Расчет и проектирования автоматической системы технологического оборудования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Теория проектирования автоматизированных станочных комплексов»

на тему: «Расчет и проектирования автоматической системы технологического оборудования»

ДОНЕЦК 2005

РЕФЕРАТ

Курсовая работа содержит: с., 7 табл., 4 источника, 4 приложения.

В данной курсовой работе рассматривается процесс проектирования автоматической линии технологического оборудования, которая позволила бы при минимальных затратах добиться заданной производительности.

Цель работы: спроектировать оптимальную структурно-компоновочную схему автоматической линии для условий серийного производства детали «переходник». Реализовать структурную схему на практике, выбрав конкретное технологическое оборудование; описать ее работу с помощью циклограммы.

Курсовая работа включает: данную пояснительную записку, которая содержит все необходимые сведения о проектировании автоматической линии; чертеж компоновки автоматической линии с обозначением всех позиций; циклограмма работы автоматической линии.

Кроме того, для всех операций представлены эскизы карт наладок.

ПЕРЕХОДНИК, ПРОИЗВОДСТВО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, АТОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ, ЦИКЛОГРАММА

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

— чертеж детали (приложение Б);

— базовый технологический процесс обработки детали;

— заданная производительность обработки Q_тр=250 деталей/смена.

1. Анализ конструкции детали на технологичность.

2. Базовый технологический процесс обработки штока в условиях неавтоматизированного производства.

3. Операционный технологический процесс, реализуемый в условиях автоматизированного производства.

4. Расчет машинного времени выполнения операций.

5. Анализ базового операционного технологического процесса по критерию обеспечения заданной сменной производительности обработки.

6. Основные положения относительно выбора рационального варианта структуры автоматической линии.

7. Расчет экономических показателей.

ПРИЛОЖЕНИЕ, А — Эскизы наладки на агрегатную операцию ПРИЛОЖЕНИЕ Б — Чертеж детали ПРИЛОЖЕНИЕ В — Общий вид автоматической линии со спецификацией ПРИЛОЖЕНИЕ Г — Эскизы наладки на агрегатную операцию ПРИЛОЖЕНИЕ Д — Циклограмма работы линии

Современное производство отличается сложностью производства и технологических процессов. В этих условиях решаются проблемы повышения продуктивности работы и качества производства изготавливаемой продукции при минимальных затратах автоматизации. Для этого необходимо уметь проектировать и широко использовать автоматизированные системы технологического оборудования, в состав которых входит сами станки — автоматы, автоматизированные загрузочные устройства, транспортно — накопительные системы и др.

1. Анализ конструкции детали на технологичность

Цель анализа конструкции детали на технологичность — выявление недостатков конструкции по сведениям, содержащихся в чертежах и технических требованиях, а также возможное улучшение технологичности рассматриваемой конструкции.

Технологический контроль чертежей сводится к тщательному их изучению. Чертеж детали содержит все проекции и разрезы, совершенно четко и однозначно объясняющие ее конфигурацию. На чертеже указаны все размеры с необходимыми отклонениями и требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей. Чертеж содержит все необходимые сведения о материале детали, термической обработке и массе детали.

Деталь — переходник является частью гидросистемы угольного комбайна и выполняет роль распределителя — представляет собой призматическую деталь. Она изготавливается ковкой из стали 45. Химический состав материала занесен в таблицу 1.

Таблица 1. 1 — Химический состав, %.

Деталь имеет две наклонные поверхности которые требуют применения специальных приспособлений, что достаточно нетехнологично.

Деталь имеет глухое отверстие O18 мм и длиной 140 мм которое необходимо предварительно рассверлить или обрабатывать за несколько раз, что тоже нетехнологично.

Упрощение конструкции детали или замена ее элементов ввиду её служебного назначения и тяжелых условий эксплуатации нецелесообразно.

Итак, в целом деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных методов обработки и довольно проста по конструкции.

2. Базовый технологический процесс обработки штока в условиях неавтоматизированного производства

005 Заготовительная операция.

