Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ состояния вопроса, цели и задачи проекта

2. Конструкторская часть

2.1 Разработка автоматизированной линии изготовления корпуса "Оверлога"

2.2 Оборудование для компоновки автоматизированного комплекса

2.3 Подготовка производства

2.4 Система управления автоматическим комплексом

3. Технологическая часть

3.1 Разработка технологического процесса изготовления детали "Корпус оверлога"

3.1.1 Назначение и конструкция детали

3.1.2 Анализ технологичности конструкции детали

3.2 Выбор типа производства

3.3 Выбор формы организации технологического процесса

3.4 Выбор заготовки

3.5 Выбор и расчет припусков на обработку

3.6 Выбор оборудования

3.7 Выбор режущего инструмента

3.8 Расчет режимов резания

3.9 Расчет технических норм времени

4. Организационно-экономическая часть

4.1 Оценка допустимо предельных затрат на разработку ГПС

4.2 Структура затрат на изготовление детали на универсальном оборудовании

4.2.1 Расчёт материальных затрат

4.2.2 Расчет затрат на оплату труда

4.2.3 Затраты на амортизацию

4.2.4 Расчет прочих затрат

4.3 Изготовление детали на оборудовании с ЧПУ

4.3.1 Расчёт материальных затрат

4.3.2 Расчет затрат на оплату труда

4.3.3 Затраты на амортизацию

4.3.4 Расчет прочих затрат

4.4 Структура затрат на автоматизацию

5. Безопасность и экологичность проекта

5.1 Анализ условий труда на участке ГПС

5.2 Меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда на участке ГПС

5.3 Расчёт искусственного освещения на участке ГПС

5.4 Меры по охране окружающей среды

5.5 Меры по обеспечению устойчивой работы участка ГПС в условиях чрезвычайных ситуаций

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Одной из визитных карточек последних десятилетий ХХ века стало внедрение микропроцессорных технологий, компьютеров и комплексных технологий во все сферы человеческой жизни. Сегодня практически нет отраслей производства, направлений в искусстве или других областях деятельности, где бы не использовался компьютер.

Такая закономерность приводит к тому, что все больше людей ежедневно сталкивается с необходимостью освоить работу на компьютере. Современный компьютер способен получить, обработать, сохранить и передать огромный объем информации. Да и само понятие " информация " сегодня включает в себя все новые области знаний. Все это ставит немаловажную проблему: создание программного обеспечения, которое было бы доступно и понятно широкому кругу пользователей компьютерной техники, не только бы упрощало, но и оптимизировало процесс получения информации, а также охватывало бы все новые и новые объекты информации.

Наиболее важна эта проблема в области промышленного производства. К современному производству предъявляются все более жесткие требования, которые должны обеспечивать выпуск продукции высокого качества, отвечающей современному уровню развития науки и техники. В промышленности накоплен огромный багаж знаний, которые необходимо использовать на всех стадиях производства. Причем, многое должно быть изучено уже на первых этапах формирования молодого инженера, т. е. в процессе его обучения в университете. Решению проблем комплексной автоматизации всех стадий производства отводится большое внимание, но при этом использование современной техники в техническом вузе еще не охватило все стороны процесса обучения. Уровень компьютеров, находящихся в распоряжении студентов и полностью отвечающий современным требованиям делает возможным обеспечение учебного процесса специализированными программными средствами. К таким программам можно отнести электронные справочно-информационные системы по различным областям знаний.

Предлагаемая ВКР направлена на создание гибкой производственной системы. Задача электронной справочно-информационной системы облегчение рабочего процесса, что достигается быстрым и удобным представлением информации. Построение системы стало возможным после систематизации технической информации создания иерархической структуры доступа информации (от общего к частному). Целью работы является разработка комплекса мероприятий по созданию гибкой производственной системы, разработка ее параметров.

В качестве вспомогательных инструментов используется универсальные программы по оптическому распознаванию текста, редактированию текстовой и графической информации, а также способности операционной системы по сохранению, изменению и передаче (копированию) данных в виде файлов.

В любой конструкторской разработке важное место занимают экономические вопросы и вопросы безопасности и экологичности проекта.

В организационно-экономической части производится технико-экономического обоснования создания информационной системы и создание сетевого графика информационной системы.

В разделе "Безопасность и экологичность проекта" представлен анализ условий труда на участке ГПС, разработаны меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда, меры по охране окружающей среды, а также меры по обеспечению безопасности персонала в условиях чрезвычайных ситуаций. В расчетной части данного раздела произведен расчет искусственного освещения на участке.

1. Анализ состояния вопроса, цели и задачи проекта

Гибкое автоматизированное производство (ГАП) система автоматизации, охватывающая все производство - от идеи создания до изготовления изделия. ГАП охватывает этапы научных исследований, автоматизацию подготовки производства (как конструкторской, так и технологической) и автоматизацию изготовления [3].

ГАП должно обеспечивать гибкость и высокую эффективность всего производственного цикла: от проведения поисковых исследований до изготовления изделий.

Полный сквозной цикл производства изделий в ГАП обеспечивается следующими основными взаимосвязанными системами:

планирования;

исследований;

конструкторской подготовки производства;

технологической подготовки производства;

изготовления продукции.

Система планирования обеспечивает разработку и оптимизацию режимов производственной деятельности предприятия по выпуску требуемой номенклатуры и объема продукции.

Система исследования обеспечивает поисковые исследования с целью определения оптимальной номенклатуры и характеристик выпускаемых изделий, а также выполняет функции центра моделирования производственной системы.

Система конструкторской подготовки производства обеспечивает проектирование выпускаемых изделий.

Система технологической подготовки производства проводит разработку технологических процессов изготовления изделий, подготовку программ для оборудования с ЧПУ, разработку средств производства (оборудования, оснастки, режущих и мерительных инструментов и др.), необходимых для выполнения разработанных технологических процессов.

