Модернизация и техническое перевооружение на примере механообрабатывающего цеха № 103 акционерного общества "Вологодский оптико-механический завод" (АО ВОМЗ)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Оценка реального производства на 2018 год

1.1 Сравнение универсального и оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), динамика с 2007 года

1.2 Сравнение обслуживающего персонала, динамика с 2007 года

1.3 Рассмотрение конкретных станков для техперевооружения

1.4 Обоснование необходимости техперевооружения по экономическим и техническим показателям

2. Перспективная планировка цеха

2.1 Территориальная замкнутость, новая производственная мебель, трансформаторы

2.2 Микроклимат, термоконстантные помещения

2.3 Возможность внедрения «Бережливого производства», его основные принципы

3. Ознакомление с ЧПУ станками, сравнение

3.1 Общая структура и классификация систем оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ)

3.2 Обзор разработки управляющих программ

3.3 Сравнение программирования старых и новых станков с числовым программным управлением (ЧПУ) на примере DST CNC431 и Biglia B658Y

3.4 Автоматизация механического производства, гибкая производственная система

4. Разработка нового технологического процесса изготовления серийной детали для токарного обрабатывающего центра Biglia B658Y

5. Разработка технологической оснастки для изготовления данной детали

5.1 Разработка, описание, назначение приспособления

5.2 Расчет приспособления на точность

5.3 Расчет основных параметров приспособления

6. Разработка и проектирование режущего инструмента для изготовления детали фланец

6.1 Проектирование составного токарного проходного резца

6.2 Технические требования к конструкции резца с механическим креплением пластины

7. Использование современного инструмента на новом оборудовании

7.1 Обзор мировых лидеров инструмента

7.2 Модульный инструмент, пластинки, державки

Заключение

Список использованных источников

Приложения



Введение

бережливый серийный токарный управление

Автоматизация производства в комплексе - одно из достижений в области обработки деталей в последние годы. Огромная часть в этой автоматизации принадлежит модернизации, замены и эволюции металлорежущего оборудования с числовым программным управлением (далее ЧПУ). Любое современное машиностроительное производство становится конкурентоспособным, если на его производственных мощностях имеется и задействован парк оборудования различных групп от токарных, фрезерных центров, до совмещенных токарно-фрезерных и даже многофункциональных пяти и более осевых металлообрабатывающих центров. Всё чаще на производстве обрабатывающие центры вытесняют универсальное оборудование, поэтому в процессе изготовления детали главное участие теперь принимают не рабочие-универсалы, а технологи-программисты, наладчики и операторы станков с ЧПУ. Если работая на универсальном станке, многое зависит от уровня профессиональной подготовки станочника, то при работе на ЧПУ станках качественно написанный программный продукт (управляющая программа (УП)) позволяет одному оператору или наладчику обслуживать несколько станков одновременно.

Главные задачи передового машиностроительного производства:

1. Увеличение доли инновационной продукции в общем объеме ее производства не менее 50%.

2. Обеспечить показатели по чистой прибыли не менее 10%.

3. Повысить производительность.

Чтобы осуществить выше обозначенные цели есть всего 2 пути:

1. Сократить сроки.

2. Снизить затраты.

Мировые лидеры станкостроения заинтересованы и концентрируют свои усилия на производство металлообрабатывающих центров с наиболее высоким уровнем технологических возможностей, с опциями его быстрой переналадки при изготовлении новых и уникальных изделий, способностью эффективно работать в составе современных гибких автоматизированных производств (далее ГПС).

В настоящее время станки с ЧПУ широко применяются в машиностроительном производстве. Они позволяют обеспечить обработку различных материалов с высокой степенью точности, и скоростью, благодаря тому, что большинство технологических операций выполняется за одну установку детали, на одном многофункциональном центре. Тем не менее, процесс модернизации и замены старого оборудования на новые современные многофункциональные центры остается для многих производств проблемным по многим факторам. Поэтому, можно предположить, что наша выпускная квалификационная работа будет являться актуальной.

В выпускной квалификационной работе рассмотрены по временным периодам варианты техперевооружения механического цеха, модернизации и замены старого оборудования на новые современные многофункциональные центры. Расстановка их на различных участках, соблюдая замкнутость и специфику обработки каждой группы оборудования. Изменение технологий обработки деталей под новые центры с ЧПУ с уменьшением установок на деталь, исключением ненужных переходов. Улучшение качества деталей и увеличение скорости обработки за счет изменения режимов резания, используя современный инструмент. Так же приведены экономические расчеты целесообразности покупки новых станков с их окупаемостью и оптимизация кадрового состава под новые профессии.

Предмет исследования: проект технического перевооружения акционерного общества «Вологодский оптико-механический завод» (АО ВОМЗ).

Объект исследования: процесс модернизации технического перевооружения механического цеха № 103 АО ВОМЗ.

Цель исследования: обоснование эффективности проводимой модернизации технического перевооружения цеха № 103 АО ВОМЗ.

Задачи исследования:

1. Изучить и проанализировать существующие научно-литературные источники по интересующей нас теме автоматизации производства.

2. Провести анализ действующего технического оснащения цеха № 103 АО ВОМЗ.

3. Представить примерный вариант проектирования процесса технического перевооружения цеха № 103 АО ВОМЗ.

4. Методом математической статистики представить доказательную базу эффективности разработанного нами проекта процесса модернизации технического перевооружения цеха № 103 АО ВОМЗ.



1. Оценка реального производства на 2018 год

1.1 Сравнение универсального и оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), динамика с 2007 года

Генеральной функцией любого металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ является точное, автоматическое управление движением рабочих органов. Каждый станок с ЧПУ имеет, как минимум, две и более оси направления для движения инструмента. При этом движение по осям осуществляется автоматически и точно.

У станков используются линейные оси, движение по которым осуществляется прямо, и оси вращения, по которым движение выполняется по кругу. На универсальных станках движение заготовки и инструмента выполняется путем вращением рукояток ходовых винтов руками станочников.

Станки с ЧПУ оснащены сервомоторами, управляемые системой ЧПУ, а система, в свою очередь, точно и, безусловно, исполняет команды управляющей программы (далее УП). В целом, можно сказать, что тип движения (линейный, круговой или ускоренный), оси перемещения, величина и скорость перемещения программируются в системах ЧПУ всех типов.