010 Вертикально — фрезерная Станок вертикально — фрезерный 6Н13П, А 1. Фрезеровать поверхность 155×125, фреза торцевая 2214−0157 Т5К10 ГОСТ 9473–80 выдержав размер 45,7 мм Б 2. Фрезеровать поверхность 155×125, фреза торцевая 2214−0157 Т5К10 ГОСТ 9473–80 выдержав размер 44_-0,62 мм.

015 Вертикально — фрезерная Станок вертикально — фрезерный 6Н13П, А 1. Фрезеровать поверхность 115×44, фреза торцевая 2214−0157 Т5К10 ГОСТ 9473–80 выдержав размер 156,8 мм Б 2. Фрезеровать поверхность 115×44, фреза торцевая 2214−0157 Т5К10 ГОСТ 9473–80 выдержав размер 155_-1 мм.

020 Вертикально — фрезерная Станок вертикально — фрезерный 6Н13П, А 1. Фрезеровать поверхность 155×44, фреза торцевая 2214−0157 Т5К10 ГОСТ 9473–80 выдержав размер 116,8 мм Б 2. Фрезеровать поверхность 155×44, фреза торцевая 2214−0157 Т5К10 ГОСТ 9473–80 выдержав размер 115_-0,87 мм.

025 Вертикально — фрезерная

Станок вертикально — фрезерная 6Н13П, А 1. Фрезеровать поверхность 45⁰х65⁰ на проход, фреза торцевая 2214−0157 Т5К10 ГОСТ 9473–80

030 Вертикально — фрезерная

Станок вертикально — фрезерный 6Н13П, А 1. Фрезеровать поверхность 65⁰х15⁰ на проход, фреза торцевая 2214−0157 Т5К10 ГОСТ 9473–80

035 Радиально сверлильная

Станок вертикально — фрезерный 2А53

А 1. Сверлить 3 отв. 18 последовательно сверло 2301−0025 ГОСТ 10 903–77

2. Зенкеровать 3отв. 36 мм последовательно на глубину 13^+1,1 мм, зенкер 2320−2392 ГОСТ 3231–71

040 Радиально — сверлильная

Станок радиально сверлильный 2А53

А 1. Сверлить отв. 9,5 мм на глубину 5…7мм, сверло 2301−0015 ГОСТ 10 903–77.

2. Сверлить отв.18мм на глубину 140 мм, сверло 2301−0025 ГОСТ 10 903–77

3. Рассверлить отв. 22 мм на глубину 6 мм, сверло 2301−0026 ГОСТ 10 903–77

045 Радиально — сверлильная

Станок радиально — сверлильный 2А53

А 1. Сверлить отв. 18 мм до ранее просверленного, сверло 2301−0025 ГОСТ 10 903–77.

2. Зенкеровать отв. 48 мм на глубину 5 мм, зенкер 2345−2392 ГОСТ 3231–71

3. Рассверлить отв. 25Н12 на глубину 9 мм, сверло 2301−0077 ГОСТ

10 903−77.

050 Радиально — сверлильная Станок радиально — сверлильный 2А53

А 1. Сверлить отв. 18 мм до ранее просверленного, сверло 2301−0025 ГОСТ 10 903–77.

2. Зенкеровать отв. 31,5 мм на глубину 30 мм, зенкер 2320−0052

ГОСТ 3231–71

3. Зенковать фаску 1,6×45⁰, зенковка 2353−0021 ГОСТ 14 953–80

4. Зенкеровать отв. 34,4 мм на глубину 18 мм, 2320−0054 ГОСТ 3231–71

5. Развернуть отв. 32Н9 на глубину 30 мм, развертка 2363−0472

ГОСТ 1672–71

6. Нарезать резьбу М36×1,5 на глубину 15 мм, метчик М36×1,5 2620−2039 ГОСТ 3266–71

055 Радиально — сверлильная Станок радиально — сверлильный 2А53

А 1. Сверлить отв. 16 мм до ранее просверленного, сверло 2301−0022 ГОСТ 10 903–77.

