Разработка роботизированного технологического процесса механообработки

• Сумма баллов — 17, следовательно деталь по сложности относится к средней. Среднее оперативное время каждой установки последовательно несколькими инструментами — 6мин.
• Предложения по улучшению технологичности:
• — для уменьшения перепадов размеров и, соответственно, расхода материала деталь выполним сварной из двух заготовок, обработку произведем уже сварной детали;
• — точную обработку произведем только в местах сопряжения (указаны в задании);
• — т.к. нарезание резьбы невозможно выполнить при HRC 55 — 58 и заготовку с такой твердостью невозможно обработать на металлорежущих станках, то обрабатывать будем заготовку твёрдостью HRC 28 — 32 с последующей закалкой всей поверхности детали ТВЧ до требуемой точности;
• — квадратное отверстие нетехнологично, поэтому будем выполнять его с помощью круглых отверстий меньшего диаметра в углах квадратного отверстия
• — для выхода шлифовального инструмента сделаем проточку;
• — для упрощения сборки сделаем фаску.

3. Выбор заготовки

Расчет стоимости заготовки из прутка, отливки и штамповки

Расчёт массы детали

.

Расчет стоимости заготовки:

· прокат

Т.к. деталь сварная, то масса заготовки будет складываться из массы двух заготовок, выполненных из прутка по ГОСТ 2590 диаметром 32 и 80 мм:

.

где С — стоимость 1 кг стали в $,

C_ОТХ — стоимость 1 кг отходов стали в $.

· штамповка

.

· отливка

в землю:

по выплавляемым деталям:

.

Обоснование выбора заготовки:

При использовании проката получается, по сравнению с другими, наиболее низкая стоимость заготовки, но самый низкий коэффициент использования материала, поэтому мы будем использовать штамповку в качестве альтернативной заготовки.

В качестве заготовки следует выбрать литье в землю, т.к. хотя для заготовки из проката низкая стоимость, но из-за низкого коэффициента использования получатся большие затраты на обработку.

4. Определение вида станков (У, ЧПУ, ОЦ, А или АС)

На основе сложности детали (17 баллов) и среднего размера партии (50) выбираем ОЦ.

5. Определение альтернативных вариантов организационной структуры технологической системы

Определение оперативного времени обработки детали

Значение времени определяем из таблицы 5: Т_оп=6 мин

Определение максимального допустимого времени переналадки

Значение времени переналадки определяется из условия:

.

Выбор альтернативных вариантов организационной структуры системы производим по Т_пер=1.25 ч:

По таблице получаем ЧПУ (Т_пер=4ч) и ГПС (Т_пер=2ч).

6. Разработка альтернативных вариантов маршрутного РТП

Разработаем план обработки для варианта РТП1 (заготовка — литье, организационная структура системы — ЧПУ) и РТП2 (заготовка — прокат, организационная структура системы — ГПС).

Разработка плана обработки для варианта РТП 1 (ЧПУ, литье)

— Методы обработки:

После отливки заготовку 1 подвергаем фрезерованию и точению.

— Последовательность операций и переходов:

1. Закрепляем деталь в патрон и обрабатываем

Фрезерование торца:

Т_рх1 =0,005*l=0,005*32=0,16 мин;

Получение квадратного отверстия:

сверление 4 отверстий по углам

Т_рх2 =4*0,0005*d*l=4*0,0005*3*10=0,06 мин;

сверление центрального отверстия

Т_рх3 =0,0005*d*l=0,0005*10*10=0,05 мин;

выборка оставшегося материала (3 прохода)

Т_рх4 =3*0,005*l=3*0,005*4*7=0,42 мин.

Обточка поверхности и снятие фаски до диаметра 30 мм

Т_рх5 =0,15*d*l=0,15*32*50=0,24 мин;

до диаметра 24 мм

Т_рх6 =0,15*d*l=0,15*(30+27+25)*10=0,123 мин.

Канавка

Т_рх7 =0,5*(D²-d²)= 0,5*(24²-23,5²)=0,0012 мин.

