Разработка роботизированного технологического процесса механической обработки детали

Разработка роботизированного технологического процесса механической обработки детали

Содержание

Задание

Введение

Уяснение задания

.1 Определение типа производства

.2 Оценка сложности детали

.3 Определение вида станков

.4 Приблизительная оценка оперативного времени обработки детали

.5 Определение максимально допустимого времени переналадки

.6 Определение альтернативных вариантов организационной структуры системы

.7 Формулировка задачи КП

Технологическая подготовка производства

.1 Выбор заготовки

.2 Анализ технологичности детали и предложения по изменению конструкции

.3 Маршрутный техпроцесс

.4 Операционный техпроцесс

.5 Метод и средство контроля

.6 Нормирование техпроцесса

.7 Карта техпроцесса

.8 Карта техпроцесса

Разработка альтернативных вариантов

.1 Разработка подвариантов структуры для ГПС и РТК

.2 Выбор типа и расчет количества вспомогательного оборудования

Анализ вариантов

.1 Укрупненный расчет капитальных вложений

.2 Анализ работы системы методами ТМО

.3 Анализ структурной надежности системы

.4 Таблица сравнительных характеристик вариантов

Выбор проектного варианта РТП

Детализация проектного варианта

.1 Уточнение типа транспортно накопительной системы

.2 Перечень работ по модернизации станков

.3 Технические решения

.4 Технические предложения по САК

.5 Структура, технические средства и функции АСУТП

.6 Организация работы системы

.7 Обеспечение требований техники безопасности

.8 Планировка ГПС

Уточненный расчет ТЭП

Список использованных источников

Задание

В данном курсовом проекте требуется разработать роботизированный технологический процесс механической обработки детали-представителя в соответствии с заданным вариантом.

Вариант №10: деталь-представитель - водило, сталь 45, HRC55 - 58.

Показатели назначения производства:

Особенность условий предприятия:

Нет гарантии долговременного спроса (не более 3 лет) на продукцию.

Введение

Необходимость максимального повышения производительности и качества труда человека при обеспечении его безопасности, комфортабельности и высокого интеллектуального уровня привела к созданию и применению комплексов автоматических машин автоматизированных и автоматических линий, в состав которых входят промышленные роботы.

Роботы позволяют избавить человека от монотонного, тяжелого и вредного (чаще всего малоквалифицированного) труда Этим большое значение промышленных роботов не исчерпывается: они позволяют автоматизировать не только вспомогательные работы (подъемно-транспортные, складские, погрузочно-разгрузочные), но и некоторые основные операции (сварки, клепки, сборки и окраски деталей, узлов и машин).

Важным следствием использования промышленных роботов является улучшение загрузки технологического оборудования всех видов и повышение качества выпускаемой на производстве продукции.

Создание и использование роботов является одним из важных направлений технического прогресса. В роботах воплощаются достижения механики, электроники, электротехники.

Гибкие производственные системы признаны наиболее значительным достижением в технологии и организации производства и являются реальным направлением перехода к автоматизированному производству, управляемому от ЭВМ.

     
Уяснение задания

1.1 Определение типа производства

Возможные типы производства определим с помощью ориентировочных характеристик систем механообработки тел вращения [1], которые приведены в таблице 2. Используем для этого такие показатели назначения производства, как номенклатура обрабатываемых изделий (H=100), средний размер партии запуска (Q=200), годовая программа выпуска (N=800000). Производство будет рассматриваться - среднесерийное.

.2   Оценка сложности детали

При оценке сложности обработки и сборки воспользуемся экспресс-методом [1].

Для рассматриваемого водила по исходным данным примем следующие баллы, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты экспресс-метода

Т.к. результирующая сумма равна 18 баллов, то данная деталь средней сложности.

Таблица 2 - Ориентировочные характеристики систем механообработки тел вращения

1.3
Определение вида станков (У, ЧПУ, ОЦ, А или АС)

Исходя из размера партии и средней сложности детали определяем токарный станок, который необходим для обработки детали. Области экономической эффективности различных токарных станков приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Области экономической эффективности различных токарных станков

Пояснение к рисунку 1:

- универсальные;

- с ЧПУ;

- ОЦ;

- одношпиндельные автоматы;

- многошпиндельные автоматы;

- специальные автоматы.

Выбираем токарный станок ОЦ.

1.4
Приблизительная оценка оперативного времени обработки детали

По таблице 3, исходя из средней сложности детали и типа детали (тела вращения) определяем оперативное время обработки детали [1]:

Таблица 3 - Среднее оперативное время (мин) каждой установки последовательно несколькими инструментами

.5   Определение максимально допустимого времени переналадки

Максимально допустимое время переналадки определим из условия [1]:

Подставляя значения, получим время переналадки:

.6  
Определение альтернативных вариантов организационной структуры системы

По таблице 2 и по время переналадки выбираем организационную структуру - ГПС и ЧПУ.

.7   Формулировка задачи КП

Задача КП - разработать производственную систему для механической обработки деталей типа тел вращения.

2    Технологическая подготовка производства

2.1 Выбор заготовки

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием себестоимости заготовки по калькуляции заготовительного цеха и себестоимости ее последующей обработки до достижения заданных требований качества по чертежу. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемых для заданного объема годового выпуска с учетом других условий производства.

Заготовку можно получить при помощи:

-    проката;

-       штамповки;

-       литья.