Система изготовления продукции обеспечивает все операции по реализации разработанных технологических процессов. Эти задачи решаются с помощью гибких производственных систем (ГПС).

ГПС это совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик; [3]

Гибкий производственный участок, гибкая производственная линия - это совокупность 2-х или более единиц основного технологического оборудования (ГП-модулей), объединенных автоматизированной системой управления и транспортно-накопительными системами (для заготовок, полуфабрикатов, изделий, инструментов, оснастки, отходов), переналаживаемых на изготовление изделий заданной номенклатуры в пределах технологических возможностей оборудования.

Гибкий производственный цех комплекс ГП-линий, ГП-участков, ГП-модулей, предназначенный для выполнения технологических процессов и переналаживаемый на изделия заданной номенклатуры;

Гибкий производственный завод комплекс ГП-цехов, ГП-линий, ГП-участков, ГП-модулей.

Принято различать кратковременную и долговременную гибкость. Кратковременная гибкость позволяет быстро переналаживать оборудование на производство различной продукции в рамках действующей производственной программы. Долговременная гибкость обеспечивает возможность переналадки на выполнение новых, заранее не предусмотренных, технологических задач.

Для обеспечения производственного процесса в ГПС необходимо решить следующие задачи:

планирование, учет, управление и контроль хода производственного процесса;

накопление заготовок, полуфабрикатов, материалов, приспособлений, инструментов и своевременное транспортирование их к технологическому оборудованию;

загрузку - разгрузку технологического оборудования;

прием, редактирование и трансляцию в устройства числового программного управления программ управления оборудованием;

автоматическое управление всеми техническими средствами ГПС;

диагностику состояния инструмента с коррекцией управляющей программы и обеспечением автоматической смены инструментов;

доставку и подачу вспомогательных материалов;

удаление отходов из зоны обработки и из ГПС;

комплектацию, сборку и настройку оснастки и инструмента;

техническое обслуживание и ремонт технических средств;

хозяйственное обеспечение.

Примеры компоновочных схем ГПС [9]:

Без транспортной тележки (транспортирование с помощью робота-штабелера) рисунок 1.1.

Рисунок 1.1 - схема ГПС с транспортным роботом-штабелером: 1-3 - ГПМ; 4-6 - устройства манипулирования; 7-9 пристаночные накопители; 10 - транспортное устройство; 11 - автоматический склад; 12 - управляющий вычислительный комплекс ГПС; 13-16 - УЧПУ станочных модулей и автоматического склада

Транспортирование объектов производства между ГПМ осуществляется с помощью робота-штабелера автоматического склада. В этом случае не требуется использования в ГПС дополнительного транспортного устройства (транспортной тележки), что значительно упрощает ГПС. Однако в этом случае ГПМ могут располагаться только вдоль стеллажей автоматического склада, что уменьшает технологические возможности ГПС. Такая компоновка используется при небольшом количестве ГПМ, т.е. в том случае, когда их можно расположить вдоль склада, т.е. это ГПЛ (линия).

Когда ГПС имеет большое количество ГПМ, установка которых вдоль склада невозможна, транспортирование объектов производства в пределах ГПС приходится осуществлять с помощью специальных транспортирующих устройств, например, транспортных тележек. Однако такая компоновка усложняет ГПС и, соответственно, значительно повышает ее стоимость. ГПС с транспортной тележкой показана на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Схема ГПС с транспортной тележкой: 1-2 - ГПМ; 3-4 - пристаночные накопители; 5-6 - устройства загрузки-выгрузки; 7 - автоматическая тележка, транспортный робот

Целью данной ВКР является разработка гибкой производственной системы механической обработки деталей корпус оверлога в условиях ВОМЗ.

Структурная схема ГПС показана на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Структура гибкой производственной системы

Комплекс оборудования ГПС включает следующие основные элементы:

- гибкие производственные модули (ГПМ);

- транспортно-накопительное оборудование;

- вспомогательное оборудование.

Базовыми компонентами ГПС, обеспечивающими процесс обработки изделий, являются ГПМ, к которым предъявляются специфические требования: возможность обработки деталей различных типов и конструктивных форм; возможность обработки деталей из различных материалов и выполнения на одних и тех же станках различных этапов обработки (от черновой до чистовой); доступность зоны обработки для обслуживающих манипуляторов и другого вспомогательного оборудования; наличие устройств, автоматизирующих вспомогательные операции удаления отходов; высокая надежность всех устройств и систем (наработка на отказ должна исчисляться тысячами часов); наличие систем контроля и технической диагностики (контроль качества обработки, состояния инструментов, оборудования и др.).

ГПМ выполнены на базе многооперационных станков с ЧПУ (типа обрабатывающий центр) и подразделяются на две группы: для обработки деталей типа тел вращения; для обработки призматических деталей. Необходимо отметить, что такое подразделение является достаточно условным, так как на ГПМ, как на многооперационном станке, могут выполняться операции, присущие обработке как деталей тел вращения, так и призматических деталей. Поэтому имеется в виду преимущественное использование тех или иных ГПМ.

Классификация ГПМ представлена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Классификация ГПМ

Гибкие производственные модули для обработки призматических (корпусных) деталей имеют следующие основные особенности:

- высокие диапазоны изменения частот вращения шпинделя (от 1 до 8000об/мин и более), обеспечивающие возможность многооперационной обработки изделий из различных материалов;

- направляющие качения, выполненные из износостойких материалов (специальных пластмасс);

- наличие вращающегося стола, позволяющего выполнять токарные операции;

- наличие устройств, для автоматического удаления стружки;

- наличие устройств, для автоматической смены инструментов в шпинделе;

- автоматическую смену инструментальных магазинов;

- оснащение накопителями паллет и спутников;

- наличие устройств, для автоматического зажима деталей;

- наличие устройств, для автоматической смены паллет;

- наличие устройств контроля качества изделий и диагностики работы систем ГПМ.