Подрезка торцов

Т_рх8 =0,5*(D²-d²) =0,15*(24²-0²) =0,0288 мин;

Т_рх9 =0,5*(D²-d²) =0,15*(30²-24²) =0,0162 мин;

Т_рх10 =0,5*(D²-d²) =0,15*(32²-30²) =0,0062 мин;

Т_рх11 =0,5*(D²-d²) =0,15*(80²-32²) =0,2688 мин;

Нарезка резьбы:

Т_рх12 =0,002*d*l=0,002*24*8 =0,384 мин

Производим переустановку детали и обработку с другой стороны

Обточка поверхности:

Т_рх13 =0,15*d*l=0,15*8*10 =0,012 мин;

Подрезка торцов

Т_рх14 =0,5*(D²-d²) =0,15*(80²-4²) =0,3192 мин;

Т_рх15 =0,5*(D²-d²) =0,15*(4²-0²) =0,0008 мин;

Суммарный рабочий ход:

Т_рх = =1,9302мин;

Машинное время:

Т_маш = Т_рх + Т_хх + Т_перех = К_г*К_м* Т_рх = 2*1* 1,9302 = 3,8604 мин,

где для мелкогабаритных деталей К_г = 2,

для стали К_м =1;

Оперативное время:

Т_оп = Т_уп + Т_ус = + Т_ус = 3,8604+ 0,5 =4,3604 мин,

где Т_ус 0,5 мин;

Штучное время:

Т_шт = 1,15* Т_оп = 1,15* 4,3604 = 5,01 мин;

Штучно-калькуляционное время:

Т_шт-к = Т_шт + = Т_шт + = 5,01 + = 9,81 мин;

2. Поверхностная ТО под шлифование

3. Шлифование наружное

Т_рх16=0,15*d*l=0,15*30*40=0,18 мин;

Переустановка и наружное шлифование

Т_рх17=0,15*d*l=0,15*4*10=0,006 мин;

Т_маш = Т_рх + Т_хх + Т_перех = К_г*К_м* Т_рх = 2*1*0,186 =0,372 мин,

где К_г = 2, К_м =1;

Т_оп = Т_уп + Т_ус = + Т_ус =0,372+0,5 = 0,872 мин,

где Т_ус 0,5 мин;

Т_шт = 1,15* Т_ОП = 1,15*0,872 = 1,0028 мин;

Т_шт-к = Т_шт + = Т_шт + = 1,0028+ = 5,8028 мин;

Разработка плана обработки для варианта РТП2 (ГПС, прокат).

1. Закрепляем деталь в патрон и обрабатываем

Фрезерование торца:

Т_рх1 =0,005*l=0,005*32=0,16 мин;

Получение квадратного отверстия:

сверление 4 отверстий по углам

Т_рх2 =4*0,0005*d*l=4*0,0005*3*10=0,06 мин;

сверление центрального отверстия

Т_рх3 =0,0005*d*l=0,0005*10*10=0,05 мин;

выборка оставшегося материала (3 прохода)

Т_рх4 =3*0,005*l=3*0,005*4*7=0,42 мин.

Обточка поверхности и снятие фаски до диаметра 30 мм

Т_рх5 =0,15*d*l=0,15*32*50=0,24 мин;

до диаметра 24 мм

Т_рх6 =0,15*d*l=0,15*(30+27+25)*10=0,123 мин.

Канавка

Т_рх7 =0,5*(D²-d²)= 0,5*(24²-23,5²)=0,0012 мин.

Подрезка торцов

Т_рх8 =0,5*(D²-d²) =0,15*(24²-0²) =0,0288 мин;

Т_рх9 =0,5*(D²-d²) =0,15*(30²-24²) =0,0162 мин;

Т_рх10 =0,5*(D²-d²) =0,15*(32²-30²) =0,0062 мин;

Т_рх11 =0,5*(D²-d²) =0,15*(80²-32²) =0,2688 мин;

Нарезка резьбы:

Т_рх12 =0,002*d*l=0,002*24*8 =0,384 мин

Производим переустановку детали и обработку с другой стороны

Фрезерование торца (3 прохода)

Т_рх13 =3*0,005*l=3*0,005*276,32=4,145 мин

Подрезка торцов

Т_рх14 =0,5*(D²-d²) =0,15*(80²-4²) =0,3192 мин;

Т_рх15 =0,5*(D²-d²) =0,15*(4²-0²) =0,0008 мин;

Суммарный рабочий ход:

Т_рх = =6,2232 мин;

Машинное время:

Т_маш = Т_рх + Т_хх + Т_перех = К_г*К_м* Т_рх = 2*1* 6,2232 = 12,4464мин,

где для мелкогабаритных деталей К_г = 2,

для стали К_м =1;

Оперативное время:

Т_оп = Т_уп + Т_ус = + Т_ус = 11,6924+ 0,5 = 12,9464 мин,

где Т_ус 0,5 мин;

Штучное время:

Т_шт = 1,15* Т_оп = 1,15* 12,1924 = 14,89 мин;

Штучно-калькуляционное время:

Т_шт-к = Т_шт + = Т_шт + = 14,89 + = 17,29мин;