В данном курсовом проекте рассматривается деталь - водило.

Размеры: d = 0,04м, l = 0,05м.

2.1.1 Расчет стоимости заготовки из прутка

Себестоимость заготовок из проката определяется по формуле [1]:

где  - масса заготовки, кг;

 - масса детали, кг;

 - удельная стоимость материала, $/кг;

 - удельная стоимость отходов, $/кг.

Масса заготовки определяется по формуле:

где  - коэффициент использования материала (прокат - 0,3; штамповка - 0,7; литье - 0,9).

Расчёт массы детали:

m = ρV,  где ρ = 7800кг/м³  , V  - объём детали.

Объём детали: V = 4,999*10^-5 м³ => масса детали М_д = 0,39 кг.

М_з = Мд/0,3 = 0,39/0,3 = 1,3 кг;

S_з = М_з*С - (М_з - М_д)*С_отх =1,3*1 - (1,3 - 0,39)*0,2 = 1,118 $/шт;

2.1.2 Расчет стоимости заготовки, полученной литьем

Себестоимость заготовок, полученных литьем, определяется по  формуле [1]:

где  - масса заготовки, кг;

 - масса детали, кг;

 - удельная стоимость материала, $/кг;

 - удельная стоимость отходов, $/кг;

- коэффициент сменности.

Масса заготовки определяется по формуле 2.2:

М_з = Мд/0,9 = 0,39/0,9 = 0,433 кг;

В металлические кокиль и землю:

S_з = М_з*С_б*К_с - ( М_з - М_д)_*С_отх = 0,433*3*1 - (0,433 - 0,39)*0,4 =

= 1,2818 $/шт;

По выплавляемым формам и под давление:

S_з = М_з*С_б*К_с - ( М_з - М_д)*С_отх = 0,433*10*1 - (0,433 - 0,39)*0,4 =

= 4,3128 $/шт;

2.1.3 Расчет стоимости заготовки, полученной штамповкой

Себестоимость заготовок, полученных штамповкой, определяется по формуле [1]:

где  - масса заготовки, кг;

 - масса детали, кг;

 - удельная стоимость материала, $/кг;

 - удельная стоимость отходов, $/кг;

 - коэффициент сменности.

М_з = Мд/0,7= 0,39/0,7=0,557 кг;

S_з = М_з*С_б*К_с - ( М_з - М_д)*С_отх = 0,557*3*1- (0,557 - 0,39)*0,4 =

= 1,57 $/шт;

Обоснование выбора заготовки:

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

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

2.2 Анализ технологичности детали и предложения по изменению конструкции

Отработка конструкций на технологичность представляет собой комплекс мероприятий по обеспечению необходимого уровня технологичности конструкции по установленным показателям, направлена на повышение труда, снижение затрат сокращение времени на изготовление изделия при обеспечении необходимого его качества.

Технологичность - это легкость изготовления изделия.

Критерий - минимальная трудоемкость и себестоимость изделия.

Компоненты технологичности детали при механообработке резанием:

·    обрабатываемость материала детали;

·        технологичность конструкции;

Обрабатываемость - это легкость получения малой шероховатости и большого периода стойкости инструмента.

Факторы определяющие обрабатываемость :

·    вид и марка материала;

·        твердость (термообработка);

Технологичность конструкции - легкость достижения технологических требований на деталь.

Факторы, определяющие технологичность конструкции:

·    габариты и масса;

·        точность и шероховатость;

·        сложность формы (количество обрабатываемых сторон и осей, количество и профиль элементарных поверхностей);

·        повторяемость и унификация поверхностей, их соответствие стандартному инструменту;

·        конфигурация, размеры и расположения поверхностей (жесткость, доступность инструменту, удобство базирования, объем обработки, условия резания);

Общие требования по технологичности:

·    сокращение объема механообработки

·        устранение излишней точности

·        обработка плоских и цилиндрических деталей «на проход»

·        разделение поверхностей с различной точностью

·        предусматривать полости для выхода инструмента

·        избегать отверстий малого диаметра, глухих, длинных, наклонных, с прорывом

·        стандартизация и унификация конструктивных элементов

·        согласование формы поверхностей со стандартным инструментом

·        везде, где возможно, заменять шлифование лезвийной подготовкой, фрезерование и сверление - точением

Предлагаю обрабатывать заготовку с твёрдостью HRC 28 - 32 с последующей закалкой всей поверхности детали ТВЧ до требуемой HRC 55 - 58, т.к. заготовку с HRC 55 - 58 невозможно обработать на металлорежущих станках.

Уточнить и дополнить конструкцию детали необходимыми технологическими элементами: фаски, канавки для ориентации и выхода зубонарезного и шлифовального инструмента.

Точную обработку произведем только в местах сопряжения.

Квадратное отверстие нетехнологично, поэтому будем выполнять его с помощью круглых отверстий меньшего диаметра в углах квадратного отверстия.

.3   Маршрутный техпроцесс

Технологический процесс обработки детали предусматривает несколько стадий. Если рассматривать данный процесс в укрупненном плане, то необходимо выделить черновую обработку и окончательную (абразивными инструментами). Каждая из этих стадий разбивается на необходимое количество технологических операций.

В описании технологического процесса не указываются такие операции как смазка, упаковка, нанесение специальных покрытий и т.д.

Маршрутный техпроцесс будет включать следующие виды обработки: сверление, фрезерование, точение.