2. Зенкеровать отв. 24,5 мм на глубину 29 мм, зенкер 2320−0042

ГОСТ 3231–71

3. Зенковать фаску 1,6×45⁰, зенковка 2353−0021 ГОСТ 14 953–80

4. Зенкеровать отв. 28,4 мм на глубину 18 мм, 2320−0044 ГОСТ 3231–71

5. Развернуть отв. 32Н9 на глубину 29 мм, развертка 2363−0239

ГОСТ 1672–71

6. Нарезать резьбу М30×1,5 на глубину 15 мм, метчик М36×1,5 2620−1935 ГОСТ 3266–71.

060 Радиально — сверлильная

Станок радиально — сверлильный

А 1. Сверлить отв. под резьбу G½-B до ранее просверленного

2. Нарезать резьбу G½-B на глубину 16 мм.

065 Радиально — сверлильная

Станок радиально — сверлильный

А 1. Сверлить отв. под резьбу G½-B до ранее просверленного

2. Нарезать резьбу G½-B на глубину 16 мм.

3. Операционный технологический процесс, реализуемый в условиях автоматизированного производства Разработка операционного технологического процесса ведется для случая реализации на агрегатных станках.

При разработке операционного технологического процесса используются наиболее перспективные схемы и методы обработки, а также конструкции инструмента и инструментальные материалы, которые предусматривают возможность максимальной интенсификации режимов резания.

Например: Применение комбинированного инструмента, обработка в одной позиции нескольких отверстий, применение инструмента из быстрорежущей стали .

Рассматривая данный процесс для автоматического производства все фрезерные операции относим к заготовительным (005 -025), а операции выполняемые на радиально — сверлильных (030 — 070) будем реализовывать в автоматическом режиме.

4. Расчет машинного времени выполнения операций Выбор режимов резания произведен в соответствии с машиностроительными нормативами для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Все параметры занесены в таблицу 2.

Машинное время для фрезерных и сверлильных работ [3]:

где l — длина обрабатываемой поверхности, мм;

?l — суммарная величина врезания и перебега, мм;

S_м — минутная подача, мм/мин.

Минутная подача при сверлении:

S_м=S_o· n;

где S_о — оборотная подача, мм/об;

n — частота вращения сверла, об/мин.

Таблица 4. 1 — Расчет машинного времени выполнения операций.

Простейшим вариантом построения технологического процесса неавтоматизированного производства при принятых методах, технологическом маршруте и режимах обработки является полная обработка детали на одной позиции при последовательном выполнении всех составных операций.

Критерием оценки технологического процесса является технологическая производительность k_о, которая определяется по формуле:

где ?t_р — суммарное машинное время выполнения всех операций, мин.

Значение технологической производительности может быть основой для расчета оптимальной степени дифференциации и концентрации операций в автоматической линии.

5. Анализ базового операционного технологического процесса по критерию обеспечения заданной сменной производительности обработки Определение ожидаемой сменной производительности системы технологического оборудования в условиях неавтоматизированного производства делается по формуле:

деталей/смена, где — время выполнения холостых (вспомогательных) операций в условиях неавтоматизированного производства.

Сравнивая полученное значение (35 деталей/смена) с заданной сменной производительностью обработки (250 деталей/смена), приходим к выводу, что в неавтоматизированном производстве нельзя обеспечить требуемую производительность. Следовательно, необходимо разработать оптимальный структурно-композиционный вариант автоматической линии, который должен обеспечивать заданную производительность обработки.

6. Основные положения относительно выбора рационального варианта структуры автоматической линии При обработке на автоматической линии переходника технологический процесс дифференцируется на составные части, которые выполняются в разных позициях на разных станках. В процессе обработки — от заготовки к готовой продукции — изделие передается последовательно из позиции в позицию, где получает заданный объем технологического воздействия таким образом, что на каждой позиции выполняется лишь определенная часть обработки. При этом принятые методы, маршрут и режимы обработки, технологические базы и режущий инструмент должны обеспечить выполнение заданных требований качества (точность размеров, шероховатость поверхности и др.).