Процессор станка, выполняя команды УП, посылает импульсы точное количество раз шаговому двигателю. Вращение двигателя передается оси, с которой связан рабочий стол, после стол линейно перемещается. Устройство обратной связи, располагается в противоположном конце оси, что дает системе ЧПУ вычислить, на какое количество градусов сместилась ось, т.е. какое количество импульсов фактически отработал шаговый двигатель.

Грубым аналогом этого процесса являются слесарные тиски. Поворачивая ручку тисков, вращается и ось, которая в свою очередь сдвигает или раздвигает губки тисков. В сравнении с тисками линейные перемещения на ЧПУ станке гораздо точнее. Каждому повороту шагового двигателя точно соответствует перемещение стола по оси.

В условиях реального производства один станок с ЧПУ может заменить целый парк универсальных станков различной функциональности, кроме того существенно уменьшается подготовительный период и сокращается цикл изготовления продукции, возрастает гибкость.

Использование станков с ЧПУ экономически оправдано при обработке партии заготовок от 15 шт. Для увеличения эффективности их использования, особенно многофункциональных обрабатывающих центров (ОЦ), желательна их эксплуатация в многосменном режиме работы, а лучше всего по скользящему графику.

Высокий уровень автоматизации - первое преимущество использования станков с ЧПУ. Случаи вмешательства оператора или наладчика в процесс изготовления детали могут быть сведены к минимуму или вообще исключены. Станки с ЧПУ позволяют работать абсолютно автономно во время всего процесса изготовления детали, поэтому его оператор в это время может выполнять прочие производственные задачи, обслуживать другие станки, корректировать настройки инструмента, делать наладку другого станка. Предприятия, использующие станки с ЧПУ, имеют дополнительные преимущества: уменьшается число ошибок работника-станочника, также точно известно время обработки деталей, есть возможность производить мониторинг и рассчитывать коэффициент загрузки оборудования. Так как станок работает при помощи УП, квалификация станочника-оператора, наладчика станка с ЧПУ может быть гораздо ниже по отношению к станочнику-универсалу.

Более точное изготовление деталей - второе преимущество использования станков с ЧПУ. Сегодня производители станков с ЧПУ говорят о высочайшей надежности и точности оборудования. Это значит, что один раз написанная и отлаженная управляющая программа, может быть использована для изготовления двух, ста или тысячи абсолютно идентичных деталей, при этом гарантированы все требования к взаимозаменяемости и точности

Третьим преимуществом их использования можно назвать гибкость. На оборудовании с ЧПУ изготовление различных деталей может сводиться к обычной замене УП. Отработанная УП может быть использована любое необходимое количество раз и через любые временные промежутки. Это тоже является одним из преимуществ, а именно, возможность быстрой переналадки оборудования.

В современном мире практически все предприятия, которое занимается механической обработкой деталей, имеют у себя станки с числовым программным управлением. В станках с ЧПУ рисунок 1.1, 1.2 все действия управляются электроникой, в отличие от универсальных станков, где обработка ведется в ручную.

Рисунок 1.1 - Вертикально-сверлильный станков с ЧПУ

Рисунок 1.2 - Токарно-фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ

Все современные предприятия предпочитают покупать, модернизировать, проще говоря, вкладывать свои честно заработанные деньги именно в станки с ЧПУ, а не обычные, относительно дешевые, универсальные станки. Первым и, пожалуй, главным плюсом ЧПУ является более высокий уровень автоматизации производства. Процесс вмешательства человека в технологический процесс сведен к минимуму. Данные системы могут работать практически автономно, выпуская продукцию довольно высокого качества. При этом главной задачей обслуживающего персонала будет подготовительно-заключительные операции, такие как наладка и проверка инструментов, установка и снятие заготовок, что вполне может делать один человек, причем на нескольких станках сразу.

Также большим плюсом будет его производственная гибкость - это значит, что для обработки другого типа детали необходимо всего-навсего просто сменить программу ЧПУ. При этом старая программа будет храниться на накопителе и может быть использована в любой момент при надобности.

Еще одним огромнейшим плюсом будет то, что такие станки имеют очень высокую точность и повторяемость обработки деталей. Это значит, что на качество деталей при ручной обработке может влиять усталость станочника, то ЧПУ лишены таких изъянов, они будут выполнять обработку деталей нужное количество времени и при этом качество обработки страдать не будет. И еще к одному плюсу можно отнести то, что станки с ЧПУ позволяют обрабатывать сложные детали, изготовление которых на обычном оборудовании невозможно. Пример таких деталей - это штампы и пресс формы.

Поскольку время обработки заготовки при использовании числового программного управления регламентировано, то это позволяет более точно определять время обработки партии деталей, что позволяет более точно спланировать производство.

Но помимо плюсов есть еще и минусы - это стоимость. Станок с ЧПУ не дешевое удовольствие. Помимо стоимости покупки и установки они еще довольно дороги в обслуживании, поэтому позволить их себе могут не все предприятия. Но эти недостатки легко перекрываются высокой производительностью и точностью обработки.

Основное отличие токарных станки с ЧПУ от обычных станков заключается в расширенных технологических возможностях. Рассмотрим их подробнее.

Общеизвестно, что металлорежущие станки с ручным управлением используют другой уровень кинематических связей исполнительных органов между собой и источником движения. Эти связи осуществляются при помощи цепей механических элементов и передач (станки с механическими связями). В них широко применяют коробки передач и скоростей, реверсы, управляемые вручную, гитары сменных зубчатых колес.

Использование в станках систем ЧПУ означает замену нерегулируемых традиционных источников движения на двигатели (асинхронные с частотно-токовым управлением, постоянного тока и т.д.) управляемые по программе. Благодаря им и происходит регулировка скорости, направления, и, в некоторых случаях, пути движения. В результате механическая часть кинематической структуры станка, его конструкция упрощается, а его характеристики повышаются.

Ниже приведен перечень основных отличительных особенностей станков с ЧПУ:

1. Мощный привод основного движения до 40 и более кВт. В этом случае используют двигатели постоянного тока, позволяющие осуществить бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя. Также могут применяться трехфазные двигатели переменного тока с большим количеством ступеней регулировки (18-20 и более). При этом максимальные значения частоты вращения шпинделя составляют 2000 об/мин., а пределы регулировки частоты вращения шпинделя - до 200 раз.