Для выполнения токарных операций выбираем многоцелевой ОЦ 1П420ПФ40.

Технические характеристики ОЦ 1П420ПФ40 приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Технические характеристики ОЦ 1П420ПФ40

.4   Операционный техпроцесс

Выбор режущих инструментов осуществляется в зависимости от метода обработки, формы и размеров обрабатываемой поверхности, ее точности и шероховатости, обрабатываемого материала, заданной производительности и периода стойкости (замены) инструмента.

По возможности используются стандартные инструменты.

Выбранные инструменты приведены в таблице 5.

Выбор приспособлений осуществлялся по возможности из числа стандартных или из типовых конструкций станочных приспособлений.

Критерием выбора является вид механической обработки, точность обработки поверхности, габаритные размеры и масса заготовки, тип станка, расположение поверхности по отношению к технологическим базам.

Выбранные приспособления приведены в таблице 5.

Разработаем схему обработки для варианта РТС1 (заготовка - литье, организационная структура системы - ГПС) и РТС2 (заготовка - штамповка, организационная структура системы - РТК).

.5   Метод и средство контроля

Выбор средств и измерения и контроля будем производить для наиболее ответственных параметров детали:

•Габаритные размеры:

Длина 50 мм

Диаметр 4 мм и 14 мм

•Метрическая резьба М12

В качестве измерительного устройства выбираем: Штангенциркуль ШЦ-П-200-0.05 ГОСТ 166-80

.6   Нормирование техпроцесса

Методы обработки:

После отливки заготовку подвергаем фрезерованию и точению.

Последовательность операций и переходов:

. Отливка заготовки.

. Закрепляем деталь в патрон и обрабатываем

Фрезерование торца:

Трх1 =0,005*l=0,005*16=0,08 мин;

Получение квадратного отверстия:

сверление 4 отверстий по углам

Трх2 =4*0,0005*d*l=4*0,0005*1,5*5=0,015 мин;

сверление центрального отверстия

Трх3 =0,0005*d*l=0,0005*5*5=0,0125 мин;

выборка оставшегося материала (3 прохода)

Трх4 =3*0,005*l=3*0,005*4*7=0,42 мин.

Обточка поверхности и снятие фаски:

до диаметра 14мм

Трх5 =0,00015*d*l=0,00015*14*20=0,0504 мин;

до диаметра 12мм

Трх6 =0,00015*d*l=0,00015*12*4=0,0072 мин.

Канавка:

Трх7 =0,00005*(D2-d2)= 0,00005*(122-11,52)=0,0006 мин.

Подрезка торцов:

Трх8 =0,00005*(D2-d2) =0,00015*(122-02) =0,0216 мин;

Трх9 =0,00005*(D2-d2) =0,00015*(142-122) =0,0078 мин;

Трх10 =0,00005*(D2-d2) =0,00015*(162-142) =0,009 мин;

Трх11 =0,00005*(D2-d2) =0,00015*(402-162) =0,2016 мин;

Нарезка резьбы:

Трх12 =0,002*d*l=0,002*12*4 =0,112 мин

Производим переустановку детали и обработку с другой стороны

Обточка поверхности:

Трх13 =0,00015*d*l=0,00015*4*8 =0,0048 мин;

Подрезка торцов:

Трх14 =0,00005*(D2-d2) =0,00015*(402-42) =0,2376 мин;

Трх15 =0,00005*(D2-d2) =0,00015*(42-02) =0,0008 мин;

Суммарный рабочий ход:

Трх =  =1,1809 мин;

Машинное время:

Тмаш = Трх + Тхх + Тперех = Кг*Км* Трх = 2*1* 1,1809 = 2,3618 мин,

где для мелкогабаритных деталей Кг = 2,

для стали Км =1;

Оперативное время:

Топ = Туп + Тус = + Тус = 2,3618 + 0,5 = 2,8618 мин,

где Тус 0,5 мин;

Штучное время:

Тшт = 1,15* Топ = 1,15* 2,8618 = 3,2911 мин;

Штучно-калькуляционное время:

Тшт-к = Тшт +  = Тшт +  = 3,2911 + = 4,7911 мин.

. Поверхностная ТО под шлифование.

2.7 Расчет требуемое количество станков каждого типа

Количество основного технологического оборудования, будет определяться по формуле [1]:

где  - штучно-калькулятивное время, мин;

N - годовая программа выпуска, шт;

F - фонд рабочего времени, ч.

Для ГПС фонд рабочего времени равен 3700 ч (таблица 2).

Для РТК фонд рабочего времени равен 1700 ч (таблица 2).

Для  ГПС:

шт.

Принимаем М1=5 шт.

Для  РТК:

шт.

Принимаем М1=10 шт.

2.8 Карта техпроцесса

Карта техпроцесса приведена в таблице 5.

