Разработка технологического процесса автоматизированной механической обработки детали втулка КЗК-12-0202630

Разработка технологического процесса автоматизированной механической обработки детали втулка КЗК-12-0202630

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

Гомельский государственный университет

Имени П.О.Сухого

КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу «Автоматизация производственных процессов в машиностроении»

на тему: «Разработка технологического процесса автоматизированной механической обработки детали втулка КЗК-12-0202630»

Выполнила студентка гр. ЗТМ-53

Ильенкова И.С.

Принял доц.,к.т.н.

Старовойтов Н.А.

Гомель 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Назначение и конструкция обрабатываемой детали

.2 Анализ детали с точки зрения её возможности обработки на автоматическом оборудовании

.3 Разработка технологического маршрута автоматического производства

.4 Сводная таблица норм времени

.5 Выбор оборудования, систем транспортирования, управления и инструментообеспечения

.6 Расчет синхронизации загрузки оборудования

.7 Разработка принципиальной схемы участка

.8 Составление циклограммы работы участка

. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Патентная проработка

.2 Описание выбранного средства

.3 Кондуктор

.4 Назначение и принцип работы кондуктора

.5 Расчет кондуктора на точность

.6 Расчет усилия зажима

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А - Комплект документов на технологический процесс механической обработки детали.

Приложение Б - Планировка автоматизированного участка цеха (спецификация).

Приложение В - Кондуктор (спецификация)

Приложение Г - Патентная проработка

ВВЕДЕНИЕ

деталь обработка оборудование

Основным направлением развития машиностроения является увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат. Это обеспечивается совершенствованием существующих и внедрением новых видов оборудования и технологических процессов, средств их механизации и автоматизации, а также улучшением организации и управления производством.

Работа над созданием и совершенствованием средств автоматизации должны развиваться в двух, направлениях: создание средств автоматизации выпускаемого и действующего в настоящее время оборудования с целью повышения его эффективности; создание новых автоматизированных технологических комплексов, где увязаны вопросы повышения производительности, надежности, точности выполнения работ, а так же уровня автоматизации операций с необходимой и экономически оправданной гибкостью для быстрой переналадки с целью адаптации к изменяющимся производственным условиям.

Решение вопросов автоматизации производственных процессов во многом зависит от уровня развития технологии и техники, орудия труда и средств производства. Внедрение средств механизации и автоматизации в первую очередь в крупносерийное и массовое производство объяснялось тем, что затраты на создание специального оборудования оправдались только при изготовлении больших партий изделий.

Этапы развития автоматизации в машиностроении.

Автоматизация рабочего цикла машины, автоматизация поточного производства;

Числовое программное управление;

Гибкие производственные системы (ГПС);

Гибкие автоматизированные производственные системы ( безлюдные производства);

Безотказные самовосстанавливающиеся производственные системы;

Самообновляющие производственные системы;

Главная цель работ по автоматизации многономенклатурного производства состоит в улучшении организации производства на базе развития и использования современных технических средств, включая средства вычислительной техники.

Одним из требований, диктующим необходимость дальнейшего развития и внедрения автоматизации, является резкое сокращение времени на переход к изготовлению новой продукции, повышению качества и связанных с этим материальных затрат.

В связи с этим очень остро стоит вопрос о подготовке специалистов методам и принципам построения автоматического производственного процесса.

Целью данной курсовой работы является закрепление теоретических знаний в процессе изучения дисциплин «Автоматизация производственных процессов в машиностроении» и практическое их применение по разработке автоматических процессов.

1.  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Назначение и конструкция обрабатываемой детали

Деталь втулка КЗК 12-0202630 применяется в пусковых двигателях, устанавливаемых на зерноуборочные машины КЗР-10, КЗС-10К, КЗК-1218, при этом выполняя роль фиксирующей втулки насоса подачи масла при заводке двигателя.

По конструкции деталь представляет собой тело вращения с гладкой наружной поверхностью и небольшим фланцем Ø80мм шириной 3h11 на правом торце. Основными поверхностями детали являются рабочие поверхности. Одной из таких поверхностей являются две поверхности: Ø70s7 и Ø62Н7, предназначенные для опоры при вращении вала и фиксации втулки. На внутренней поверхности втулки имеются канавки Ø66Н12 шириной 8мм и 2мм для установки уплотнительных колец. Фаски Ø68мм с углом 45° и Ø64мм с углом 30° на внутренней поверхности втулки предназначены для удобства установки детали на вал. На торцовой поверхности втулки имеются четыре канавки шириной 3,35мм, глубиной 1,5мм, радиусам 2,5мм, предназначенные для поворота втулки ключом при монтаже узла. Два отверстия Ø7мм и Ø1мм имеющиеся на наружной диаметральной поверхности предназначены для крепления втулки штифтами с другими конструктивными частями узла, а также для фиксации втулки относительно насаживаемой на нее детали в определенном положении.