Пример компоновочной схемы ГПМ для обработки призматических деталей показан на рисунке 1.5.

Транспортно-накопительные системы осуществляют получение всех необходимых для выполнения в ГПС технологических процессов материалов, заготовок, инструментов и оснастки, комплектацию, хранение, перемещение их, а также получаемых в результате выполнения технологических процессов полуфабрикатов, между основным технологическим оборудованием (ГПМ), накопление готовых изделий и отправку их потребителям. Автоматизация всех этих операций осуществляется взаимосвязанными системами: манипулирования, транспортирования, накопления.

Рисунок 1.5 - Компоновка ГПМ для обработки призматических деталей: 1 - станок с ЧПУ; 2 - шпиндель станка; 3 - шпиндельная бабка; 4 - поперечный стол; 5 - продольный стол; 6 - поворотный стол; 7 - "глобус стол"; 8 - обрабатываемое изделие; 9 - робот для замены инструментов в шпинделе; 10 - накопитель инструментов; 11 - инструменты; 12 - палета с изделием; 13 - пристаночный накопитель изделий; 14 - палета с изделием в накопителе

Объекты перемещения и накопления в ГПС: материалы, заготовки, полуфабрикаты, готовые изделия, комплектующие элементы, инструменты, станочная оснастка, отходы производства.

Манипуляционные системы ГПС осуществляют следующие основные функции: загрузку и разгрузку ГПМ, смену инструментов и приспособлений, промежуточное хранение изделий в ожидании обработки. Манипуляционные системы тесно связаны с транспортными системами, поэтому их часто рассматривают совместно.

Перемещение изделий в ГПС осуществляется транспортными средствами, классификация которых приведена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Классификация транспортных систем в ГПС

Накопительные системы ГПС (автоматические склады) используются для осуществления операций складирования, хранения и выдачи необходимых материалов и объектов производства. Автоматические склады обслуживаются штабелерами, выполненными в виде многоярусных стеллажей с ячейками для хранения объектов ГПС. Причем объекты чаще всего находятся в специальных контейнерах.

Штабелеры выполняют следующие основные функции: перемещение изделий между транспортной системой ГПС и зоной хранения, загрузка и разгрузка ячеек стеллажей, комплектация партий изделий из числа находящихся на складе.

По конструктивному исполнению применяются два типа штабелеров: стеллажный и мостовой.

Планирование и управление производством в ГПС имеет основные функции:

- прогнозирование;

- планирование производства;

- оценка производственных затрат;

- формирование основного графика производства;

- планирование материальных потребностей;

- материально-техническое снабжение;

- календарное планирование;

- диспетчеризация;

- оперативное управление технологическими процессами;

- контроль качества выпускаемой продукции;

- поставки по заказам и управление запасами готовой продукции.

Функциональная блок-схема системы планирования и управления производством показана на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Блок-схема системы планирования и управления производством в ГПС

Прогнозирование позволяет предвидеть будущий объем реализации продукции. Различают следующие виды прогнозов:

- долгосрочные прогнозы на срок более 5 лет, основной целью которых являются рекомендации по реконструкции производства, и выполнению научно-исследовательских работ;

- среднесрочные прогнозы на срок 1-2 года, которые используются для планирования заказов на поставки материалов и комплектующих изделий.

Планирование производства имеет целью оценку выпуска продукции по группам изделий на определенный отрезок времени (чаще всего - на год). Такое планирование необходимо для определения необходимых запасов (материалов, комплектующих и др.) по производству каждой группы изделий.

Оценка производственных затрат осуществляется для формирования цен на продукцию и выполняется с помощью известных методов микроэкономики.

Формирование основного графика производства - это установление объемов выпуска и сроков изготовления по каждому виду продукции, на основании чего определяются графики поставок необходимых материалов, комплектующих и др. Основной график может формироваться на месяц, неделю, день.

Планирование материальных потребностей осуществляется на основе основного графика производства и устанавливает все компоненты (сырье, комплектующие, инструменты и др.), необходимые для изготовления изделий.

Материально-техническое снабжение имеет своей целью оформление заказов и приобретение всех необходимых компонентов (материалов, комплектующих, инструментов и др.), необходимых для изготовления изделий. При этом общеизвестна дилемма материально-технического снабжения - "изготовить или купить".

Календарное планирование (иначе его еще называют составлением расписания) выполняется с целью назначения моментов начала и окончания изготовления изделий. Задача календарного планирования является наиболее ответственной и сложной в ГПС, что вызвано возможностью одновременного изготовления на ГПС нескольких изделий, каждое из которых имеет индивидуальный технологический процесс.

Диспетчеризация осуществляется путем выдачи индивидуальных заданий на согласованное выполнение работ по изготовлению продукции. В ручном производстве диспетчеризация осуществляется руководителями подразделений (мастер, бригадир, диспетчер и др.). В ГПС эта функция выполняется управляющим вычислительным комплексом ГПС.

Оперативное управление обеспечивает управление оборудованием и транспортными потоками в ГПС.

Контроль качества обеспечивает определение соответствия производимых изделий заданным техническим характеристикам.

Поставка по заказам и управление запасами готовой продукции должна обеспечивать создание рациональных запасов по каждому виду продукции, достаточных для удовлетворения спроса потребителей.

Основные стадии создания ГПС включают следующие разработки:

- заявка на разработку ГПС;

- техническое задание;

- технический проект;

- рабочий проект;

- внедрение ГПС.

Заявка на разработку ГПС должна включать исходные требования к проектируемой ГПС: номенклатуру изготавливаемых изделий, ориентировочные объемы производства по каждому изделию.