2. Бесступенчатый привод движения подачи с наиболее широкими пределами регулировки величины подачи. Некоторые станки обладают величиной подачи в пределах от 1 до 1200 мм/мин, т. е. в 1200 раз. Многие модели превышают и эти показатели. Есть станки с пределами регулирования подач 0,1-10000 мм/мин. Это значит, что вы сами выбираете соответствующую условиям обработки подачу в каждом конкретном случае. Достигаются такие показатели благодаря шпинделям.

3. Станки с ЧПУ снабжены двумя координатами. Управление каждой координатой независимо. Это позволяет производить сложнейшие траектории перемещения рабочих органов по осям. Для не числовых систем управления (например, копировальной) это недостижимо.

4. Скорость установочных перемещений суппорта станков с ЧПУ достигает 4,8 м/мин, есть также случаи до 10 м/мин. Чем выше скорость перемещений суппорта, тем меньше время его холостых перемещений.

5. Для станков с ЧПУ характерна высокая точность изготовления и повышенная жесткость по сравнению с обычными станками. Эта характеристика становится залогом высокой точности обработки. У станков есть обширная инструментальная система (с 12 и более инструментов).

Универсальность использования станков с ЧПУ, особенно в условиях единичного и мелкосерийного производства подталкивает вновь образовавшиеся современные предприятия машиностроительного комплекса организовывать механическую обработку на новом уровне. В условиях конкуренции прагматически настроенные руководители старых флагманов российского машиностроения также видят будущее своих предприятий в замене универсального парка станочного оборудования на многопрофильные металлообрабатывающие центры с ЧПУ. Принимая во внимание определенное отставание отечественных станкостроителей в области создания таких высокопроизводительных комплексов, отрицательный эффект от введения секторальных санкций против России западным сообществом государств, можно констатировать устойчивую тенденцию к обновлению существующего станочного парка. Не только констатировать сегодняшнюю реальность, но и делать определенные реалистичные прогнозы по увеличению парка станков с ЧПУ в соответствии с рисунком 1.3.

Рисунок 1.3 - Фактическое и прогнозируемое соотношение универсального и станочного оборудования с ЧПУ

Как видно из диаграммы рисунка 1.3 доля нового станочного оборудования в 2018 году составит 31% от всего имеющегося парка оборудования машиностроительного комплекса России, а в перспективе к 2023 году преодолеет психологический рубеж в 51%.

Таким образом, можно сделать вывод по представленному материалу данного параграфа:

1. В станках с числовым программным управлением сочетаются важнейшие характеристики станков-автоматов, такие как точность и производительность, а так же гибкость универсального оборудования. Использование на производстве станков с ЧПУ позволяет сократить время на проектирование и запуск опытных изделий, а также уменьшить период подготовки производства к серийному выпуску изделий благодаря централизованной подготовки производства в процессе проектирования и освоения на стадии опытного производства с последующей их передачей в серию. В связи с большим количеством требований к конструкции деталей, изготавливаемых на станках с ЧПУ, целесообразно анализировать детали на технологичность, как на качественный метод оценки.

2. На станках с числовым программным управлением технологично изготавливать детали сложнейших пространственных форм, с плоскими криволинейными контурами, при обработке детали по трем сторонам и более с максимальной концентрацией операции в одной установке. На основании этого разработана схема зависимости и влияния обработки на проектирование и изготовление с помощью станков ЧПУ, а так же разработан механизм проверки детали на технологичность ее изготовления как ее качественной оценки. Эти разработки позволяют оценить ряд необходимых требований, которые предъявляются к детали, обрабатываемой на станках с ЧПУ и дать необходимые рекомендации по корректировке конструкции.

1.2 Сравнение обслуживающего персонала, динамика с 2007 года

Автоматизация производства путем внедрения станков с ЧПУ вызывает глубокое качественное изменение в содержании трудовых функций работников. Если прежде трудовые функции человека состояли в обработке и перемещении предметов труда, а также в контроле, регулировании и управлении производственными процессами, то в современном автоматизированном производстве на основе станков с ЧПУ эти функции передаются автоматическим устройствам, а задача человека состоит теперь в их установке и наладке, организации ремонта, а также в подготовке программы для их работы и в наблюдении за ходом производственного процесса.

Для сокращения затрат времени на вспомогательные операции необходимы совершенствование конструкции выпускаемых станков, повышение уровня их автоматизации, проведение модернизации станков, находящихся в эксплуатации, оснащение станков высокопроизводительной оснасткой и системами ЧПУ.

Функции оператора станков с ЧПУ сводятся к снятию и установке, а так же позиционированию и закреплению приспособлений, вводу программ в процессор, установке и замене инструмента, закреплению заготовок, снятию деталей после обработки и наблюдению за работой станка, его обслуживанию. Смена режущего инструмента на некоторых станках автоматизирована.

Станки с ЧПУ обслуживаются наладчиком и оператором, обязанности между которыми распределены двумя вариантами. В первом варианте подналадку, наладку, переналадку выполняет наладчик, а контроль над работой станка и оперативную работу - оператор. Во втором варианте наладку и переналадку делает наладчик, а подналадку, контроль над работой станка и оперативную работу выполняет оператор.

Функции наладчика, безусловно, сложны и обширны в сравнении с оператором. Они заключаются в приемке и осмотре оборудования, подготовке инструмента, приспособлений к наладке, ввод в стойку станка управляющей программы, ее необходимая корректировка под специфику станка, подналадка, наладка, переналадка и контроль над неисправностью оборудования, а так же инструктаж оператора на рабочем месте.

Рассмотрим динамику изменения соотношения станочников-универсалов и станочников ЧПУ в период с 2007 по2017 год с прогнозом до 2023 года на примере механического цеха исследуемого предприятия. В 2007 году числилось 26 станочников ЧПУ из общего числа станочников 96 человек, что составляло -27%. В 2010 году процентное соотношение станочников ЧПУ уже составило - 46,7% от общего количества 139 человек. В 2017 году - 58% от общего числа станочников 116 человек.