Известно, что увеличение степени дифференциации технологического процесса обработки сопровождается возрастанием технологической производительности обработки k₀. Максимально дифференцировав операции, получим следующую структурную схему:

Данную структуру можно реализовать на практике двумя способами:

— с использованием станков, возле которых находятся промышленные роботы для загрузки и выгрузки заготовок, и транспортная система для перемещения заготовок от позиции к позиции;

— с использованием специальных силовых головок, которые производят обработку заготовок прямо на транспортере.

1 ВАРИАНТ

Технологический процесс.

010 Агрегатная

1 позиция — Сверлильная операция t_р=0,35мин

Обработать 3 отв. 18/36мм, на глубину 13^+1,1мм, комбинированным инструментом сверло — зенкер.

2 позиция — Сверлильная операция t_р=0,38мин Сверлить отв. 9/18мм, на глубину 85 мм, комбинированным инструментом сверло-сверло.

3 позиция — Сверлильная операция t_р=0,21мин Сверлить отв. 9/18мм, на глубину 45 мм, комбинированным инструментом сверло-сверло.

4 позиция — Сверлильная операция t_р=0,18мин Сверлить отв. 18 мм, на глубину 45 мм, инструмент сверло спиральное

5 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,04мин.

Рассверлить отв. 22 на глубину 6 мм, инструмент сверло спиральное.

020 Агрегатная

1.1 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,5мин.

Сверлить отв. 18 мм, инструмент сверло спиральное.

1.2 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,39мин.

Сверлить отв. 16 мм, инструмент сверло спиральное.

1.3 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,27мин.

Сверлить отв. 19,5 мм под резьбу, инструмент сверло спиральное.

2.1 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,7мин.

Обработать отв. 31,5/34,4/1,6Х45⁰, комбинированным инструментом зенкер — зенкер — зенковка, на глубину 30 мм.

2.2 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,37мин.

Обработать отв. 24,5/28,4/1,6×45⁰, на глубину 29 мм, инструмент зенкер — зенкер — зенковка.

2.3 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,27мин.

Сверлить отв. 19,5 мм под резьбу, инструмент сверло спиральное.

2.4 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,17мин.

Нарезать резьбу G½-B, на глубину 16^+1,1мм, инструмент метчик.

3.1 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,24мин.

Обработать отв. 32Н9/М36×1,5, на глубину 18 мм, инструмент развертка — метчик.

3.2 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,24мин.

Обработать отв. 25Н9/М30×1,5, на глубину 18 мм, инструмент развертка — метчик.

3.3 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,17мин.

Нарезать резьбу G½-B, на глубину 16^+1,1мм, инструмент метчик.

030 Агрегатная

1 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,17мин.

Сверлить отв. 18 мм, на глубину 22 мм, инструмент сверло спиральное.

2 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,08мин.

Зенкеровать отв. 48 мм, на глубину 5 мм, инструмент зенкер.

3 позиций — Сверлильная операция t_р = 0,05мин.

Рассверлить отв. 25Н12, на глубину 4 мм, инструмент сверло спиральное.

Лимитирующей позицией является сверлильная операция, для которой t_р=0,7 мин. Производим укрупненный расчет цикловой производительности Q_Ц для данного варианта по формуле:

деталей/смена, где Т_Ц — время рабочего цикла АЛ, мин;

мин,

t_р(q) — время машинной обработки на лимитирующей позиции, мин;

— время несовмещенных вспомогательных ходов цикла.

К_исп=0,75 — ожидаемый коэффициент использования АЛ.

Уточненный расчет полной производительности выполним по формуле:

где К_заг=0,85 — коэффициент загрузки линии как характеристика технических и организационных условий ее эксплуатации;

— время несовмещенных вспомогательных ходов цикла;

?t_р — суммарные собственные внецикловые затраты (простой на единицу продукции), мин/шт.

Внецикловые затраты определяются по формуле:

где ?t_ин — ожидаемые суммарные внецикловые затраты по инструменту;

?t_ос — ожидаемые усредненные внецикловые затраты по оснащению.

Затраты времени из-за выхода из строя инструмента определяются по формуле:

где t_р — машинное время выполнения составной операции конкретным инструментом, мин;

Т — нормативная стойкость инструмента, мин;

t_з — время, необходимое для замены инструмента при его износе, мин;

t_пр — средняя продолжительность простоев из-за случайных сбоев в работе и поломок инструмента, которые приходятся на период его стойкости, мин.