Техническое задание включает: основание для разработки ГПС, цель и назначение разработки, технические требования к ГПС, технико-экономические показатели ГПС, стадии и этапы разработки; порядок контроля и приемки.

Технические требования к ГПС должны включать следующие основные ограничения: уровень автоматизации, перечень обязательных технических средств ГПС, схемно-структурные ограничения, конструктивно-компоновочные, габаритные, энергетические, привязочные и др. ограничения; качество функционирования системы: точность обработки, качество поверхностей, надежность, долговечность, живучесть и др.; информационные и программно-алгоритмические ограничения: информационное обеспечение, возможности корректировки программного обеспечения и др.; системно-организационные ограничения: использование групповой технологии, требования к гибкости потоков и др.; эксплуатационные ограничения: условия эксплуатации, режимы работы ГПС, требования охраны труда и техники безопасности и др.; социальные требования; экологические требования; эволюционно-адаптивные требования; особые требования.

В качестве технико-экономических показателей используются: производительность, себестоимость, сроки окупаемости, период эксплуатации.

Технический проект ГПС содержит окончательные технические решения, дающие полное преставление о составе, структуре и функционировании комплекса, а также исходные данные для разработки рабочей документации.

Рабочий проект включает рабочую техническую документацию, необходимую для изготовления ГПС: конструкторскую, технологическую, программную, строительно-монтажную, организационную.

В соответствие с основными задачами, решаемыми в процессе обработки, в ГПС используются следующие основные подсистемы:

Управление нужно для решения задач организации и управления производственным процессом в ГПС, основными из которых являются следующие: планирование, учет, диспетчирование, контроль хода производства, координация взаимодействия функциональных подсистем ГПС, автоматическое управление всеми техническими средствами ГПС.

ТПП (технологическая подготовка производства) - для автоматизации проектирования технологических процессов, инструментальных наладок и оснастки, подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ.

Обработка - обеспечивает автоматизированную обработку изделий в ГПС.

АТСС (автоматизированная транспортно-складская система) - для осуществления учета, автоматизированного хранения, доставки заготовок, полуфабрикатов, готовых изделий, инструментов, приспособлений, тары и др. на рабочие места ГПС, разгрузки и разгрузки оборудования ГПС.

Инструмент - для обеспечения технологических процессов обработки необходимыми инструментами и оснасткой: комплектация, сборка-разборка, настройка, паспортизация, сортировка, заточка, определение стойкости, учет наработки и др.

Контроль - для обеспечения требуемого качества изготавливаемых изделий и работоспособности технических средств ГПС.

СОЖ (снабжения смазочно-охлаждающими жидкостями) - для централизованного снабжения СОЖ.

УОП (удаления отходов производства) - для сбора и удаления стружки и др. отходов производства от рабочих мест (может быть с разделением отходов по видам и маркам материалов) и предварительная их обработка.

ТОП (технического обслуживания и ремонта) - для организации и проведения технического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов оборудования ГПС.

ХОБ (хозяйственного обеспечения) - для обеспечения ГПС вспомогательными материалами, ремонта помещений.

Процесс проектирования ГПС включает три основных этапа: технологический, алгоритмический, технический.

Основными задачами технологического этапа являются:

- определение типов и количества ГПМ;

- выбор типов транспортных средств;

- выбор средств автоматизации складских операций;

- определение номенклатуры и объемов материалов и инструментов;

- выбор средств автоматизации контроля;

- установление каналов передачи информации;

- определение компоновочной схемы размещения технологического оборудования и циклограмм его работы;

- определение основных экономических показателей.

Методика, с помощью которой решаются эти задачи, базируется на групповой технологии. Все детали заданной номенклатуры группируются, в результате чего разрабатывается типовой технологический процесс, на основании которого осуществляется решение вышеприведенных задач.

Алгоритмический этап создания ГПС. На этом этапе разрабатывается информационная структура и алгоритмическая модель ГПС, производится увязка ее с автоматизированной системой управления предприятием.

На этом этапе определяются:

- алгоритмы функционирования всего комплекса ГПС и ее составных частей;

- требования к локальным управляющим устройствам;

- требования к управлению вспомогательным оборудованием и каналам связи;

Технический этап создания ГПС. На этом этапе осуществляется техническая реализация ГПС, что требует выполнения следующих работ:

- разработка и изготовление необходимого оборудования (если отсутствует серийно выпускаемое);

- разработка и изготовление недостающих технологической оснастки и инструментов;

- разработка и изготовление недостающих средств транспортирования;

- расстановка, подключение, отладка и тестирование всех технических средств ГПС;

- пробная эксплуатация и внедрение ГПС.

2. Конструкторская часть

2.1 Разработка автоматизированной линии изготовления корпуса "Оверлога"

ВКР заключается в создании автоматизированной информационной системы проектирования автоматических станочных систем механообработки и служит целью показать необходимость создания подобных систем в будущем и внедрения их на производстве.

Одним из важнейших факторов увеличения производительности и объема труда является автоматизация в промышленности.

Автоматизация проявляет эффективность в том, что обеспечивает прогнозируемость и стабильность технологических и производственных процессов.

Наибольшая отдача от внедрения автоматизации получается в массовом и крупносерийном производстве, но и мелкосерийное и даже индивидуальное производство может пользоваться автоматизацией. [3]

В конструкторской части необходимо создать автоматизированную станочную систему технической обработки детали корпус "Оверлога".

Определим ступень готовности изделия к производству на автоматизированном производстве.

Для внедрения нового изделия в производство или начала проектировочных работ по автоматизации его изготовления необходимо провести тщательный анализ конструкции изделия и технологического процесса. Этот анализ даёт оценку степени готовности изделия к автоматизированному производству. В основу способа положен принцип детального анализа на основе оценок экспертов. Анализ проводится по справочным данным и специальной методике. Основными принципами оценки являются: конфигурация, физико-механические свойства сечения материала детали и поверхности, соединимость, реальные размеры и их соотношения, показатели симметричности, необычные свойства деталей.