Учитывая предстоящую модернизацию механического цеха с большим обновлением станочного парка с ЧПУ, и сложившуюся за исследуемый период статистику предположительно к 2023 году при, почти неизменном общем количестве станочников в цехе 118 человек, прогнозируемое количество станочников ЧПУ приблизится к 71% в соответствии рисунком 1.4.

Рисунок 1.4 - Динамика соотношения станочников-универсалов со станочниками ЧПУ в механическом цехе

Рассмотрим профессиональный состав работников цеха и распределение его по производственным участкам в 2017 году в соответствии с таблицей 1.1:

Таблица 1.1 - Численность работников цеха в 2017 году

№ уч-ка	Численность по основным профессиям	Всего основных	Повременщики	Всего по цеху
	Станочники универсалы	Наладчики станков	Операторы станков	Сл.МСР. Граверы, ток.-расточники, шлифовщики, сварщики		Токарь, фрезеровщик	Галтовщик, ток.- расточник	Машинист моечных машин
01	8			6	14				14
02	5	5	11	5	26				26
03	4	2	3	5	14				14
04	2	4	8	6	20		1	2	23
05	2	5	7	3	17				17
20	2	8	14	1	25				25
УСП						3	1		4
ИТР									35
Прочие: клад., ремонт. и т.д.									25
Всего	23	24	43	26	116				183

Из приведенных в таблице 1.1 данных операторы и наладчики станков с ЧПУ уже сегодня являются основными по численности станочниками в механическом цехе.

Согласно рисунку 1.5 происходит изменение и в оплате труда работников, так средняя помесячная зарплата за прошедший год станочников ЧПУ выше станочников универсалов в соответствии с рисунком 1.5.

Рисунок 1.5 - Средняя зарплата станочников ЧПУ

Таким образом, как видно из параграфа функциональные обязанности работников цеха изменяются согласно модернизации, которая включает обновление станочного парка, профессиональный состав работников, оплату труда работников.



1.3 Рассмотрение конкретных станков для техперевооружения

Техническое перевооружение механического производства основано на конкретном анализе станков с ЧПУ, поэтому в данном параграфе мы рассмотрим горизонтально-фрезерный обрабатывающий центр MATSUURA модели H.PLUS 630, который запланирован в программу модернизации технического перевооружения в ближайший год в количестве 1 единицы в соответствии с рисунком 1.6.

Рисунок 1.6 - Внешний вид горизонтально-фрезерного обрабатывающего центра MATSUURA модели H.PLUS 630 (1 ед.)

Данная модель имеет ряд преимуществ, в частности:

1) благодаря высокоскоростному и сверхмощному шпинделю ВТ50 станок может без усилий обрабатывать любые материалы;

2) конструкция станины, оптимизированная методом конечных элементов;

3) роликовые направляющие, обеспечивающие высокую точность позиционирования;

4) высокие характеристики скорости и ускорения / торможения;

5) максимальная рабочая зона среди станков в данном классе;

6) высокое качество обработки;

7) механизмы быстрой смены инструмента и паллет;

8) удобство наладки, программирования;

9) поддержка рабочего процесса;

10) простота техобслуживания.

Горизонтальный обрабатывающий центр японского производства H.Plus-630 отличается самой большой рабочей зоной среди станков в данном классе: на огромных размерах паллеты в 630х630мм можно обрабатывать заготовки диаметром в 1050мм, высотой в 1115мм и весом 1200кг.

Отличительными особенностями данной линейки обрабатывающих центров ЧПУ являются:

1. Производительность в связи с применением безлюдных многопаллетных технологий.

2. Сердце каждого станка Matsuura - это ее высокотехнологичный шпиндель в соответствии с рисунком 1.7, изготовленный пионерами в области производства высокоскоростных шпинделей. Шпиндели Matsuura характеризуют не только интегрированная система смазки (автоматическая подача консистентной смазки в узлы шпинделя), значительно сниженное потребление сжатого воздуха и уровень шума в 75 дБ, а, в большей степени, долгие годы стабильной службы без дополнительного сервиса. Все шпиндели Matsuura являются внутренними разработками и производятся исключительно на заводах изготовителях в г.Фукуи (Япония) и г.Лейстершир (Великобритания) в так называемых «чистых комнатах».

Рисунок 1.7 - Шпиндель Matsuura серии H.Plus

Любой горизонтальный обрабатывающий центр Matsuura серии H.Plus после поставки на производство можно дооснастить системой смены паллет в соответствии с рисунком 1.8, если это требуется из-за увеличения производственной программы.

Рисунок 1.8 - Система смены и типы паллет станков Matsuura

Выбор системы паллет и модификация обрабатывающих центров производится по техническому заданию в самые кратчайшие сроки. В зависимости от особенностей производства Matsuura предлагает 3 вида надежных, расширяемых и высокопроизводительных многопаллетных систем в соответствии с таблицей 1.2.

Таблица 1.2 - Применение паллет Matsuura серии H.Plus

Тип	Описание	Тип производства	Количество паллет
Одноярусная	Компактная, интегрированная многопаллетная система с возможностями расширения	Мелкосерийное - Среднесерийное	РС5 РС11
Многоярусная	Башенного типа; позволяет экономить площадь, занятую оборудованием	Мелкосерийное - Среднесерийное	РС15
Стеллажного типа	Двухуровневая система, практически не ограничена к расширению	Крупносерийное - Массовое	РС17 и более

Система смены паллет стеллажного типа имеет одно дополнительное преимущество: она может одновременно обслуживать как четырехкоординатные горизонтальные центры, так и пятикоординатные станки Matsuura с соответствующим размером паллет.

4. Надежность работы в бесперебойном процессе производства, в том числе безлюдного.

Станки Matsuura предлагают инструментальные магазины, не имеющие конкуренции по скорости и качеству системы управления инструментальной смены. Предлагают новейшую конструкцию дискового магазина с минимальным количеством движущихся частей, в отличие от традиционного устройства автоматической смены инструмента в соответствии с рисунком 1.9.

а) б)

Рисунок 1.9 - Системы автоматической смены инструмента Matsuura H.Plus:а - дисковая; б - матричная

Система разработана и успешно прошла испытания проведенные специалистами Matsuura, это позволило устранить лишнюю вибрацию и шум, а так же сократить время на смену инструмента больше, чем в 2 раза.