Таблица 5

№ перехода

Тип, модель станка

Режущий инструмент

Приспособление

Трх

Тмаш

Топ

Тшт

Тпер

Тшт-к

1

Отливка заготовки

2

1

1П420ПФ40

Фреза торцовая ГОСТ 9473-80

Патрон трехкулачковый

0,08

            2,3618

            2,8618

            3,2911

            300

            4,7911

2

Сверло спиральное ГОСТ 10902-77 Ø3 4 отв

 0,015

3

Сверло спиральное ГОСТ 10902-77 Ø10

 0,0125

4

Фреза концевая ГОСТ 17025-71

0,42

5

Резец проходной ГОСТ 18869-73

0,0504

6

0,0072

7

Резец прорезной ГОСТ18869-73

0,0006

8

Резец подрезной ГОСТ 18880-73

0,0216

9

0,0078

10

0,009

11

0,2016

12

Резец резьбовой ГОСТ 18885-73

0,112

13

Резец проходной ГОСТ 18869-73

0,0048

14

Резец подрезной ГОСТ 18880-73

0,2376

15

0,0008

3

ТО

3    Разработка альтернативных вариантов

3.1 Разработка подвариантов структуры для ГПС и РТК

Рассмотрим в качестве альтернативы 2 варианта ГПС и один РТК.

РТК

ГПС1

ГПС2

Описание работы структур:

·    РТК. Транспортировку деталей осуществляет рабочий с тележкой. Рабочий устанавливает детали на поворотный стол, откуда робот забирает заготовки и возвращает обработанные изделия.

·        ГПС1. Транспортировку деталей осуществляет кран-штабелер. Передача деталей с/на транспортер осуществляется через поворотный стол. Преимуществом данной компоновки является то, что для переноса деталей на склад не требуется отдельный транспортер. Складирование деталей производит штабелер.

·        ГПС2. Робот осуществляет установку и снятие деталей со станков. Транспортировка раллет с заготовками к станкам и готовых деталей на склад осуществляется с помощью автоматизированной рельсовой тележки с роботом-перегружателем. Складирование деталей производит штабелер.

3.2 Выбор типа и расчет количества вспомогательного оборудования

Во всех компоновках использованы многоцелевые ОЦ 1П420ПФ40.

Таблица 6 - Вспомогательное оборудование

4    Анализ вариантов

4.1 Укрупненный расчет капитальных вложений

Количество рабочих рассчитывается по формуле:

Количество рабочих рассчитывается по формуле:

где Ксм - коэффициент сменности (РТК - 2, ГПС - 3);

Кмн - коэффициент много станочности (РТК - 2, ГПС - 2,5).

Для РТК: R = 10*2/2 = 10.

Для ГПС: R = 5*3/2,5 = 6.

Капитальные затраты рассчитывается по формуле:

Где Ц_рм - стоимость РМ: РТК - 100000 $, ГПС - 200000 $.

К (РТК) = 10*100 000 = 1000000 $;

К (ГПС) = 5*200 000= 1000000 $.

Зарплата рассчитывается по формуле:

где Ф_зп - годовой фонд заработной платы (3000 $)

З (РТК) = 10*3000 = 30000 $,

З (ГПС) = 5*3000 = 15000 $.

Себестоимость одной детали рассчитывается по формуле:

где Ц - цеховые затраты (Ц=300% от 3)

С (РТК) = 1,57+30000/200000+90000/200000 = 2,17 $.

С (ГПС) = 1,28+15000/200000+45000/200000 = 1,58 $.

Площадь рассчитывается по формуле:

где S_рм - площадь одного рабочего места (РТК- 50 м²; для ГПС - 80 м²)

S (PTK) = 10*50 = 500 м²; (ГПС) = 5*80 = 400 м².

4.2 Анализ работы системы методами ТМО

Производится анализ работы системы (РТК, ГПС) методами ТМО.)  Анализ производственной системы (ПС):

Охарактеризуем ПС, как СМО следующего класса: разомкнутая, многоканальная, однофазная, с ожиданием. Разомкнутая, т.к. изделия после обработки навсегда покидают ПС, а источник неиссякаем; многоканальная т.к. параллельно работают несколько рабочих позиций и изделие поступает на свободную; с ожиданием, т.к. в случае занятости всех РП изделия не покидают ПС, а скапливаются в накопителе.

Рисунок 2 - Схема разомкнутой многоканальной СМО с ожиданием

Элементы ТМО:

узел обслуживания - ПС в целом,

прибор - РП,

заявки - изделия,

число мест ожидания - емкость входного накопителя.

Система разомкнутая, многоканальная. Емкость накопителя - .

Расчетные формулы.

Вероятность простоя прибора:

, где ρ - загрузка.

ρ = , где  - интенсивность обслуживания,  - интенсивность поступления заявок.

 , λ = .

Вероятность отказа заявке из-за отсутствия свободных мест ожидания:

Ротк = 0.

Среднее число простаивающих приборов: Nпр = n - p.

Коэффициент загрузки прибора: Kз = q/n.

Коэффициент простоя прибора: Kпр = 1 - q/n.

Среднее число заявок в очереди:

Среднее число заявок в СМО: L = Lож +q.

Среднее время пребывания заявки в очереди:

Среднее время пребывания заявки в СМО:

Анализ производственной системы (ПС) приведен в таблице 7.

Таблица 7

)     Анализ транспортно-накопительной системы (ТНС):

Охарактеризуем ТНС как СМО следующего класса: замкнутая, одноканальная. с ожиданием. Замкнутая, т.к. РП, обслужившись. через некоторое время опять выставляют заявки. Одноканальная, т.к. транспортная единица (ТЕ) одна. С ожиданием, т.к. РП дожидаются обслуживания в любом случае.

Рисунок 3 - Схема замкнутой одноканальной СМО с ожиданием

Элементы ТМО:

прибор - ТЕ,

заявки - требования от РП на транспортное обслуживание, объекты, выставляющие заявки - РП.