2. Поверхностная ТО под шлифование

3. Шлифование наружное

Т_рх16=0,15*d*l=0,15*30*40=0,18 мин;

Переустановка и наружное шлифование

Т_рх17=0,15*d*l=0,15*4*10=0,006 мин;

Т_маш = Т_рх + Т_хх + Т_перех = К_г*К_м* Т_рх = 2*1*0,186 =0,372 мин, где К_г = 2, К_м =1;

Т_оп = Т_уп + Т_ус = + Т_ус =0,372+0,5 = 0,872 мин, где Т_ус 0,5 мин;

Т_шт = 1,15* Т_ОП = 1,15*0,872 = 1,0028 мин;

Т_шт-к = Т_шт + = Т_шт + = 1,0028+ = 3,4028 мин;

7. Разработка и анализ вариантов технологической системы для альтернативных РТП

Количество основного технологического оборудования:

Для ЧПУ:

Станки 1П420ПФ40

Принимаем М1=18 шт.

Станки 3М184И

шт.

Принимаем М2=11 шт.

Для ГПС:

Станки 1П420ПФ40

шт.

Принимаем М1=12 шт.

Станки 3М184И

шт.

Принимаем М2=3 шт.

Выбор типа ТНС, ПР, ТО

ЧПУ:

· Систему строим на базе ОЦ 1П420ПФ40.

· ТНС — централизованная (в ЧПУ автоматизирована только обработка).

· ТЕ — ручная напольная механическая тележка.

· ТО — тара (поддон)

ГПС:

· Систему строим на базе ОЦ 1П420ПФ40.

· Автоматическая смена заготовок и уже обработанных деталей осуществляется приставным роботом RBT-5 (AJSA).

· ТНС — комбинированная

· ТЕ — самоходная транспортная тележка с перегружателем НЦТМ-25−1.

· ТО — паллеты на 100 заготовок/деталей

Характеристики робота-манипулятора RBT-5 (AJSA):

Разработать компоновку участка:

ЧПУ

ГПС

Рассчитать основные характеристики системы:

Расчет коэффициента использования оборудования и коэффициента простоя в очереди

ЧПУ

ГПС

Расчет структурной надежности:

ЧПУ

Рисунок. Расчетная схема структурной надежности ЧПУ

ОТОi — станки 1П420ПФ40

ОТО’i — станки 3М184И

Вероятность безотказной работы одного станка

Вероятность безотказной работы системы

ГПС

Рисунок Расчетная схема структурной надежности ГПС

С — склад, Т — транспорт,

ВО и ВО' - вспомогательное оборудование (робот для станков типа 1П420ПФ40 и 3М184И соответственно),

ОТО и ОТО'- основное технологическое оборудование (станки типа 1П420ПФ40 и 3М184И соответственно)

Вероятность безотказной работы одного станка:

.

Вероятность безотказной работы одной единицы вспомогательного оборудования:

.

Вероятность безотказной работы системы:

Таблица Технико-экономические показатели проектов

8. Выбор проектного варианта РТП и технологической системы

Для выбора проектного варианта РТП и технологической системы воспользуемся методом экспертных оценок. Примем пятибалльную систему оценки степени соответствия вариантов:

0 — совсем не соответствуют;

1 — плохо;

2 — удовлетворительно;

3 — хорошо;

4 — отлично.

Выбор будем производить по следующим критериям:

В нашем случае предпочтительно использование ГПС.

9. Определение припусков и оформление чертежа заготовки

1. Строим схему и рассчитываем межоперационные припуски на одну поверхность (берем самую точную). Самой точной является поверхность 3.

Рисунок 9.1 Обозначение поверхностей детали

Расчет припусков производим по методике источника. Заготовкой является деталь (тело вращения), базированная в трехкулачковом патроне.

Качество поверхности заготовки, полученной из проката ([2], табл. 2.3.):

Значение пространственных отклонений для данной заготовки:

.

Остаточное пространственное отклонение после чернового обтачивания:

.

Остаточным пространственным отклонением после чистового обтачивания можно пренебречь, т.к. оно очень мало.

Обработка ведется в трехкулачковом патроне, поэтому погрешность установки в радиальном направлении .

Производим расчет минимальных значений припусков:

черновое обтачивание:

чистовое обтачивание:

шлифование безцентровое:

Карта расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам представлена в таблице 9.1.

Таблица 9.1

После последнего перехода получаем расчетные размеры d_p определяется путем последовательного прибавления расчетного минимального припуска каждого технологического перехода:

для шлифования: d_р3 = 29.987 мм,

для чистового растачивания: d_р2 = 29.987+0.232 = 30.219 мм,

для чернового растачивания: d_р1 = 14,206+2*0.12 573 = 30.47мм,

для заготовки: d_р=30.47+2*0.57 843=31.62 мм,

Значения допусков каждого перехода принимаются по таблицам в соответствии с квалитетом вида обработки.