При необходимости производства, возможно, произвести замену стандартного инструментального магазина барабанного типа на 60 инструментальных позиций на цепной магазин в 120 инструментальных позиций или даже на матричный магазин в 209 инструментов.

5. Высокая скорость, безотказность и точность.

Обрабатывающий центр оснащается поворотным столом с полным приводом, двигателем имеющим скорость вращения 100 об/мин, что превышает скорость вращения стола по отношению к столам с традиционной червячной передачей в 2 раза в соответствии с рисунком 1.10.

Рисунок 1.10 - Полноприводный поворотный стол

Так же не маловажно, что данные системы с прямым приводом лишены абразивного эффекта, который может возникнуть у сопряженных компонентов. Вследствие этого практически полностью исключена возможность появления люфта, что обеспечивает высокую точность позиционирования на долгое время. А так же надежность механизма прямого привода и его функциональная простота не требует частого сервисного обслуживания, что экономит время и средства.

Далее рассмотрим преимущества горизонтально-фрезерного обрабатывающего центра MATSUURA модели H.PLUS 300, который планируется к внедрению в ближайший год согласно программы модернизации технического перевооружения в соответствии с рисунком 1.11:

Рисунок 1.11 - Внешний вид станка MATSUURA модели H.PLUS 300

1. Максимальный размер заготовки увеличен до Ш530хH760мм.

2. Автоматический сменщик инструмента (АСИ) с магазином на 51 позицию.

3. Скорость вращения поворотного стола увеличена до 100 об/мин.

4. Высокопроизводительная система ЧПУ: G-Tech 30i высокоскоростной центральный процессор; FSSB (системная последовательная шина Fanus, использующая волоконно-оптические кабели для высокоскоростной передачи данных внутри системы ЧПУ); нанометрическое разрешение; цветной ЖК-дисплей; вертикальные программные клавиши, порт Compact Flash, РС-структура управления файлами.

Данный станок является представителем той же линейки станков, что и выше описанная модель MATSUURA модели H.PLUS 630.

Магазины инструментов, по оборудованию данного станка и системы управления по смене инструмента не имеют конкуренции, а это, в первую очередь, залог бесперебойности процесса безлюдного производства в соответствии с рисунками 1.12, 1.13.

Рисунок 1.12 - Инструментальный магазин дискового типа



Рисунок 1.13 - Инструментальный магазин H.Plus-300 PC15 АСИ на 320 позиций

В таблицах 1.3 и 1.4 приведены типы инструментальных магазинов станка и характеристики АСИ дискового типа:

Таблица 1.3 - Типы инструментальных магазинов станка

Инструментальный магазин дискового типа
51 (двунаправленное вращение при смене) Стандарт	52 (произвольный выбор свободной позиции) Опция
Инструментальный магазин матричного типа на 240 позиций (максимум) Опция
120	150	180	210	240
Инструментальный магазин матричного типа на 320 позиций (максимум) Опция
120	160	200	240	280	320
Инструментальный магазин матричного типа на 520 позиций (максимум) Опция
360	400	440	480	520

Таблица 1.4 - Характеристики АСИ дискового типа

Время смены инструмента	2,44 с
Подвод инструмента из соседней позиции	0,4с
Подвод инструмента из самой дальней позиции	3,2с

Новый сенсорный экран системы управления АСИ - увеличенный размер дисплея, эргономичный и простой в эксплуатации. Все операции с инструментами и управление сменщиком могут осуществляться через этот дисплей.

В данной модели эффективный сбор и удаление стружки в соответствии с рисунком 1.14:

1) W-образные защитные кожухи. Защитные кожухи направляющих оси Z, выполненные с углом наклона 45 град., гарантируют полное скатывание стружки в отводящие желоба станины. Подобная форма кожухов препятствует образованию застоя стружки, что приобретает особую актуальность в условиях безлюдного производства и при длительных циклах обработки;

Рисунок 1.14 - Схемы удаления стружки

2) X-образная дверь автоматического сменщика паллет в соответствии с рисунком 1.15.

Рисунок 1.15 - Отделение удаления стружки



Новая форма двери АСП (патент завода-изготовителя), отделяющая рабочую зону от станции загрузки, впервые была апробирована в снискавшей уже популярность модели горизонтального центра H.Plus-500. Данная форма доказала свою высокую эффективность в снижении скопления стружки вокруг двери АСП и попадания отходов обработки в станцию загрузки.

Станок может быть оснащен по выбору мощными системы ЧПУ Мatsuura G-Tech 840 DiI или Мatsuura G-Tech 30i в соответствии с рисунком 1.16.

а) б)

Рисунок 1.16 - Стойки систем ЧПУ Мatsuura G-Tech 840 DiIи Мatsuura G-Tech 30i: а) -/ ЧПУ Мatsuura G-Tech 840 Di; б) - ЧПУ Мatsuura G-Tech 30i I-

Cистемы ЧПУ Мatsuura G-Tech 840 Di:I

1. Укомплектована новейшим высокопроизводительным процессором Windows XP Professional, графическим интерфейсом пользователя, портом USB.

1. Жидкокристаллический цветной дисплей с диагональю 10.4 дюйма, вертикальный ряд программных клавиш.

3. Архивация данных на различные носители - PC-карту, USB-память либо жёсткий диск с интерфейсом USB.

4. Для качественной высокоскоростной чистовой обработки поверхностей используется Advanced Zee LagY стандарт -iобработка обычных деталей либо пресс-форм и штампов.

5. IZ-1/COMP опция - обработка более сложных и точных деталей (предпросмотр до 5000 кадров, сплайн-интерполяция).

Система ЧПУ Мatsuura G-Tech 30i:-

1. Высокоскоростной центральный процессор, FSSB (системная последовательная шина Fanuc, использующая волоконно-оптические кабели для высокоскоростной передачи данных внутри системы ЧПУ).

2. Нанометрическое разрешение.

3. Жидкокристаллический цветной дисплей с диагональю 10.4 дюйма, вертикальный ряд программных клавиш, порт Compact Flash, ПК-структура управления файлами.