Каждая ступень качественно характеризует определённую совокупность свойств.

Определение степени подготовленности изделия к автоматическому производству выполняем с помощью автоматизированной системы определения степени подготовленности изделия к автоматическому производству (программа SUM 8). [1] Результаты приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Сводная таблица определения степени подготовленности изделия к автоматическому производству

Деталь	Количество деталей	Сумма баллов	Категория сложности
1	1	12	2

Общая сумма баллов: 12.

Средняя сумма: 12.

Средняя категория сложности: 2.

Возможность автоматизации. Требуется обработка системы определения и установки детали в рабочие части. Является целесообразным проверка путем эксперимента.

В корне проектировании технологических процессов для автоматических производств необходимо предоставить:

- получение такой же или большей производительности на разных видах оборудования для получения большей сгруппированости работы и загрузки участка ГПС;

- автоматизируются не только переходы обработки, но и все вспомогательные процессы;

- сохранение установленной точности точности на долгий срок;

- требование высокой надёжности и безаварийной работы за счёт строгой проработки всех вопросов по контролю процесса;

- блокировки, сигнализации, резервирования и отвода стружки;

- принятие процесса транспортирования и базирования изготавливаемой детали.

Необходимо сокращение количества станков в автоматизированном комплексе за счёт поднятия степени выполнения технологических переходов и применения многоинструментального оборудования.

Произведя анализ конструкции детали, делаем акцент на возможности много инструментальной обработки и применения высокопроизводительного многолезвийного инструмента, а также лёгкость удаления стружки и отвода СОЖ.

С учётом имеющихся требований осуществляем проектирование автоматизированного группового технологического процесса для составной детали. [1] [2] [5]

1. Фрезерная с ЧПУ: мин.

2. Фрезерная с ЧПУ: мин.

3. Фрезерная с ЧПУ: мин.

Т.к. при изготовлении корпуса используются операции, выполняемые на одном станке с ЧПУ, то их можно сложить. При этом на автоматизированном участке будет, естественно, несколько станков - все они будут обрабатывать заготовки параллельно друг другу. Отсюда:

мин.

Структура автоматического производства даёт представление о пространственном расположении станочного и вспомогательного оборудования и связи всех рабочих позиций единой транспортной системой потока деталей.

В состав автоматического комплекса входят станки, склад заготовок и готовой продукции с автоматической раскладкой, межпроцессорные накопители, роботы для загрузки оборудования, транспортировочные устройства.

Главной задачей перемещения потока деталей входит перемещение деталей через рабочие пункты, при котором как можно больше сокращается среднее время цикла обработки всех деталей. Транспортная система потока деталей состоит из загрузочных устройств и внутреннего транспорта. Загрузочные устройства доставляют детали, взятые с расположения всех станков, измерительных и других устройств, а внутренний транспорт производит перемещение деталей между внутренними накопителями и складами.

Определить нужное количество основного оборудования, устанавливаемого в автоматический комплекс, можно исходя из среднего такта выпуска деталей на комплекс.

Средний такт выпуска деталей определяется по формуле (2.1):

мин., (2.1)

где Ф ₀ номинальный фонд времени работы оборудования, Ф ₀=4140ч.;

К=0,9 коэффициент использования оборудования;

N_год годовая программа выпуска деталей.

мин.

Расчётное число оборудования определяется как отношение времени обработки детали на станке к среднему такту выпуска деталей.

шт., (2.2)

мин.

шт.

Корректируем количество оборудования, для этого принимаем m=1шт:

Детали перемещаются по пути следования из одной рабочей позиции в другую прикрепленные на палете.

Затем с учётом технологии изготовления деталей вычерчиваем временную циклограмму работы комплекса. Циклограмма отражает работу каждой единицы оборудования: станков, роботов, накопителей, транспортных устройств, склада за полный цикл работы комплекса. [1]

По циклограмме определяются коэффициенты загрузки основного и вспомогательного оборудования.

(2.3)

где К_заг коэффициент загрузки оборудования;

Т_о основное время работы оборудования, мин.;

Т_ц время цикла работы оборудования, мин.

Значения коэффициентов загрузки представлены на временной циклограмме, но надо заметить, что коэффициенты всех станков равны, также, как и коэффициенты всех роботов.

2.2 Оборудование для компоновки автоматизированного комплекса

Компоновка автоматизированных комплексов неразрывно связана с его структурой и выбранным основным и вспомогательным оборудованием. Состав металлорежущего оборудования в основном обусловлен конструктивно-технологическими особенностями обрабатываемых деталей. Поэтому со спецификой формы заданной детали необходимо подобрать основное технологическое оборудование. [1] [4]

Для обработки детали выбираем обрабатывающий центр - фрезерно-сверлильно-расточной станок с ЧПУ ИР-320. Основные технические данные и характеристики станка приведены выше. Чертеж станка см. на четвертом листе.

В качестве склада выбираем роботизированный складской комплекс РСК50.

Грузоподъемность складского робота, кг 50.

Габаритные размеры тары, мм:

длина 300,

ширина 400,

высота 215.

Число грузовых мест в стеллаже:

по длине 41 41 53 53

по высоте 8 151 8 15

общее 658 1230 848 1590.

Скорость м/мин.:

передвижения складского робота 62/25,

подъем каретки (груза) 1015,

выдвижения грузозахвата 6.

Установленная мощность, кВт 1,6.

Габаритные размеры комплекса, мм.:

длина 19740/24420,

ширина 1593,

высота 3300 5800 300.

Управление автоматизированное.

Грузоподъемность ячейки стеллажа, кг 50.

Режим работы: средний.

Грузоподъемность стола, кг 50.

Для перемещения деталей и заготовок между операциями применяем безрельсовую транспортную тележку модели C4234.