Исходные данные:= 5 (РП), n =l (ТЕ);

Оперативное время обработки на РП - 3,8466=3,85 мин;

Емкость транспортной оснастки (ТО) - Qm = 10 штук;

Средняя длина пути S=30 м (для ГПС1) и 20 м (для ГПС2),

Скорость ТЕ - V = 60м/мин,

Время приемки или выдачи ТО складом - Тскл = 1 мин,

Время перегрузки - Тп = 0,5 мин

Расчетные формулы.

Интенсивность поступления заявок λ:

λ =  =

Т - время обработки содержимого ТО.

Интенсивность обслуживания μ:

где Tтр = S/V -время транспортирования, R = 2 - количество рейсов в одном обслуживании.

Загрузка ρ:

ρ =

Суммарная загрузка:

ρ = ρ*N

Вероятность простоя прибора ТЕ:

Вероятность наличия в системе k заявок (k=1…N), тот есть определенного количества РП, требующих обслуживания:

Среднее число заявок РП в очереди:

Среднее число заявок в СМО (в очереди и в обслуживании):

Коэффициент простоя каждой РП в очереди:

Коэффициент использования РП:

 =

Коэффициент простоя РП при обслуживании:

Коэффициент загрузки прибора ТЕ:

Среднее время пребывания заявки - требования от РП в очереди:

Среднее время удовлетворения заявки (в очереди и в обслуживании):

Анализ транспортно-накопительной системы (ТНС) приведен в таблице 8.

Таблица 8

.3   Анализ структурной надежности системы

Для анализа структурной надежности составляются расчетные схемы структурной надежности систем.

Надежность i-го элемента вычисляется по формуле:

Рi = Тно/( Тно+Трем)

где Тно - время наработки на отказ: ОТО (РТК - 120, ГПС - 100 [час]), ВО (РТК - 300, ГПС - 200 [час]);

Трем - время на ремонт оборудования: ОТО (РТК - 6, ГПС - 8 [час]), ВО (РТК - 1, ГПС - 1 [час]).

Производится анализ надежности ГПС:

Для ГПС-1 схема выглядит следующим образом (рисунок 4): С - склад, Н - накопитель, IIР - промышленный робот, ОТО - станок.

Р = 100/(100+8)=0,93 - для ОТО;

Р = 200/(200+1)=0,99 - для ВО.

Рисунок 4 - Схема структурной надежности ГПС-1

Определяется надежность звена Н-ПР-ОТО-ПР-Н: Р1,2,3,4,5 = ∏Рi = 0,89;

Надежность параллельного соединения Р1, Р2, Р3,Р4,P5: P5 = 1 - ∏(1 - Pi) = 0,9998

Надежность всей системы: Р = 0,99*0,9998*0,99 = 0,98

Для ГПС-2 схема выглядит следующим образом (рисунок 5): П - перегрузчик, Т - транспорт.

Рисунок 5 - Схема структурной надежности ГПС-2

Р = 100/(100+8)=0,93 - для ОТО;

Р = 200/(200+1)=0,99 - для ВО.

Определяется надежность звена Н-ПР-ОТО-ПР-Н: Р1,2,3,4,5 = ∏Рi = 0,89;

Надежность параллельного соединения Р1, Р2, Р3,Р4,P5: P5 = 1 - ∏(1 - Pi) = 0,9998

Надежность всей системы: Р = 0,993*0,9998*0,993=0,941

Производится анализ надежности РТК.

Для РТК схема выглядит следующим образом (рисунок 6).

Рисунок 6 - Схема структурной надежности РТК

Р=120/(120+6)=0,95 - для ОТО;

Р=300/(300+1)=0,997 - для ВО.

Надежность параллельного соединения Р1, …P10: P10 = 1 - ∏(1 - Pi) = 1

Надежность всей системы: Р=0,997* 1*0,997=0,994

.4   Таблица сравнительных характеристик вариантов

Таблица 9

5    Выбор проектного варианта РТП

Выбор проектного варианта производится методом аналитических системных оценок (экспертных оценок).

Суть метода заключается в следующем. Каждый из альтернативных вариантов (в данном случае РТК, ГПС-1, ГПС-2) получает экспертную оценку (Ef) соответствия каждому из принятых критериев. Путем попарного экспертного сравнения важности критериев определяют их весовые коэффициенты (Gi). Путем умножения весовых коэффициентов на коэффициенты соответствия получают частные оценки (Gj*Ej) вариантов по каждому критерию. Обобщенную оценку эффективности вариантов получают путем суммирования частных оценок по всем критериям (ЈGj*Ej). Из альтернативных выбирается вариант с большим значением обобщенной оценки.

Задаются критериями принятия решения и весовыми коэффициентами для каждого из них.

Таблица 10 - Экспертная оценка соответствия вариантов критериям

Оценки выставляются следующим образом: 0 - неудовлетворительно, 1 - плохо, 2 -удовлетворительно, 3 - хорошо, 4 - полностью, максимально соответствует. Определяются весовые коэффициенты критериев.

Определение весовых коэффициентов (важность) критериев приведено в таблице 11.

Таблица 11 - Определение весовых коэффициентов (важность) критериев

Правило оценки:

- первый критерий важнее второго, 0 - второй критерий важнее первого, 1 -критерии примерно одинаковы.

Определяется обобщенная оценка эффективности вариантов.

Обобщенная оценка соответствия вариантов критериям, с учетом важности приведена в таблице 12.