4. Для качественной высокоскоростной чистовой обработки поверхностей:

IZ-1/15F стандарт - обработка обычных деталей либо пресс-форм и штампов; IZ-1/30NF, IZ-2/150NF опция - обработка более сложных и точных деталей (предварительное вычисление линейного ускорения/замедления, наноинтерполяция).

5. Выполнение предварительного вычисления линейного ускорения/замедления до 200 (IZ-1/30NF) либо до 600* (IZ-2/150NF) кадров перед интерполяцией обеспечивает плавное ускорение/замедление с нанометрической точностью.

6. До 1,000 кадров доступно в качестве опции.

Токарно-револьверный станок с ЧПУ LTC-25 (3 ед.) в соответствии с рисунком 1.17.



Рисунок 1.17 - Общий вид станка с ЧПУ LTC-25

1. Токарно-револьверные станки нового поколения предназначены для токарной обработки внутренних и наружных поверхностей на деталях тел вращения с элементами осевого и радиального сверления и фрезерования из легких сплавов и сталей.

2. Токарный станок с функцией фрезерной обработки.

3. Максимальный диаметр точения, мм 450.

4. Оснащены наклонной станиной.

5. В комплекте с Barfeeder (автоматической подачей прутка).

6. Для управления процессом обработки применяется система числового программного управления Fanuc (Япония).

Для изготовления металлических деталей различной конфигурации часто используют токарно-револьверный станок. Особенностью револьверных станков является наличие многопозиционной поворотной головки, которая способна нести различные инструменты для целого ряда технологических операций (точение, сверление, зенкерование и многие другие). Такие устройства в зависимости от модели и назначения производятся с типовой конструкцией либо дополняются системой ЧПУ.

Общие характеристики токарно-револьверных станков:

Станки данной группы используются преимущественно для оснащения предприятий, выпускающих свою продукцию крупными и средними сериями. Заготовки, обрабатываемые на токарно-револьверном станке, - это прутки, поковки и отливки, а также детали, до этого прошедшие обработку на других устройствах.

Существует множество операций, для которых применяются токарно-револьверные станки: сверление и растачивание отверстий, обтачивание наружной поверхности детали, нарезание наружной и внутренней резьбы и др. Целесообразно применять такие станки в тех случаях, когда технологический процесс предполагает смену рабочих инструментов.

Конструкция станков данной группы разработана таким образом, что инструменты фиксируются в заданной последовательности в специальном приспособлении, которое называется револьверная головка в соответствии с рисунком 1.18. Данный узел станка, способный совершать поворот после выполнения одного рабочего хода, позволяет в требуемый момент использовать для выполнения обработки именно тот инструмент, который необходим. Для ограничения хода инструмента токарно-револьверные станки оснащены специальными упорами, отключающими продольную и поперечную подачу.

Рисунок 1.18 - Одна из разновидностей конструкции револьверных головок

Токарные обрабатывающие центры серии LТC отличаются массивной чугунной наклонной станиной, а так же шарико-винтовые пары увеличенного диаметра и широкие направляющие скольжения, которые все вместе и по отдельности придают конструкции необходимую дополнительную жесткость.

Токарные центры, в названии которых присутствует буква "М", оснащены осью С и револьверной головкой с приводом. С их помощью можно осуществлять сверлильные и фрезерные операции, как в осевом, так и в радиальном направлении, относительно оси вращения заготовки.

Станки, в названии которых присутствует буква "S", оснащены противошпинделем. При его наличие, возможно, обработать деталь за 1 установку с двух сторон и, таким образом, уменьшить вспомогательное время.

Станки, в названии которых присутствует буква "Y", дополнительно к оси С, оснащены линейной управляемой осью, перпендикулярной осям X и Z. На таком станке можно сверлить и фрезеровать без существенных ограничений.

Станки с приводным инструментом могут быть оснащены револьверной головкой по стандарту BMT в соответствии с рисунком 1.19. Он имеет больший посадочный диаметр и большую опорную плоскость. Державки крепятся к головке с помощью 4х болтов.

Рисунок 1.19 - Револьверная головка типа ВТМ



Конструктивный ряд токарных станков B650-B658 самый современный на сегодняшний день по многофункциональным токарным центрам в соответствии с рисунком 1.20.

Рисунок 1.20 - Общий вид токарного станка Biglia B658Y с ЧПУ

Данные модели позволили BIGLIA достичь наивысших результатов в производительности, обеспечении точности и надёжности оборудования. Преимущества станков:

1. Увеличенные диапазоны скоростей вращения и ускорения, благодаря новым встроенным моторшпинделям.

2. Более высокая точность обработки, благодаря термостабилизации главных источников высокой температуры (шпиндели, гидростанция и электрошкаф).

3. Увеличенная производительность благодаря новой жёсткой револьверной головке (время смены инструмента уменьшено до 0,1 сек.), более высоким ускорениям перемещений по линейным осям и новым встроенным мотор-шпинделям с электронными коробками скоростей.

Основные характеристики станков:

1) усиленная ребрами жесткости с закаленными направляющими скольжения чугунная станина, устойчивая к вибрациям в соответствии с рисунком 1.21;

Рисунок 1.21 - Усиленная станина станка

2) двухскоростной шестеренчатый шпиндель мощностью 30 кВт позволяет оптимально снимать стружку при обработке практически любых материалов;

3) большой диаметр обрабатываемого прутка: 65,90 и 102 мм в соответствии с рисунком 1.22;

Рисунок 1.22 - Диапазон вращения фрезерной головки станка

4) установленный на оси В токарно-фрезерный модуль имеет угол наклона до 205° (+1057-100°);

5) жестко встроенный двигатель шпинделя обеспечивает идеальные результаты при механической обработке твердых металлов, таких как сталь, а также легких сплавов и алюминия;

6) перемещение по оси Y 210 мм;

7) мощный (30 кВт) противошпиндель, позволяющий обрабатывать сложные детали за один установ;

8) оптические линейки на осях Х и У;

9) главный шпиндель с большим отверстием под прутковую заготовку и двухскоростной шестеренчатый автомат;

10) моторшпиндель по оси В с внутренней подачей СОЖ;

11) магазин на 40 инструментальных позиций;

12) система электронной настройки инструмента;

13) пакет токарных инструментов на базе конуса HSK-63;

14) автоматическая программируемая задняя бабка;

15) конвейер для удаления стружки и резервуар для СОЖ;

16) помпы для СОЖ с высоким и низким давлением (18 Ваг);

17) фильтр для СОЖ;

18) воздушное охлаждение для электронной и гидравлической систем, а также для встроенного двигателя шпинделя.