Грузоподъемность, кг 250.

Скорость перемещения, м/мин

min 4;

номинальная 80;

max 140.

Скорость движения стола, м/мин 4.

Количество телескопических столов, шт. 1.

Ширина стола, мм 650.

Ход стола, мм

подъем 50;

выдвижение 925.

Габаритные размеры (без учета мачты питания), мм

длина 1900;

ширина 990;

высота 1180.

Масса, кг 800.

Мощность, кВт:

главного привода 1,35

привода гидростанций 0,5

Общий вид станка см. на пятом листе.

Для установки и снятия заготовки применяем робот с позиционной системой управления модели Универсал-60.02.

Номинальная грузоподъемность, кг 60.

Число степеней подвижности 7.

Число рук/захватов на руку 1/1.

Тип привода электрогидравлический.

Устройство управления позиционное.

Число программируемых координат 6.

Способ программирования перемещений обучение.

Погрешность позиционирования, мм 0,3.

Максимальный радиус зоны обслуживания R, мм 2044.

Масса, кг 2040.

Угловые перемещения, :

В горизонтальной плоскости 330;

со скоростью, /с 40;

В вертикальной плоскости

360;

со скоростью, /с 77;

105;

со скоростью, /с 32.

База данных всего оборудования находится в автоматизированной информационной системе. Имеются как подробные чертежи оборудования, которые выносятся отдельно на ватман, так и их упрощенные виды, которые используются на компоновочном листе. Расстояние между станками, тележкой, роботами и складом регламентированы и также находятся в справочной системе.

Все чертежи находятся в формате Autocad и Компас и представляют собой макроэлементы. Проектировщику нужно только выбрать оборудование и расставить его на листе, соблюдая необходимые правила.

В данный момент существует огромное количество компоновочных решений.

Например, в данном случае компоновка представляет из себя склад, расположенный вдоль 3х РТК, каждый из которых представляет из себя 1 станок с ЧПУ и безрельсовую транспортную тележку, находящуюся между складом и РТК 1-3. За станками расположены электрошкафы, устройства ЧПУ станков и устройства управления промышленными роботами. Рядом с путями тележки в зоне действия робота расположены приёмно-передаточные столы.

2.3 Подготовка производства

Стандартные способы подготовки производства - фактор, сдерживающий для полной отдачи ГПС. Так как результаты получаются неудовлетворительны как по качеству изделий, так и по выполнению плана производственных планов.

При производстве автоматизации отдельных подсистем (технологической подготовки производства и др.) при сохранении основных каналов взаимного обмена между ними через промежуточные документы и при традиционном разделении функций не может гарантировать синхронность между ГПС и системой подготовки производства. Так же не допустить огромные потери ввиду быстрого отставания в развитии проектных решений.

Чтобы избежать неликвидных потерь нужно еще на этапе формирования задания на комплекс ГПС рассматривать все подсистемы учитывать как части единой системы подготовки производства.

Главным из основных условий эффективной автоматизации служит наличие общей базы данных, которая исключает постоянный ввод человеком информации об изделиях, технологических процессах и т. д.

Нужно принимать во внимание, что машинные и программные средства оборудования, включаемого в состав ГПМ, в условиях технического прогресса постоянно развиваются, в связи с этим резко снижается стоимость аппаратов для вычисления при одновременном увеличении их мощностных характеристик. Модернизация ГПМ позволяет быстро принимать решения по операционной технологии "на месте", что облегчает задачи системы подготовки производства и следует закрепить только выработку стратегических решений о маршруте изготовления, снабжение технологических операций заготовками (исходными и межоперационными).

2.4 Система управления автоматическим комплексом

Система управления автоматическим комплексом состоит из центральной ЭВМ, управляющей непосредственно по локальной сети устройствами ЧПУ склада, тележки, роботов и станков.

На производстве существуют такие системы: техническая, инструментальная, контроля ОТК, складская, транспортная, технического обслуживания оборудования, охрана труда. Все эти системы попадают под управление являются автоматизированной системы управления и непосредственно подготовки производства. И даже то что их функции сильно разнятся, автоматизация выделяет много общего для управления их функциями. И для разработки системы управления, необходимо иметь общее представление объекта управления.

На автоматизированном производстве рассмотрение задач и методы их решения при проектировании средств автоматизации и управления производством проводят на основе строения технической системы. Под строением технической системы, в этом случае производственной системы, принимают структурно-функциональную модель, основанную на составе системы; функции подсистем, уровней, компонентов; связи и взаимодействие подсистем, уровней и компонентов; правила композиции (объединения) компонентов, уровней и подсистем.

Именно этот подход к созданию систем включает в себя следующие особенности: пристальное внимание уделяется функциям содержащимся в системе, но каждая функция обозначается как отдельная лишь тогда, когда возможно ее определение через единственное описание внешнего поведения части, производящего данную функцию; выделяются наиболее выгодные варианты реализации системы, в которых будет сохранено разделение между подсистемами, выделенные на структурно-функциональной модели; обеспечивается возможность распараллеливания на возможно более ранней стадии работ по проектированию и реализации системы; облегчаются стыковка компонентов и комплексная отладка системы, а также ее изменение.

