Автоматизация технологических процессов и производств

Задание

1. Анализ исходных данных

1.1 Анализ технологического процесса изготовления детали «втулка»

1.2 Анализ оборудования, используемого в технологическом процессе

1.3. Компоновки ГПМ

2. Определение потребности в техническом оборудовании

2.1 Разработка структуры ГАУ

2.2 Расчет общего уровня автоматизации ГАУ

2.3 Определение количества технологического оборудования

3. Разработка структуры ГАУ

4. Функционирование подсистемы ГАУ транспортирования заготовок, деталей, инструмента и стружки

5. Алгоритм действий по перемещению материального потока подсистемы ГАУ. Деталь с ГПМ № 1 на склад

5.1 Циклограмма материального потока. Деталь с ГПМ № 1 на склад

5.2 Описание действий по перемещению материального потока подсистемы ГАУ. Деталь с ГПМ № 1 на склад

6. Схема управления ГАУ

ЗАДАНИЕ

1. Проанализировать технологический процесс (рис. 1 и 2) изготовления детали «втулка». Определить степень автоматизации используемого оборудования и сделать выводы о его готовности работать в составе ГПС. Определить возможные варианты модернизации, дооснащения вспомогательными средствами или замены используемого оборудования.

2. Используя типовые решения, определить структуру ГАУ в соответствии с заданием и произвести расчет уровня автоматизации всех подсистем ГПС, обеспечивающих производственную программу в соответствии с заданной производительностью. Рассчитать степень загрузки оборудования и определить потребность в технологическом оборудовании каждого наименования.

3. Определить состав компонентов и подсистем ГАУ.

4. Описать функциональные подсистемы транспортирования заготовок, деталей и инструмента.

5. Разработать алгоритм действий по перемещению материального потока деталь с ГПМ № 1 на склад и циклограмму.

6. Разработать схему управления ГАУ.

Производственная программа 12 000 шт.

1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

1.1 Анализ технологического процесса изготовления детали " втулка"

Деталь «втулка» с габаритными размерами: длина L = 40 мм, максимальный диаметр D = 120 мм относится к классу деталей типа «тела вращения» .

" Вал" изготавливается из хромоникелевой стали конструкционной легированной марки 40ХН (ГОСТ 4543−71). Сталь обладает высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагрузках. Особенности структурных превращений этих сталей позволяют для получения нужных свойств широко использовать не только все виды термической и химико-термических обработок, но так же применять при достаточном легировании термомеханическую обработку, с помощью которой можно достигать весьма высоких механических свойств.

Анализ технологического процесса изготовления детали «втулка» .

Основные формообразующие операции выполняются на токарном оборудовании. Станок 16К20Ф3. Для формирования отверстий используется сверлильный станок модели 2Р135РФ2−1.

1.2 Анализ оборудования, используемого в технологическом процессе

Для определения структуры ГАУ необходимо рассмотреть возможности технологического оборудования, используемого в существующем типовом ТП.

На операциях 010 и 015 используется станок 16К20Ф3. Рассчитаем его степень автоматизации.

Прием решения о модернизации.

1. Модель станка 16К20Ф3 может использоваться в составе ГПС после дооснащения его обеспечивающими системами. Одним из типовых решений является комплекс на базе промышленного робота модели М 101 162.01 и станка модели 16К20Ф3, который предназначен для токарной обработки заготовок деталей типа валов и фланцев массой до 10 кг. ПР берет заготовку из тактового ствола, загружает станок и затем возвращает обработанную деталь на тактовый стол. Производительность этого комплекса 42 500 шт/год.

2. Так же добавим автоматическую систему стружкоудаления, которая обеспечивает стабильное удаления стружки со станка двумя способами:

— дробление стружки непосредственно в зоне резания;

— удаляя стружку из рабочего пространства станка, используя скребковый конвейер.

3. Осуществление прямого, периодического контроля за инструментом, используя индуктивные датчики установленные на столе обрабатывающего центра.

Произведем пересчет коэффициента автоматизации с учетом модернизации.

На операции 020 используется сверлильный станок 2Р135РФ2−1. Рассчитаем уровень автоматизации.

Чтобы повысить уровень автоматизации станка 2Р135РФ2−1 дооснастим его:

1. Системой установки заготовок. Промышленный робот модели М 101 162.01, берет заготовку с тактового стола, загружает станок и затем возвращает обработанную деталь на тактовый стол.

2. Системой контроля инструмента. Контроль осуществляется прямым, периодическим методом.

Произведем пересчет коэффициента автоматизации с учетом модернизации.

С таким коэффициентом данный станок может использоваться в составе ГПС.

1.3. Компоновки ГПМ

Определение структуры ГПМ № 1 для операций 010 и 015 на базе токарного станка 16К20ФЗ.

Комплекс на базе промышленного робота мод. М 101 162.01 и станка мод. 16К20ФЗ. Предназначен для токарной обработки заготовок деталей типа валов и фланцев массой до 10 кг. ПР берет заготовку с тактового стола, загружает станок и затем возвращает обработанную деталь на тактовый стол. Размеры обрабатываемой заготовки, мм:

диаметр:вала 120

фланца 150

длина: вала 500

фланца 150

Основные показатели комплекса. Время цикла обработки заготовки, мин… 5

Производительность, шт/год…42 500

ГПМ на базе ПР. М10П62.01: 1 — ПР мод. М10П62.01 встроенного типа; 2 — токарный станок мод. 16К20ФЗ; 3 — тактовый стол; 4 — устройства управления ПР; 5 — система управления станка.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОСТИ В ТЕХНИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ.