Инновационное программное обеспечение MANUAL GUIDE обладает простым и интуитивно понятным интерфейсом с многофункциональным графическим редактором: ЧПУ Fanuc 31 i-T, с цветным ЖК монитором 10.4"; полноразмерная алфавитноцифровая клавиатура; панель оператора Biglia с мембранными клавишами; передача данных Ethernetпорт, карта памяти, порт RS232; защита от повреждений (air bag).

Широкий выбор циклов для токарных, фрезерных и расточных операций дает возможность за короткое время создать полноценную сложную программу. 3D симуляция позволяет проверить написанную программу перед обработкой. Данное специальное программное обеспечение реагирует на внезапный скачок нагрузки, вызванный столкновением во время ускоренного перемещения, так же и во время обработки. В случае столкновения, останавливается вращение шпинделя, оси отводятся друг от друга на несколько миллиметров или блокируются (в зависимости от скорости перемещения), таким образом, воздействие столкновения уменьшается, амортизируется.

SBS - программное обеспечение системы безопасности biglia safety software контроль слома инструмента. Данное программное обеспечение контролирует давление резания инструментов (черновые инструменты, сверла с режущими пластинками, спиральные сверла). Таким образом, гарантируется надежная автоматическая обработка при малом участии оператора (опция).

1.4 Обоснование необходимости техперевооружения по экономическим и техническим показателям

Техническое перевооружение механического производства включает в себя определенные виды деятельности, операции которые необходимо выполнять согласно экономическим и техническим показателям.

В технологическом процессе каждая операции имеет свой разряд и норму времени в соответствии с таблицей 1.5:

Таблица 1.5 - Нормы времени на технологические операции и разряд работ

№ операции	Наименование операции	Оборудование	Норма времени, мин.	Разряд работ
			to	tв	tпз	tшт	tшк
1	2	3	4	5	6	7	8	9
005	Отрезная	Абраз.-отрезной 8242	2,15	1,53	18	3,65	3,95	4
015	Токарная	токарно-винторезный 1А616	2,87	1,53	18	4,43	4,73	4
020	Правка	Прав. станок А-338	2,15	1,53	18	3,65	3,95	4
030	Токарная с ЧПУ	BIGLIA B658Y	8,87	1,53	18	10,43	10,73	4
035	Токарная с ЧПУ	BIGLIA B658Y	9,23	1,53	18	9,6	9,9	5



Рассмотрим и обоснуем тип производства и формы его организации, для этого укажем исходные данные к проектной части:

- партия деталей: 1300 шт.;

- наименование детали: «Фланец» ИЮМК.711354.012;

- режим работы: 2 смены;

- материал: пруток ПКРНХ 60 НД БрАЖ9-4 ГОСТ 1628-78;

- вид заготовки: прокат;

- масса заготовки: 0,392 кг.;

- масса детали: 0,37 кг.;

- цена 1 кг материала: 43,9 рублей. Цена 1 кг отходов: 3 рубля;

- доплаты: за напряженность норм - 4%, за условия труда - 24%, за профмастерство - 16%;

- норма амортизации: 14%;

- рентабельность: 20%.

Производственный тип характеризуется коэффициентом закрепления операций, показывающий число разных операций, закрепленных в среднем по участку (цеху) за каждым рабочим местом на протяжении месяца и рассчитывается по формуле (1.1):

, (1.1)

где - суммарное число разных операций, выполняемых на участке в течение календарного времени (= 20;16,7;20;20;16,7);

- суммарное число рабочих мест, где выполняются данные операции ( = 5).

Для определения коэффициента закрепления операций используются нормы времени или из базового техпроцесса. Определение трудоемкости производственной годовой программы по операциям из технологического процесса рассчитывается по формуле (1.2):

(1.2)

где - годовая программа выпуска продукции участка (шт.) ( = 1300);

- трудоемкость программы выпуска по технологическим операциям (нч);

- планируемый отход продукции на брак (1,02…1,05) ( = 1,03);

- коэффициент пропорциональности выполнения норм (1,1... 1,2) ( = 2,6);

- штучное время изготовления одной детали (изделия) (мин.) ( =39,336).

Проводя анализ годовой партии деталей согласно производственного плана, мы можем рассчитать затраченное время на каждую операцию всей годовой партии деталей в соответствии с таблицей 1.6:

Таблица 1.6 - Трудоемкость годовой производственной программы по операциям технологического процесса

№ п/п	Наименование операции	Nгод, шт	Время обработки, мин		k	Тгод, нч
			t шт	t о	t всп	t шт-к
005	Отрезная	1300	3,65	2,15	1,53	3,95	1,03	2,6	4016
015	Токарная	1300	4,43	8,87	1,53	4,73	1,03	2,6	1670
020	Правка	1300	7,406	6,01	1,53	7,706	1,03	2,6	1239
030	Токарная с ЧПУ	1300	8,195	6,62	1,53	9,055	1,03	2,6	4220
035	Токарная с ЧПУ	1300	9,6	3,23	1,53	9,9	1,03	2,6	8855
Итого	1300	32,336	26,88	7,65	34,341	1,03	2,6	20000

Рассчитаем фонд рабочего времени оборудования (формула 1.3):

(1.3)

где - количество календарных дней в рассматриваемом году ( = 366);

- количество выходных дней в рассматриваемом году (= 119);

- количество праздничных дней в рассматриваемом году ( = 7);

- продолжительность смены (8 час) ( = 8);

- количество предпраздничных дней в году ( = 7);

- время сокращения предпраздничного дня ( = 1);

- количество смен за сутки (1;2;3) ( = 1);

- коэффициент потерь времени на ремонт оборудования ( = 0,95).