Возникает необходимость определить временные единицы разрабатываемой системы, чтобы применить этот подход к разработке систем автоматизации проектирования и изготовления. Необходимо применить производственную систему. Это открытая система, котрая нужна для направленной перестройки свойств материальных объектов на основании поступления информации и команд от разработчика. Для разработки инструментов автоматизации управления необходима их трактовка через систему взаимодействия объектов производственной системы. Есть интерфейсы следующих видов:

- технологические интерфейсы, определяющие возможности обработки, а также свойства и параметры преобразуемых объектов (заготовок) и всех ресурсов, необходимых для работы (инструмент, оснастка и др.);

- механические интерфейсы, определяющие конкретный способ подачи материальных объектов внутрь производственной системы и выдачи их обратно;

- организационные связи, определяющие организационную среду, в которой функционирует данная производственная система;

- информационные связи, определяющие содержание, форму построения и процедуры обмена информацией с внешней средой - персоналом и системой управления верхнего уровня;

- коммуникационный (сетевой) интерфейс, определяющий средства и возможности обмена информацией с внешней средой;

- пользовательский интерфейс, определяющий средства и возможности персонала по управлению производственной системой;

- связи с инфраструктурой, определяющие подключение к системе жизнеобеспечения (энергоснабжение, канализация, подача воздуха, СОЖ и т. д.).

На основе анализа связей и внутренней структуры производственной системы разрабатывают технические задания на подсистемы, автоматизирующие функционирование производственной системы. Основные подсистемы автоматизированного производства включают в себя следующие функции: организацию производства; конструкторскую и технологическую подготовку производства; планирование производства, управление производством. В качестве примера рассмотрим особенности автоматизации функции управления и подготовки производства на уровне цеха. Общая структура автоматизированной системы, реализующая эти функции, показана на рисунке 1.8

Рисунок 1.8 - Общая структура системы управления

3. Технологическая часть

3.1 Разработка технологического процесса изготовления детали "Корпус оверлога"

3.1.1 Назначение и конструкция детали

Деталь "Корпус Оверлога" является основной базовой деталью в сборке и именно к ней происходит присоединение других подсборок и деталей.

Корпусные детали являются важными базовыми элементами изделия. Корпусные детали чаще всего изготавливаются чугунными или алюминиевыми отливками, реже стальными отливками и иногда сварными конструкциями. В них имеются основные поверхности, называемые базовыми, которыми определяются положения их в изделии. У большинства корпусов размеры этих поверхностей обуславливаются довольно жесткими допусками на параллельность, перпендикулярность и т. д. Кроме основных поверхностей корпуса имеют также и вспомогательные, к которым относятся поверхности под крышки, фланцы, опоры для валов и др.

Корпусные детали всегда имеют отверстия, которые делятся на точные (основные), поверхности, которые служат опорами валов, шпинделей и др., и вспомогательные - крепежные и смазочные.

Корпусная деталь изготавливается из алюминиевого сплава АЛ 12Д - Т 2 ГОСТ 1583-93.

Сплав на основе Al - Si - Mg отличается высокими литейными свойствами и герметичностью отливок. Их применяют для получения отливок всеми способами.

Данные о материале детали, т. е. химический состав и механические свойства см. таблицу 1.2 и таблицу 1.3, данные по режиму термообработки см. таблицу 1.4.

Таблица 1.2 - Химический состав алюминиевого сплава АЛ 12Д - Т 2 ГОСТ 1583-93

Основные компоненты, %	Примеси (не более), %
Si	Mg	Mn	Ti	Ni	Al	Fe	Cu	Zn
10-13	0,1	0,5	0,1	-	основа	1,5	0,6	0,3

Таблица 1.3 - Характеристики механических свойств алюминиевого сплава АЛ 12Д - Т 2 ГОСТ 1583-93

Способ литья	Вид термообработки	Временное сопротивление разрыву В, МПа	Относительное удлинение , %	Твердость НВ
Д	Т 2	147	2	50

Таблица 1.4 - Режим термообработки алюминиевого сплава АЛ 12Д - Т 2 ГОСТ 1583-93

Режимы термообработки	Старение
	Температура нагрева, С	Время выдержки, час.
Т 2	300 10	2-4

3.1.2 Анализ технологичности конструкции детали

Одним из факторов, существенно влияющих на характер технологических процессов, является технологичность конструкций изделия и соответствующих его деталей.

При конструировании отдельных деталей необходимо достичь удовлетворения не только эксплуатационных требований, но также и требований наиболее рационального и экономического изготовления изделия. В этом и состоит принцип технологичности конструкции.

Технологическая конструкция изделия должна предусматривать:

- создание деталей наиболее рациональной формы с легкодоступными для обработки поверхности и достаточной жесткости с целью уменьшения трудоемкости и себестоимости механической обработки деталей и всего механизма (необходимая жесткость деталей позволяет обрабатывать их на станках с наиболее производимыми режимами резания);

- наличие на деталях удобных базирующих поверхностей или возможность создания вспомогательных (технологических) баз в виде бобышек, поясков и т.д.;

- наиболее рациональный способ получения заготовок из деталей (отливок, штамповок, из проката) с размерами и формами, возможно более близкими к готовым деталям, т. к. обеспечивающими наиболее высокий коэффициент использования материалов и наименьшую трудоемкость механической обработки. Деталь корпус Оверлога - изготавливается из алюминиевого сплава АЛ 12Д - Т 2 ГОСТ 1583-93 литьем под давлением, поэтому конфигурация наружного контура и внутренних поверхностей не вызывает значительных трудностей при получении заготовки. Тем не менее, отливка довольно сложна по конфигурации, поэтому формовка должна производиться с применением стержней, формирующих как внутренние полости, так и внешние. Здесь толщина стенок 3-5 мм, что вполне удовлетворяет условию минимальной металлоемкости.

Корпус - довольно сложная деталь по конструкции. Сложность представляет обработка отдельных поверхностей, так как необходимо соблюдение большого числа линейных, а также угловых размеров. Так, часть отверстий расположены внутри детали, что требует проектирования специальной оснастки для инструмента. Также существует несколько сложных по конфигурации (криволинейных) поверхностей для обработки.

В остальном деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных операций.

Чертеж детали корпус Оверлога см. на первом листе ватмана.

3.2 Выбор типа производства

Тип производства выбираем исходя из объема выпуска и массы детали. Объем выпуска деталей составляет 10000 шт., а масса детали m_дет.=2,594 кг.