Таблица 12 - Обобщенная оценка соответствия вариантов критериям, с учетом важности

Исходя из полученных результатов предпочтительным является компоновка РТС по варианту ГПС-1, которая и принимается за проектный. При этом вариант ГПС-2 уступает проектному на 8,8%, а РТК - на 3,4%.

6    Детализация проектного варианта

6.1 Уточнение типа транспортно накопительной системы

Одной из отличительных особенностей ГПС является наличие в ее составе АТСС. В проекте используется совмещенная автоматизированная транспортно накопительная система. В качестве транспортного средства используется стеллажный кран-штабеллер РШ-50. Он выполняет транспортирование кассет с заготовками или готовыми деталями между ячейками склада и ЗУ основного технологического оборудования (станки).

.2   Перечень работ по модернизации станков

Для обеспечения достаточной степени безопасности и технологической чистоты рабочего места, необходимо обеспечить надежное ограждение рабочей зоны ОТО в автоматическом режиме, то есть необходимо обеспечить автоматическое перемещение кожуха, закрывающего доступ к рабочей зоне и обратную связь по факту закрытия рабочей зоны. ОТО в обязательном порядке должно быть оборудовано устройствами отвода стружки из рабочей зоны и отвода для очистки отработанной СОЖ. Все технологически необходимые движения на ОТО должны быть автоматизированы (зажим заготовки, смена инструмента, контроль и т.д.). Технологическое оборудование должно иметь систему блокировки и сигнализации для предотвращения аварийных ситуаций. Для автоматизации размерного контроля и слежения за состоянием режущего инструмента на станке должны присутствовать соответствующие датчики.

.3  
Технические решения

1)   Способ охлаждения и смазки зоны резания распыленной жидкостью.

Он был впервые предложен в 1944 году новосибирским инженером Г.И. Покровским. В своей статье автор, отметил, что этот способ "... несомненно, заслуживает большого внимания". Однако, в то трудное военное время методу не было уделено должного внимания и только лишь спустя десятилетие он был вновь изучен, разработан и взят в арсенал средств повышения эффективности резания металлов.

Сущность метода охлаждения и смазки распыленной жидкостью заключается в том, что СОЖ распыливается в специальном распыливающем устройстве сжатым воздухом и подается в зону резания в виде воздухо-жидкостной смеси. Для образования воздухо-жидкостной смеси используются специальные распылительные установки разных конструкций.

)     Эжекционное устройство для токарно-винторезных станков.

Устройство разработанно в лаборатории технической безопасности ВЦНИИОТ. Устройство состоит из полого резца 1, сочленного в процессе точения с патрубком 2, прикрепленным к левой стороне суппорта. Патрубок 2 посредством рукава 3 соединен с патрубком тележки 4. Эта тележка, установленная под корытом станка, должна выполнять функции сбора элементной стружки и очистки воздуха от пыли. Очистка воздуха от пыли осуществлялась посредством матерчатого фильтра 5, натянутого на жесткую раму, прикрепленную зажимами к стенкам тележки 4. В правую часть патрубка 2 встроено сопло 6 для подачи сжатого воздуха.

)     Механизм автоматической смены ЗУ.

Механизм автоматической смены ЗУ выполняется на основе нормализованного быстросменного крепления. Схема механизма представлена в приложении. ЗУ, предназначенные для автоматической смены, помещаются в магазинное устройство, которое может быть выполнено в виде неподвижной стойки или поворотного диска с соответствующими гнездами 1. Каждое ЗУ опирается на торцовую поверхность стойки фланцем 8 и центрируется цилиндрическим пояском 9 по гнезду, имеющему форму отверстия с вырезом для прохода верхней части корпуса захвата. Угловое положение ЗУ определяется штифтом 2.

Угловая фиксация ЗУ в руке робота 7 осуществляется фиксатором, который представляет собой подпружиненную скалку 4 с роликом 3. Он закрепляется во втулке 5, помещенной на руке робота 7. От поворота скалка удерживается винтом и связана также с рукояткой 6 для ручной расфиксации ЗУ. На рисунке показана установка ЗУ в гнездо 1 магазина перед раскрытием байонетного замка (схема соответствует взятию ЗУ из магазина). Поскольку штифт 2 магазина входит в тот же паз 10 фланца 8, что и ролик фиксатора 3, то в момент установки ЗУ в магазин, показанный на рисунке штифт 2, отжимает фиксатор 4, что обеспечивает поворот руки робота 7 с фиксатором на угол 90°, что необходимо для раскрытия байонетного замка. При повороте руки 7 на угол 90° ролик 3 отжатого фиксатора катится по поверхности фланца 8. После поворота на угол 90° рука 7 уходит вверх, оставляя ЗУ в гнезде магазина 1.

При взятии ЗУ из магазина рука, перемещаясь вертикально, надевается на его хвостовик. При этом фиксатор повернут на 90° относительно паза. Взаимодействуя с фланцем 8, фиксатор отжимается. При повороте руки на 90° байонетный замок замыкается, ролик 3 при этом катится по поверхности фланца 8. В конце поворота ролик 3 оказывается на торце штифта 2. Далее рука поднимается, увлекая за собой инструмент, причем паз 10 ЗУ сходит со штифта 2, а фиксатор входит в него сверху под действием пружины. Для смены ЗУ вручную расфиксация осуществляется рычагом 6.