2.1 Разработка структуры ГАУ

В систему обеспечения функционирования ГПС входят:

— автоматизированная транспортно-складская система (АТСС);

— автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО);

— система автоматизированного контроля (САК);

— автоматизированная система удаления отходов (АСУО);

— автоматизированная система управления (АСУ).

Исходя из вышеизложенного примем централизованную, линейную компоновку АТСС с боковым обслуживанием и двухадресным циклом работы штабелера. Характер связи между технологическим оборудованием — косвенный. На рис. 3 представлена схема общей компоновки ГАУ обработки детали «втулка» .

Произведем расчет уровня автоматизации всех подсистем ГПС, обеспечивающую производственную программу в соответствии с заданной производительностью.

Расчет уровня автоматизации АТСС.

Расчет уровня автоматизации зоны комплектации инструмента (СИО).

Расчет уровня автоматизации зоны сбора стружки (ЗСС).

Расчет уровня автоматизации установки мойки — сушки деталей (УМС).

Расчет уровня автоматизации зоны комплектации полет (ЗКП).

2.2 Расчет общего уровня автоматизации ГАУ

Где n — количество подразделения ГАУ;

— сумма уровней автоматизации технологического оборудования и всех подразделений ГАУ.

2.3 Определение количества технологического оборудования

При разработке структуры автоматического производственного комплекса необходимо знать потребное количество основного и вспомогательного оборудования для обеспечения заданной программы выпуска деталей.

Определить количество основного оборудования, включаемого в автоматический комплекс, можно, среднего тракта выпуска деталей на комплексе.

Средний такт выпуска деталей:

Где Ф₀ — номинальный фонд времени работы оборудования при двухсменной работе оборудования Ф₀ = 4140 ч.

Где К — коэффициент использования оборудования. Принимаем равным общему уровню автоматизации;

N_г — годовая программа выпуска деталей.

Согласно заданию, время выполнения:

Определим степень загрузки оборудования:

Коэффициент загрузки оборудования ГАУ Исходя из вычислений коэффициентов загрузки, принимаем следующее количество оборудования.

Так как на операциях 010 и 015 используется один и тот же станок и коэффициент загрузки оборудования на этих операциях менее 0,5, то для операций 010 и 015 будем использовать одну единицу оборудования (16К20Ф3). На операции 020 одну единицу оборудования (2Р135РФ2−1).

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ГАУ

Исходя из расчетного количества оборудования, окончательно примем следующие решения для автоматизации технологических операций.

Для операций 010 и 015 используем комплекс на базе ПР модели М 101 162.01 (рис. 4.-14), станка модели 16К20Ф3 (рис. 4.-13) с дооснащением его системой стружкоудаления (рис. 4.-17) и системой контроля инструмента. Для операции 020 используется станок 2Р135РФ2−1 (рис. 4.-4) с дооснащением его напольным роботом М 20П40.01 (рис. 4.-5), системой стружкоудаления (рис. 4.-3) и системой контроля инструмента.

Подробная схема участка представлена на рисунке 4 (приложение), на которой нанесены обозначения из следующей таблицы:

4. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПОДСИСТЕМЫ ГАУ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЗАГОТОВОК, ДЕТАЛЕЙ, ИНСТРУМЕНТА И СТРУЖКИ

Транспортная система ГАУ включает в себя элементы транспортировки, которыми является робот штабелер и ронгальговый конвейер. Взаимодействие с зонами комплектации инструмента, сбора стружки, комплектации паллет, готовых деталей, а так же мойкой сушкой деталей осуществляется посредством ронгальгового конвейера. Различного рода тары подаются в ячейки приема и выдачи, далее робот штабелер их в соответствии с алгоритмом работы ГАУ.

Перемещение заготовок начинается из зоны комплектации паллет по ронгальговому конвейеру в ячейку выдачи. РШ захватывает паллету и перемещает ее на пристаночный накопитель ГПМ № 1. После обработки всех заготовок, паллеты, РШ перемещаются на пристаночный накопитель ГПМ № 2. По необходимости они могут быть перемещены в накопительные ячейки склада, а затем на ГПМ № 2. После окончания обработки на ГПМ № 2, детали транспортируются в модуль мойки и сушки деталей, а после — в зону готовых деталей.

Для транспортировки стружки используется специальная тара, наполняемая стружкой, которую выводят из-под станка скребковые конвейеры. При достижении определенного уровня наполняемости, тара подается на позицию приема-выдачи. РШ перемещает тару на ронгальговый конвейер зоны сбора стружки, через ячейку приема-выдачи.

Инструмент перемещается из зоны комплектации инструмента посредством РШ на пристаночные накопители ГПМ № 1 и ГПМ № 2.

5. АЛГОРИТМ ДЕЙСТВИЙ ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ МАТЕРИАЛЬНОГО ПОТОКА ПОДСИСТЕМЫ ГАУ. ДЕТАЛЬ С ГПМ № 1 НА СКЛАД

5.1 Циклограмма материального потока. Деталь с ГПМ № 1 на склад.

5.2 Описание действий по перемещению материального потока подсистемы ГАУ. Деталь с ГПМ № 1 на склад

После обработки заготовки на ГПМ № 1, ПР перемещает ее из патрона станка в буферное устройство. После чего штабеллер берет заготовку с буфера и перемещает в ячейку склада.

6. СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГАУ