Проектирование автоматизированной производственной системы для изготовления детали типа "вал"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра Технологии машиностроения

Пояснительная записка

по предмету

Автоматизация производственных процессов в машиностроении

Работу выполнила:

студентка гр.ТМ-10

Томашевская А.

Руководитель проекта:

профессор, д.т.н.

Маргулис М.В.



Содержание

станочный деталь вал планировка

Аннотация

1. Технологическая часть

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

1.2 Предварительный выбор размера партии деталей

1.3 Анализ технологичности конструкции детали с учетом концепции станочной системы

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

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

1.6 Выбор оборудования станочной системы и схемы его установки

1.7 Разработка концепции транспортно -- складской системы и системы инструментообеспечения

1.8 Разработка концепции системы управления, контроля и диагностики

1.9 Разработка общей планировки станочной системы

2. Конструкторская часть

2.1 Разработка устройства по автоматизации, соответствующее вопросам, разработанным в технологической части

Заключение

Список использованной литературы



Аннотация

Объем пояснительной записки к данной курсовой работе составляет 21 лист, объем графической части: чертеж детали А4, общая планировка станочной системы А1 и чертеж промышленного робота А2.

Курсовая работа содержит технологическую и конструкторскую части.

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

В конструкторской части приводится описание разрабатываемой конструкции автоматизированного устройства.



1. Технологическая часть

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

При разработке станочной системы производится анализ номенклатуры с учетом объема выпуска обрабатываемых деталей.

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

0 10 50 100 1000

Номенклатура, ед.

1. Универсальные станки.

2. Станки с ЧПУ.

3. Многоцелевые станки.

4. Гибкие производственные модули.

5. Гибкие производственные участки.

6. Гибкие автоматизированные линии.

7. Автоматические линии.

8. Системы производственные гибкие.

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

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

По организационным признакам различают следующие СПГ:

Гибкую автоматизированную линию;

Гибкий автоматизированный участок;

Гибкий автоматизированный цех.

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

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

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

1.2 Предварительный выбор размера партии деталей

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



0 10 50 100 500 5000 >10000

Размер партии, шт. Рис.2

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

,

где

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

a - строковой запас дней, а=7дн;

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

(шт.)

Принимаем п =150 шт.

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



1.3 Анализ технологичности конструкции детали с учетом концепции станочной системы

1. Назначение изделия и условия работы в сборке.

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

2. Анализ технологичности детали

Анализирую технические требования, выдвинутые к изготовлению данной детали, можно сказать, что, в целом, их достаточно. Уточним, что деталь следует придать термообработке, потому что твердость стали 45 составляет 173..241 НВ, а после термообработки возрастает до 1954…263 НВ.

3. Анализ технологичности

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

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

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

Определим твердость вала по формуле:



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

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

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

4. Выбор способа получения заготовки

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

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

,

где: Qзаг - масса заготовки, qдет- масса детали



Рассчитаем себестоимость заготовки:

1.4 Разработка технологического маршрута изготовления детали

При разработке технологического маршрута изготовления детали воспользуемся типичными технологическими маршрутами.

Операция	Содержание или наименование операции	Квалитет	Ra	Станок	Приспособление
005 010 015 020 035 050 055 060 065	Фрезерно-центровальная Фрезеровать торцы на длине 211 Токарная предварительная Точить с переустановкой -20 на длине 36мм -25 на длине 37мм -24 на длине 68мм -33 на длине 38мм -24 на длине 14мм Токарная окончательная Точить с переустановкой: -20 на длине 36мм -25 на длине 37мм -24 на длине 68мм -25 на длине 16 мм -30 на длине 21 мм -33 на длине 19 мм -24 на длине 7 мм -фаски -канавки Шпоночно-фрезерная: Фрезеровать: Шпоночный паз 28h6 Круглошлифовальная Шлифовать однократно: -25 на длине 19 мм- 25 на длине 17 мм -25 на длине 11 мм -30 на длине 20 мм Слесарная Притупить острые края, зачистить заусенцы Моющая Промыть деталь Сушильная Просушить деталь Контрольная Контроль ОТК	14 12 12 9 7	12,5 6,3 6,3 3,2 0,8	Горизонтально-фрезерный станок 6305Ф2 Токарно-винторезный станок 16К20Ф3 Токарно-винторезный станок 16К20Ф3 Шпоночно-фрезерный станок 6Д91 Кругло-шлифовальный станок 3М151Ф2 Полуавтомат для снятия заусенцев 5Б525 Моющая машина	Тиски, торцевые фрезы, центрирующие сверла, автоматический контроль Вращательный центр, поводковый патрон, автоматический контроль Вращательный центр, поводковый патрон, автоматический контроль Автоматический контроль ,самоцентрирующиеся тиски Центры, поводок, автоматический контроль

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

Фрезерование торцов:

Т_О=6L10^-3=6(20,56+24,56)=0,27 мин.