.4  
Технические предложения по САК

Назначение САК

Система автоматического контроля является важнейшим звеном ГПС. Эта система решает следующие задачи:

·    получение и представление информации о свойствах, техническом состоянии и пространственном расположении контролируемых объектов, а также о состоянии технологической среды и производственных условий;

·        сравнение фактических значений параметров с заданными;

·        передача информации о рассогласованиях с моделями производственного процесса для принятия решений на различных уровнях управления ГПС;

САК должна обеспечивать:

·    возможность автоматической перестройки средств контроля в пределах заданной номенклатуры контролируемых объектов;

·        соответствие динамических характеристик САК динамическим свойствам контролируемых объектов;

·        полноту и достоверность контроля;

·        надежность средств контроля.

Виды контроля

Согласно ГОСТ 20911-85 под техническим контролем понимается «проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям».

Объектами технического контроля являются продукция, процессы ее создания, применения, транспортирования, хранения, технического обслуживания и ремонта, а также соответствующая техническая документация.

Применительно к ГАП существует два важнейших термина:

·    контроль технического состояния;

·        техническое диагностирование (поиск дефектов).

Технический контроль делится на:

·    производственный контроль;

·        эксплуатационный контроль;

В свою очередь контроль качества делится на:

·    продукция вспомогательного (подготовительного) производства;

·        контроль продукции основного производства;

·        входной;

·        операционный;

·        приемочный;

·        приемно-сдаточные испытания; периодические испытания;

Контроль технологических процессов в свою очередь делится на:

·    контроль основных технологических процессов;

·        контроль процессов изготовления технологической оснастки;

·        контроль технологической среды;

·        непрерывный;

·        периодический;

·        регистрационный;

Эксплуатационный контроль делится (возможен на СТД):

·    контроль соблюдения эксплуатационной и ремонтной документации;

·        контроль технического состояния и диагностирование;

·        контроль основного технологического оборудования;

·        контроль средств ТНС и СИО;

·        контроль средств АСУ;

·        параметрический;

·        функциональное тестирование.

При создании САК разработчику необходимо:

·    установить основные принципы, которые будут заложены в САК (централизация контроля, степень его автоматизации и совмещения с обработкой, использование статистических методов, полнота контроля и т.д.);

·        выявить и оптимизировать номенклатуру и характеристики измеряемых параметров продукции, режимов работы элементов ГПС, работоспособности оборудования, приспособлений, инструментов;

·        определить перечень информации и формы ее представления в КИС, а также из КИС в систему управления ГПС;

·        выбрать средства измерений, обеспечивающие требуемую точность и надежность функционирования ГПС;

·        определить характеристики надежности оборудования, приспособлений и инструмента, а также периодичность контроля и работоспособности;

·        установить функциональные связи САК в общей системе управления ГПС.

.5   Структура, технические средства и функции АСУТП

АСУ ГПС обычно имеет трехуровневую структуру: стратегический уровень (верхний), тактический уровень (средний), оперативный уровень (нижний).

На верхнем уровне СУ выполняет планирование работы всей ГПС. Здесь используется большая ЭВМ, которая может быть расположена и вне территории ГПС.

На втором уровне выполняется компенсация отклонений действующего производственного процесса от запланированного. В качестве управляющей ЭВМ можно использовать микроЭВМ "Электроника - 80", которая связана с ЭВМ верхнего уровня и позволяет осуществлять логические функции управления не аппаратными, а программными средствами.

На нижнем уровне выполняются директивы среднего уровня, управление ресурсами ТНС, взаимодействие с локальной сетью для передачи директив локальным устройствам управления (микропроцессоры, микроконтроллеры). Указанные локальные средства управления служат для управления приводами транспортных механизмов, точного позиционирования транспортных механизмов, точного позиционирования транспортных средств, выдачи диагностических сигналов и др.

Основные функции АСУ:

·    управляющие - функции, результатом которых является выработка и реализация управляющих воздействий на технический объект управления;

·        информационные - функции системы, содержанием которой является сбор, обработка и представление информации о состоянии ГПС оперативному персоналу или передача информации для последующей обработки;

·        вспомогательные - функции, обеспечивающие решение внутрисистемных задач.

.6   Организация работы системы

Робот-штабелер по сигналу системы управления движется к адресуемой ячейке. Во время перемещения робота сигналы от датчиков положения поступают в вычислительное устройство, которое сравнивает коды текущей и заданной позиции и при их совпадении выдает сигнал на остановку штабелера. Робот-штабелер захватывает тару и доставляет ее к ЗУ станка, который через центральную систему управления затребовал обслуживание. Произведя разгрузку подающего устройства, штабелер подает сигнал центральной системе управления, которая подает разрешающий сигнал на работу станка по управляющей программе: обработка - разгрузка ОТО. После обработки партии деталей робот-штабелер забирает тару с деталями на склад. При возникновении одновременных запросов на обслуживание, центральная система управления определяет текущий приоритет каждой единицы ТО и удовлетворяет заявку с наивысшим авторитетом. ГПС по периметру обнесена защитным ограждением, представляющим собой сетку, за исключением небольшого участка, предназначенную для прохода на территорию производственной системы обслуживающего персонала. Этот участок контролируется системой оптического слежения, которая при несанкционированном проникновении на территорию работающей ГПС, останавливает работу оборудования роботизированного комплекса. То же происходит при возникновении аварийных ситуаций.