Далее определим необходимое количество оборудования и планирование его группового размещения. Определяем расчетное количество станков для каждой операции (формула 1.4):

(1.4)



где - годовой производственный объем выпуска деталей (шт) (= 1300);

штучно-калькуляционное время (мин.) (= 7,95; 2,706; 8,73; 9,055; 3,9);

фактически годовой фонд времени (час.) (=1817,35);

нормативный коэффициент загрузки станков ( = 0,8).

Далее в каждой операции нам необходимо вычислить значение фактического коэффициента нагрузки (формула 1.5):

(1.5)

Количество операций, выполняемых на данном рабочем месте, вычисляем по формуле (1.6):

, (1.6)

Коэффициент закрепления операции рассчитываем по формуле (1.7) (принимаем число рабочих мест равное 5):

, (1.7)

Примечание: 10 < ? 20 , следовательно, это серийное производство.

Размер партии деталей рассчитываем по формуле (1.8):



, (1.8)

где - годовой объем выпуска деталей (шт.) (= 1300);

- количество дней хранения деталей на складе (шт.) ( = 3);

- количество рабочих дней в году ( = 247).

В таблице 1.7 представлены данные расчета коэффициента закрепления операции.

Таблица 1.7 - Расчет коэффициента закрепления операции

№ п/п	Наименование операции	№ год, шт	Время обработки, мин		k	Тгод, нч
			t шт	t о	t всп	t шт-к
005	Отрезная	1300	3,65	2,15	1,53	3,95	1,03	2,6	4016
015	Токарная	1300	4,43	8,87	1,53	4,73	1,03	2,6	1670
020	Правка	1300	7,406	6,01	1,53	7,706	1,03	2,6	1239
030	Токарная с ЧПУ	1300	8,195	6,62	1,53	9,055	1,03	2,6	4220
035	Токарная с ЧПУ	1300	9,6	3,23	1,53	9,9	1,03	2,6	8855
Итого	1300	32,336	26,88	7,65	34,341	3,9	2,6	20000

При определении площади участка были применены следующие данные:

- З (заготовительные) - 1800х800 мм - 10…12 м²;

- Т (токарные) - 4000х2000 мм - 15х25 м² ;

- ТЧ (токарные с ЧПУ) - 8000х4000 мм - 35…45 м²;

- ширина рабочей зоны со всех сторон от станка по 1м.

Расчет производственной площадки S_ПР по формуле (1.9) (производственную площадь определяем от основания удельной площади одного станка):



S_ПР=S_УД.СТ.·n_ст., (1.9)

где S_УД.СТ. - удельная площадь одного станка (10м² - для мелких, 20м² - для средних, 30м² - для крупных);

S_УД.СТ. = 10;

n_ст. - число групп станков на участке (n_ст. = 5).

S_ПР=10·5= 50

Размеры вспомогательных площадей определяются исходя из норм расчета площадей вспомогательных служб:

1. Цеховая ремонтная база (ЦРБ) (n=2станка, S_УД.СТ. =15м² )

S_ЦРБ=2·15=30м²

2. Мастерская по обслуживанию и ремонту приспособлений и инструмента (20% от площади ЦРБ)

S=30·0,2=15м² (принимаем 18 м²)

3. Заточной участок (принимаем n=1 станок, S_УД.СТ. =10 м)

S=1·10=10м² (принимаем 12 м²)

4. Инструментально-раздаточная кладовая (ИРК) (площадь ИРК определяется из расчета 0,7-0,25м² на один производственный станок цеха)

S_ИРК=10·0,5=5м² (принимаем 6 м²)

5. Кладовая для приспособлений определяется из расчета 0,3м² на один производственный станок цеха

S=0,3·14=4,2м²

6. Площадь кладовой вспомогательных материалов определяется как 0,1мна 1 станок цеха

S=0,1·10=1,0м² (принимаем 6 м²)

7. Площадь склада ЦРБ составляет 10% от площади ЦРБ

S=30·0,1=3 м² (принимаем 6 м²)

8. Площадь мастерской механика-энергетика составляет 20% от площади ЦРБ

S=30·0,2=6м²

9. Площадь помещения отдела технического контроля (далее ОТК) принимается как 3% от производственной площади

S_ОТК=50·0,03=1,5м² (принимаем 6 м²)

10. Склад абразивов принимается 0,4м² на один шлифовальный станок цеха

S=0,4·3=1,2м²

11. Площадь склада заготовок и материалов определяется из расчета10-15% от производственной площади цеха

S=50·0,1=5м² (принимаем 6 м²)

12. Площадь межоперационного склада диспетчера определяется из расчета 10% от производственной площади цеха

S=50·0,1=5м² (принимаем 6 м²)

13. Площадь изолятора брака 3% от числа производственных станков

S=50·0,03=1,5м² (принимаем 6 м²)

14. Вспомогательная площадь цеха (участка) составляет сумму всех площадей отделений

Sвсп =30+18+12+6+4,2+6+6+6+6+1,2+6+6+6=113,4 м² (принимаем 114 м²)

15. Площадь пожарных проездов, а также магистральных проездов, необходимых для технологического цикла цеха, расположенных в одном здании, принимается из расчета 40…60% от вспомогательной площади

S=114·0,4=45,6 м (принимаем 48 м²)

16. Общая технологическая площадь участка (цеха) составляет

S_{общ тех}=50+114+48=212 м² (принимаем 216 м²)

Далее мы определяем списочный состав работающих на участке. В соответствии с данными АО «ВОМЗ» расчеты производим по следующим категориям рабочих: МОП 3 разряда, контролеры 4 разряда, вспомогательные рабочие 5 разряда. В таблице 1.8 представлено количество работающих в цехе по категориям и профессиям.



Таблица 1.8 - Штатное расписание

№	Категории и профессии рабочих	Количество человек	Разряды	Оклады, тарифные ставки, руб.
1	Основные рабочие:	5	5	10100
2	Вспомогательные:	1	5	8100
3	Контролеры	1	4	5400
4	ИТР	1	3	4800
5	МОП	1	3	4800

Размер окладов ИТР производится в соответствии с локальными документами предприятия тарификационной сетки ЕТКС.

По формуле (1.10) рассчитаем численность основных рабочих:

, (1.10)

где - действительный фонд времени работы ( =3280ч);

- среднее количество дней отпуска в году ( = 28 дней);

- среднее количество дней отсутствия на работе по уважительной причине ( =7дней).