁=5c.

2)втягивание руки: t₂=2c.

3)поворот робота к станку t₃: 1,15с.

4)выдвижение руки в рабочую зону станка: t₄=2с.

5)закрепление детали в устройств станка: t₅=10с.

6)время обработки детали: t₆=51с.

7)открепление детали с устройства станка: t₇=10с.

8)вывод руки с рабочей области станка: t₈=2с.

9)поворот робота к столу: t₉=1,15 с.

10)выдвижение руки к столу: t₁₀=2с.

11)установка детали на столе: t₁₁=5с.

t_?=91,30 секунд.

Заключение

В данной работе спроектирована автоматизированная производственная система для изготовления детали типа «вал» .

Выбранная концепция станочной системы применяется в серийном производстве при сравнительно небольших партиях. Гибкий автоматизированный участок содержит в себе автоматизированные модули, соединенные гибкими транспортными связями, которые позволяют расширить номенклатуру изделий. Процессы установки и транспортировки автоматизированы, что значительно увеличивает продуктивность труда, точность изготовления и качество поверхностей обрабатываемых деталей.

В качестве приспособления автоматизации принят промышленный робот модели ПР-4.

Разработанная технологическая система позволяет существенно повысить продуктивность, уменьшить число рабочих при высоком качестве изделий и снизить их себестоимость.

1. Методические указания к выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Автоматизация производственных процессов в машиностроении» М. В. Маргулис, В.В. ВодзянскийПГТУ, 2009

2. Горбацевич А. Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения:1983 г.

3. Руденко П. А. Проектирование технологических процессов в машиностроении-1985 г.