Вспомогательное время:

Т_всп.=Т_у.с.+Т_уп.=1,22мин.

Точение (предварительное)

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

=0.85мин.

Твсп.=Ту.с.+Туп= 1,37 мин.

Точение (окончательное)+ снятие фасок+ точение канавок

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

Твсп.=Ту.с.+Туп =1,46 мин.

Фрезерование шпоночных пазов

Т_О=7l10^-3=7*25*10^-3=0,17 мин.

Твсп.=Ту.с.+Туп=1,12 мин.

Шлифование однократное



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

Твсп.=Ту.с.+Туп=1,33 мин.

Штучное время обработки цикла

Т_ШТ.=?Т_О+?Т_ДОП.

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

1.5 Оценка применяемости намеченных технологических операций в условиях выбранной концепции

Механическая обработка лезвийным инструментом достаточна при наличии хорошей системы разгрузки-погрузки, транспортировки и широкой номенклатуры. Время цикла 1…10 ин.

Круглое шлифование-полная приспособленность в условиях СПГ.

Приспособленность контрольно-измерительных операций-полная.

1.6 Выбор оборудования станочной системы и схемы его установки

Выбор оборудования станочной системы необходимо осуществить соответственно с данными справочников и каталогов металлорежущих танков.

При выборе конкретных моделей станков следует учесть:

- возможность исполнения намеченных операций на рассмотренных моделях станков

- габариты и массу обрабатываемой заготовки

- совместимость систем управления станками, в том числе систем ЧПУ

- возможные варианты выполнения транспортных и загрузочных операций

При изготовлении данной детали будем использовать станки следующих моделей:

1. Горизонтально-фрезерный станок 6305Ф2

- размеры рабочей поверхности стола 600-1500 мм.

- наибольшая масса заготовки 100 кг.

- частота вращения шпинделя 16-1600 об/мин

- подача стола шпиндельной бабки 10-2500мм/мин

- мощность электродвигателя 7,8кВт

- габаритные размеры 5300Ч4050мм

- масса 2760 кг

2. Токарно-винторезный станок 16К20Ф3

- наибольший диаметр обработки

*над станиной 400мм

*над суппортом 220мм

- наибольший диаметр обрабатываемого прутка 50 мм

- частота вращения шпинделя 12-1600 об/мин

- габариты станка 2505Ч119019 мм.

3. Шпоночно-фрезерный станок 6Д91

- ширина фрезеруемого паза 3…20 мм

- диаметр обрабатываемого вала 8…80 мм

- наибольшая длина фрезеруемого паза 300 мм

- размер рабочей поверхности стола 200Ч800 мм

- частота вращения шпинделя 500-4000 об/мин

- мощность электродвигателя 2,2 кВт

- габаритные размеры 1320Ч1380 мм

4. Кругло-шлифовальный станок 3М151Ф2

- наибольший диаметр заготовки 200мм

- наибольшая длина заготовки 700мм

- частота вращения шпинделя 50-500об/мин

- мощность электродвигателя 10кВт

- габаритные размеры 4605Ч2405мм

5. Полуавтомат для снятия заусенцев и фасок 5Б525

- наибольший диаметр обработанного колеса 500мм

- размер шлифовального круга 80Ч2

- частота вращения шлифовального круга 12000мин¹

- мощность электродвигателя 0,3…6 кВт

- габаритные размеры станка 1000Ч550мм

Рассчитаем штучно-калькуляционное время:

Т_Ш-К=ц_кТ_О

ц_к- поправочный коэффициент

Т_О- основное время

Токарный станок:

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

Кругло-шлифовальный станок:

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

Горизонтально-фрезерный станок:

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

Шпоночно-фрезерный станок:

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

Количество станков каждой модели:



N - годовой объем выпуска деталей 300 шт.

Т_ШТ - штучно-калькуляционное время

F_Д.О. - действительный годовой фонд работы оборудования.

Количество токарных станков:

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

Количество кругло-шлифовальных станков:

принимаем 1 станок

Количество горизонтально-фрезерных станков:

принимаем 1 станок

Количество шпоночно-фрезерных станков:



принимаем 1 станок

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

1.7 Разработка концепции транспортно -- складской системы и системы инструментообеспечения

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

При линейной компоновке АТСС включают:

1. Загрузочно-разгрузочное устройство УП-0,16

Техническая характеристика:

-масса тары 50 кг.