Минимальный и максимальный размеры рассчитываются по формулам:

Максимальные предельные значения припусков 2z равны разности наибольших принятых размеров выполняемого и предшествующего переходов, а минимальные значения 2z — соответственно разности наименьших принятых размеров:

Для шлифования:

2z = 30.3 — 29.987 = 0.313 мм = 313 мкм

2z = 30.384 — 30 = 0.384 мм = 384 мкм

На основании полученных данных строим схему графического расположения припусков и допусков по обработке вала (см. в графической части).

Общие припуски z и zопределяем, суммируя промежуточные припуски, и записываем их значения внизу соответствующих граф.

Производим проверку правильности выполненных расчетов:

2z — 2z = 384 — 313 = 71 мкм, д₂ — д₁ = 84 — 13 = 71 мкм.

2. На остальные поверхности припуски принимаем равными расчетному

10. Конструирование ЗУ ПР

Расчет усилий привода:

где КПД механизма,

— удерживающий момент для j-ой губки, k — число точек контакта (k=1),

— усилие контактирования между заготовкой и губкой,

— реакция на n-ую губку захвата (сила тяжести) ,

— коэффициент трения губки захвата с заготовкой

— угол контакта, — угол рычага, — размер рычага

— расстояние от точки поворота губки до i-ой точки контакта.

Тогда

— минимальное усилие на поршне схвата

Минимальный диаметр поршня привода:

где =0,92-КПД схвата,

=0,8-КПД привода,

p=1атм =101 325Па=0.101МПа=0.101Н/мм².

.

Принимаем d=118 мм.

Чертеж схвата приведен в графической части.

11. Определение режимов резания

Рассчитаем режимы резания для поверхности 3 рисунок 9.1(один проход — черновое точение) аналитическим методом по методики, приведенной в источнике.

Глубина резания: t=2 мм.

Подачу S выбираем, исходя из жесткости и прочности системы СПИД, мощности привода станка, прочности твердосплавной пластинки и державки: S=0,45 мм/об.

Скорость резания рассчитывается по формуле:

где Т — среднее значение стойкости при одноинструментальной обработке (Т=45 мин), =350, x=0.15, y=0.35, m=0.2.

где — коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки,

— коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки,

коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала.

Тогда и .

Для остальных поверхностей режимы резания выбираем помощью источника (см. таблица 11.1.).

Таблица 11.1

12. Детальное нормирование одной операции РТП

Время рабочих ходов определим по следующим формулам:

Суммарное время рабочего хода:

7,18 мин;

Машинное время:

.

Время на установку-снятие детали:

.

Оперативное время:

Время технического обслуживания рабочего места:

.

Время организационного обслуживания

Штучное время:

Штучно-калькуляционное время:

.

13. Уточненный расчет требуемого количества оборудования и корректировка других ТЭП системы

После детального нормирования операции токарно-фрезерно-сверлильной обработки детали суммарное штучно-калькуляционное время составило 19,24 мин.

Для этого времени найдем требуемое количество оборудования:

Из приведенной формулы видно, что выбранного количества оборудования (12 ОЦ) не достаточно для выполнения поставленной задачи.

деталь водило технологический резание чертеж

Новичихин Р.В. и др. Методические указания по практическим работам по курсам «РТК» и «Проектирование РТК» .-Мн.:БПИ, 1989.

Справочник технолога-машиностроителя, в 2-х томах. Под ред. Косиловой А. Г. и Мещерякова Р. К. -М.:Маш-е, 1985.

Козырев Ю. Г. Промышленные роботы: Справочник, М.: Маш-е, 1988.

Егоров В.А. и др. Транспортно-накопительные системы для ГПСЛ.: Маш-е, 1984.

Бляхеров И.С. и др. Автоматическая загрузка технологических машин: Справочник. -М.: Маш-е, 1990.

Кадыров Ж. Н. Диагностика и адаптация станочного оборудования ГПС. -Л.: Политехника, 1991.

Робототехнические комплексы и ГПС в машиностроении. Альбом схем и чертежей. Под ред. Соломенцева Ю.М.-М:Маш-е, 1989.

Фельдштейн Е. Э. Режущий инструмент и оснастка станков с ЧПУ: Справочник.-Мн.:ВШ, 1988.

Горбацевич А.Ф. и др. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. -Мн.:ВШ, 1975.

Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с ЧПУ, т.2, — М: Экономика, 1990.