Для определения типа производства воспользуемся таблица 1.5. [3].

Таблица 1.5 - Зависимость типа производства от объема выпуска и массы детали

Масса детали, кг	Тип производства
	Единичное	Мелко-серийное	Средне-серийное	Крупно- серийное	Массовое
<1,0	<10	10-2000	1500-100000	75000-200000	>200000
1,0-2,5	<10	10-1000	1000-50000	50000-100000	>100000
2,5-5,0	<10	10-500	500-35000	35000-75000	>75000
5,0-10	<10	10-300	300-25000	25000-50000	>50000
>10	<10	10-200	200-10000	10000-25000	>25000

Исходя из исходных данных и в соответствии с таблицей 1.5, выбираем среднесерийное производство. В среднесерийном производстве, обычно именуемом серийным оборудование располагают в соответствии с последовательностью выполнения этапов обработки заготовок. За каждой единицей оборудования закрепляют несколько технологических операций, для выполнения которых производят переналадку оборудования. Применяют специализированные и универсальные средства технологического оснащения. Размер производственной партии - от нескольких десятков до нескольких сотен деталей.

Можно также выбрать тип производства расчетно-аналитическим методом. [Горбацевич]

Тип производства по ГОСТ 3.1108-74 характеризуется коэффициентом закрепления операций К_з.о., который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течение месяца, к числу рабочих мест. Так как К_з.о. отражает периодичность обслуживания рабочего всей необходимой информацией, а также снабжения рабочего места всеми необходимыми вещественными элементами производства, то К_з.о. оценивается применительно к явочному числу рабочих подразделения из расчета на одну смену:

(3.1)

где УП_о-суммарное число различных операций, количество раз;

Р_я - явочное число рабочих подразделения, выполняющих различные операции.

Согласно ГОСТ 14.004-74, принимаются следующие коэффициенты закрепления операций: для массового производства К_з.о.=1; Для серийного производства 1?К_з.о.?10.

Практическое значение К_з.о. для массового производства может быть 0,1...1,0.

Коэффициент закрепления операций в производстве определятся для определенного периода, обычно равного одному месяцу. Это обстоятельство, логично, соответствует условиям серийного производства, для которого характерны большая номенклатура изделий и сравнительно частая смена выпускаемой продукции, на что и указывает большое значение коэффициента закрепления операций.

Исходя из приведенной формулы для коэффициента закрепления операций необходимо установить соотношение между трудоемкостью выполнения операций и производительностью рабочих мест (оборудования), предназначенных для проведения данного технологического процесса при условии загрузки этого оборудования в соответствии с нормативными коэффициентами. При этом тип производства и его форма организации изначально известны и редкость, чтобы полученные значения коэффициента закрепления операций противоречили установленному типу производства.

В рабочем проектирования операций на станках с ЧПУ нужно стремиться к большей концентрации выполняемых в них технологических переходов, что, с одной стороны, ограничивается погрешностями обработки от перераспределения напряжений, а с другой - технологическими возможностями станков (числом координат, кинематикой перемещений, количеством устанавливаемого режущего инструмента).

Проектирование операций начинают с уточнения схемы установки. Установка должна обеспечить максимальный доступ инструмента к заготовке. Это способствует концентрации операций. На токарных станках помимо традиционных схем применяют установку на специальные передние центры (рисунок 1.9), что обеспечивает возможность обработки заготовки с двух сторон. На фрезерных, сверлильных, расточных и сверлильно-фрезерно-расточных станках, когда не удается выполнить это требование, применяют закрепление заготовки с перехватом. Кроме того, принятая схема закрепления должна обеспечить возможность деформации заготовки от перераспределения напряжений после выполнения черновых переходов. В противном случае выполнение предварительных и окончательных переходов в одной операции окажется невозможным из соображений обеспечения заданных параметров точности.

Далее уточняют содержание и назначают последовательность выполнения переходов. Содержание дополнительных по съему напуска переходов следует выбирать с учетом заложенных в устройство ЧПУ станка автоматических и типовых циклов обработки. Следует выбирать наиболее производительные схемы движения инструментов и по возможности без специальной заточки последнего.

Рисунок 1.9 - Передние центры специальной конструкции: а - центр, расположенный эксцентрично оси вращения (е - эксцентриситет); б -поводковый центр со сферической базой

Содержание основных переходов устанавливают в соответствии с технологическими возможностями станка. В частности, на фрезерных и сверлильно-фрезерно-расточных станках с круговой интерполяцией (обеспечение движения по дуге окружности) следует вместо черновых и получистовых переходов растачивания предусматривать однократное расфрезерование отверстий. Помимо существенного повышения производительности такое решение сокращает количество инструментов в наладке. Так как станки с ЧПУ обеспечивают более высокую точность по сравнению с другими, то это позволяет в ряде случаев исключить получистовую обработку. При обработке на токарных станках можно исключить шлифование поверхностей.

В зависимости от конструкции на станках с ЧПУ могут быть реализованы практически все структуры операций. Однако на токарных станках чаще применяется многоинструментальная одноместная последовательная обработка, а на фрезерных и сверлильно-фрезерно-расточных - многоинструментальная одноместная или многоместная последовательная обработка. Последовательность переходов необходимо выбирать с учетом следующих соображений. В тех случаях, когда последовательность выполнения переходов влияет на точность обработки, например, в результате перераспределения напряжений, первоначально должны быть выполнены все черновые переходы и окончательная обработка вспомогательных поверхностей (крепежных отверстий, обнижений и т.д.), далее - все чистовые переходы, прорезка канавок для выхода инструмента и в заключение - все отделочные переходы и обработка легко повреждаемых стружкой поверхностей. В остальных случаях последовательность выполнения переходов следует назначать из соображений минимальной трудоемкости подготовки или ввода управляющей программы и максимальной производительности выполнения операции.

...