Значение t_з и t_пр для разных типов инструментов занесены в таблицу 4.

Таблица 6. 1 — Расчет времени затрат по инструменту.

Расчет ожидаемых внецикловых затрат по оборудованию (для одной позиции) t_ос производим по формуле:

t_ос,

где t_п — средняя продолжительность простоев j-го нормализованного узла, который входит в состав оснащения конкретной позиции;

t_р — время работы j-го нормализованного узла при выпуске единицы продукции;

k — общее количество нормализованных узлов в оснащении конкретной позиции.

Таблица 6. 2 — Расчет затрат по оснащению первого варианта.

Таким образом:

мин.

Производительность данного варианта:

деталей/смена.

2 ВАРИАНТ Технологический процесс

010 Агрегатная

1 позиция — обработать 3 отв. 18/36мм

2 позиция — сверлить отв. 9/18мм

3 позиция — сверлить отв. 9/18 мм

4 позиция — сверлить отв. 18 мм

5 позиция — рассверлит отв. 22 мм

020 Агрегатная

1 позиция — сверлить отв. 18 мм

2 позиция — обработать отв. 31,5/34,4/1,6×45⁰

3 позиция — обработать отв. 32/М36×1,5

030 Агрегатная

1 позиция — сверлить отв. 16 мм

сверлить отв. 19,5 мм

2 позиция — обработать отв. 24,5/28,6/1,6×45⁰

сверлить отв. 19,5 мм

нарезать резьбу G½-B

3 позиция — обработать отв. 25/М30×1,5

нарезать резьбу G½-B

040 Агрегатная

1 позиция — сверлить отв. 18 мм

2 позиция — зенкеровать отв. 48 мм

3 позиция — рассверлить отв. 25 мм Таблица 6.3 — Расчет затрат по оснащению второго варианта.

Таким образом:

мин.

Производительность данного варианта:

деталей/смена.

7. Расчет экономических показателей Показателем экономической эффективности являются неполные приведенные затраты.

Неполные приведенные затраты (с учетом принятых допущений):

=

где К — стоимость технологического оборудования;

З — заработная плата (считаем постоянной).

Составим таблицу 7 и 8, в которой укажем стоимость каждой единицы оборудования.

Таблица 7. 1 — Стоимость оборудования для первого варианта

Таблица 7. 2 — Стоимость оборудования для второго варианта

Из таблицы окончательно выбираем первый вариант, который отличается наиболее низкими значениями приведенных затрат. Для данного варианта приведены эскизы карт наладок.

Чертеж компоновки автоматической линии приведен в приложении Б. Циклограмма работы автоматической линии приведена в приложении Д. Эскизы наладок в приложениях А.

ВЫВОДЫ В данной курсовой работе рассматривался процесс проектирования автоматической линии технологического оборудования.

Поставленная цель работы — спроектировать оптимальную структурно-компоновочную схему автоматической линии для условий серийного производства детали типа «переходник» — была полностью достигнута, при этом было выполнено основное требование к проектируемой линии: обеспечена требуемая производительность при наилучших экономических показателях.

Курсовая работа включает данную пояснительную записку, которая содержит все необходимые сведения о проектировании автоматической линии; эскизы карт наладок; чертеж компоновки автоматической линии с обозначением всех позиций; циклограмма работы автоматической линии.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Горбацевич А. Ф., Шкред В. А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. — Мн: Выш. школа, 1983. — 256 с.

2. СТМ. Т. 1 /Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — Г.: Машиностроение, 1985. — 656 с.; СТМ. Т. 2 /Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — Г.: Машиностроение, 1985. — 496 с.

3. Справочник Технолога-машиностроителя. Т. 1 /Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — Г.: Машиностроение, 1985. — 656 с.; Справочник Технолога-машиностроителя. Т. 2 /Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — Г.: Машиностроение, 1985. — 496 с.

4. Балабанов А. Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя. — Г.: Издательство стандартов, 1992. — 464 с.