.7   Обеспечение требований техники безопасности

Источником опасности являются элементы основного и вспомогательного технологического оборудования, а также ПР. В связи с конструктивными особенностями ПР (наличие большой зоны обслуживания, возможность одновременного движения по нескольким координатам, высокие скорости перемещения исполнительных устройств, взаимосвязь с работой технологического оборудования) при их работе возможно воздействие на обслуживающий персонал подвижных частей (исполнительных устройств), перемещаемых предметов производства, инструмента, материала.

К прочим машинам также применимо понятие опасной зоны. Но их опасная зона либо находится внутри машин, либо поддается постоянному контролю.

Комплексы, в которых исключается возможность появления оператора в пределах рабочей зоны ПР при его автоматической работе обычно имеют круговое ограждение, при раскрытии створок которого посылается командный сигнал на останов ПР.

Ограждение не должно затруднять визуальный контроль оператора за работой комплекса. Устранение поломок и необходимую профилактическую работу осуществляют при выключении автоматического режима.

Надежность ПР. Важным фактором, во многом определяющим безопасность и безаварийность работы автоматизированных комплексов, является надежность ПР. Анализ работы ПР на производстве дает следующие наиболее характерные случаи отказов:

Важным условней является снижение скорости перемещения ПР до 0,3 м/с во время обучения или наладки.

Целесообразно предусмотреть в УЧПУ ПР возможность передачи на пульт обучения информации о режимах работы, срабатывании блокировочных устройств ПР и оборудования комплекса, о текущем номере кадра программы и о выполнении двигательных и технологических команд.

Требования к организации РТК. Безопасность при эксплуатации РТК достигается за счет их рациональной планировки, безопасности и безаварийности работы входящего в его состав оборудования, а также с помощью специальных устройств. Главная цель этих мероприятий состоит прежде всего в исключении возможности одновременного нахождения человека и механизмов ПР в одном и том же месте рабочего пространства.

Планировка комплексов оборудование - робот, роботизированных участков и линий должна обеспечивать свободный, удобный и безопасный доступ обслуживающего персонала к ПР, основному и вспомогательному технологическому оборудованию, к органам управления и аварийного отключения всех видов оборудования и механизмов. Желательно, чтобы органы управления и аварийных блокировок были размещены на общем пульте управления и дублированы вдоль фронта оборудования по трассе возможных перемещений обслуживающего персонала.

Планировка РТК зависит от типа используемого основного технологического оборудования, его компоновки, формы, размеров и расположения рабочих зон, уровня автоматизации оборудования, надежности его работы и совершенства информационного обеспечения, от компоновки и структурно-кинематической схемы ПР Например, требованиям обеспечения свободного доступа к оборудованию и его осмотра в большей степени соответствуют портальные ПР. Оснащение ПР развитой системой информации о состоянии внешней среды и о правильности отработки программы также способствует улучшению условий безопасности обслуживающего персонала и безаварийности работы оборудования.

Поскольку проектируемая ГПС предназначена для работы в автоматическом режиме, нет необходимости в присутствии людей на территории производственно системы во время нормального (неаварийного) рабочего цикла. Для этого территория РТС огорожена по периметру системой оптических датчиков, предотвращающих работу ТО при проникновении на территорию работающей ГПС. Рабочие зоны станков снабжены автоматически закрывающимися защитными кожухами. Система оборудована различными устройствами блокировки. В рабочих зонах ПР и крана-штабелера имеются предостерегающие надписи. Обслуживающий ГПС персонал периодически проходит инструктаж по технике безопасности.

.8   Планировка ГПС

Планировка ГПС представлена в приложении.

7    Уточненный расчет ТЭП

Источники [1]

Базой для сравнения ТЭП проектируемой ГПС выбирается один из альтернативных вариантов системы (берем РТК). Рассчитываются недостающие ТЭП для обоих вариантов.

Коэффициент сменности: Ксм = 2 - РТК, Ксм = 3 - ГПС.

Производительность единицы оборудования - Pо = N/(F*M) [шт/час]:

Ро (РТК) = 200000/(1700*10) = 11,76;

Ро(ГПС) = 200000/(3700*5) = 10,81.

Производительность системы - П = N/Ф [шт/час]:

П (РТК) = 200000/1700 = 117,6;

П (ГПС) = 200000/3700 = 54,1.

Годовой выход продукции на 1 м2 площади - Br = N/S [шт/м2]:

Вr (РТК) = 200000/500 = 400;

Вr (ГПС) = 200000/400 = 500.

Годовые пр. затраты Зпр = К*0,15+(3 + C1*N)

Зпр (РТК) = 1000000*0,15 + (30000 + 2,17*200000) = 614000;

Зпр (ГПС) = 1000000*0,15 + (18000 + 1,58*200000) = 484000.

Производительность труда Пт = N/Р

Пт (РТК) = 200000/10 = 20000 шт/чел;

Пт (ГПС) = 200000/6 = 33333 шт/чел.

Годовой экономический эффект Зпр1 - Зпр2

Гэ = 614000 - 484000 = 130000

Срок окупаемости доп. кап. Вложений: Т = K1 - K2 /Гэ [лет]

Т = 0/130000 = 0 лет.

Характеристики вариантов приведены в таблице 13.

Таблица 13 - Характеристики РТК и ГПС

роботизированный деталь обработка

Список использованных источников

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

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

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

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

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

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

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

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

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