- габаритные размеры 400Ч300Ч450мм

2. Стеллаж-накопитель модели СТ-0,16

Техническая характеристика:

-грузоподъемность одного гнезда 50кг.

- габаритные размеры 400Ч300Ч3400мм

3. Кран-штабелер модели СА-ТСС-0,16

Техническая характеристика:

- грузоподъемность 50 кг.

- габаритные размеры 400Ч300Ч3400мм

- скорости

*перемещения крана 1,0м/с

*подъема грузозахватывающего органа 0,2м/с

*выдвижения грузозахватывающего органа 0,25м/с

- мощность электродвигателя 4,0 кВт

4. Приемно-передаточное устройство

Выбор промышленного робота представлен в конструкторской части.

5. Робот производства фирмы "Интрансмаш" модели КН10Р-01

Техническая характеристика:

- грузоподъемность 100кг.

- скорость перемещений 1,0м/с

- габаритные размеры 3370Ч1300Ч750мм

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

Определим количество стружки в год

М_СТР.=(m_З- m_Д)М

М_СТР.=(0,87-0,8)*500=350кг.

Определим массу стружки в час для данной детали:

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

1.8 Разработка концепции системы управления, контроля и диагностики

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

Для управления промышленным роботом с ЧПУ применяем микроЕОМ "Sinumeric".

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

Для целей диагностики с СПГ и функционально-тестовой диагностики отдельных станков с ЧПУ применяем управляющую ЕОМ модели ВЗ-М1221608П.

Для координации информационного обмена и управления производством применяем ПК Pentium.



1.9 Разработка общей планировки станочной системы

Разработку компоновки СПГ необходимо осуществлять согласно "Общесоюзным нормам технологического проектирования механообрабатывающих и сборочных цехов предприятий машиностроения, приборостроения и металлообработки". При этом нужно руководствоваться следующими правилами:

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

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

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

- системы транспортирования стружки максимально приближены к технологическому оборудованию;

Компоновочный план СПГ выполняется в масштабе 1:100.

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

Планировку выполняем без привязки к зданию цеха.



2. Конструкторская часть

2.1 Разработка устройства по автоматизации, соответствующая вопросам, разработанным в технологической части

В конструкторской части курсовой работы выбирается устройство по автоматизации- промышленный робот модели ПР-4. Они применяются для автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, обслуживания различного технологического оборудования, межоперационного и межстаночного транспортирования объектов обработки и выполнения других вспомогательных операций.

Рис. Промышленный робот ПР-4

Техническая характеристика:

- грузоподъемность: 5 кг.

- число ступеней подвижности (без захватывающего устройства):6

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

- тип привода: пневматический

- управление: цикловое

- число программных координат: 6

- емкость памяти системы (число команд):60

- погрешность позиционирования :±0,1 мм

- линейные перемещения

*при скорости 0,1 м/с: z = 150мм

* при скорости 0,3 м/с: r = 600 мм

- угловые перемещения

* при скорости 1,36 радий/з: ц = 240°

* при скорости 1,53 радий/з: и = 15°

Время цикла обработки деталей на одном станке равняется сумме времени работы станка и робота

Т_tшт-к + t_пр,

где tпр - время работы, которая не перекрывается

Циклограмму робота РТК при обслуживании токарно-винторезного станка модели 16К20Ф3 для предварительной обработки рассчитывается таким способом:

1)взятие детали со стола: t₁=5c.

2)втягивание руки: t₂=2c.

3)поворот робота к станку t₃: 1,15с.

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

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

6)время обработки детали: t₆=51с.

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

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

9)поворот робота к столу: t₉=1,15 с.

10)выдвижение руки к столу: t₁₀=2с.

11)установка детали на столе: t₁₁=5с.

t_?=91,30 секунд.

Оборудование	Движение (операция)	Время, с
		5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95
ПР	Взятие, установка детали на столе
	Втягивание руки
	Выдвижение руки
	Поворот робота
Станок	Закрепление детали в устройстве станка
	Открепление заготовки с устройства станка
	Обработка детали

Заключение

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

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

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

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



Список использованной литературы

1. Методические указания к выполнению самостоятельной работы по дисциплине "Автоматизация производственных процессов в машиностроении" М.В. Маргулис, В.В. Водзянский- ПГТУ, 2009

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

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

Размещено на Allbest.ru