Основным техническим требованием является: выдержать биение торца опоры относительно Ø70s7. Деталь втулка изготавливается из алюминиевого сплава Д16Т. Химический состав и механические свойства материала представлены в таблицах 1и 2 [12 ].

Таблица 1 - Химический состав сплава Д16Т (ГОСТ 4543-71) в процентах.

Таблица 2 - Механические свойства сплава Д16Т (ГОСТ 4543-71)

Данный сплав обладает хорошими литейными свойствами.

1.2 Анализ детали с точки зрения ее возможности обработки на автоматическом оборудовании

Деталь втулка является телом вращения и имеет простую геометрическую диаметральную форму, четкие технологические базы и может быть автоматизирована для передачи на оборудование и механической обработке на станках. Для зачистки заусенцев применяем электрохимический станок.

Анализ должен дать возможность оценить степень подготовленности конструкции изделия к автоматизированному производству. В основу способа положен принцип поэлементного анализа конструкции изделия с точки зрения возможности и технической целесообразности автоматического выполнения дискретных операций ориентации деталей в пространстве и во времени, подачи их в рабочие органы, базирования (установки) в рабочий позиции, съема, послеоперационного транспортирования. При этом предполагается, что выполнение основных операций обосновано и оправдано.

Параметрами оценки являются: конфигурация, физико-механические свойства детали, сечение поверхности, сцепляемость, абсолютные размеры и их соотношение, показатели симметрии, специфические свойства детали и т.д., т.е., основные свойства детали.

Все свойства детали взаимозависимы, находятся в единой связи и в совокупности определяют ее качественную характеристику. Для исследования детали или изделий в целом характерные свойства дифференцированы на семь ступеней. Каждая ступень качественно характеризует определенную совокупность свойств [1]:

не требует ориентации; деталь металлическая; ассиметрия центра тяжести;-1000000;

несцепляемая механически-000000;

стержневая - 10000;

круглая прямая - 2000;

одна ось вращения; одна плоскость симметрии -100;

центральное отверстие сквозное - 20;

четыре паза на наружной поверхности с одной стороны; отверстие на образующей.

По характеристике категорий сложности автоматизации втулка по сумме баллов набирает 1012124=12, что по таблице 1.2 соответствует детали достаточно простой формы по сложности автоматизации [2]. Операции ориентации, загрузки детали в рабочие органы, базирования, транспортировки, съема легко автоматизируется. Известны технические решения, которые применяем для автоматизированного участка.

1.3 Разработка технологического маршрута обработки автоматизированного производства

Технология автоматизированных участков в значительной мере отличается от технологии традиционных производственных систем, что в первую очередь связано с «безлюдным» режимом производства, быстрой переналаживаемостью и всякой производительностью при многономенклатурном характере производства одновременного запуска комплектов деталей. Создание производственных систем, удовлетворяющих всей совокупности перечисленных требований, стало возможным только после разработки и широкого промышленного внедрения новых технологических средств и отдельных подсистем, в том числе станков с ЧПУ и промышленных роботов, систем автоматического регулирования технологическими и производственными процессами; электронно-вычислительных машин и управляющих вычислительных комплексов, а также систем автоматизации технологической подготовки производства.

В автоматизированном производстве конструкция детали, технологический процесс ее разработки, конструкция детали, технологический процесс ее обработки, конструкция основных узлов станков и расчет рабочих позиций взаимосвязаны между собой и создаются с учетом этой взаимосвязи. При проектировании технологического процесса для автоматизированного участка должны учитываться специфические условия обработки [6]:

возможность автоматической установки заготовки в рабочей позиции;

синхронизация выполнения технологических переходов во времени;

соответствие времени цикла заданному такту выпуска;

возможность одновременной обработки взаимосвязанных поверхностей со стабильной точностью.

Технологический процесс производства детали - это процесс непрерывного повышения точности ее параметров, процесс постепенного снижения погрешностей черновой заготовки до точных размеров детали, соответствующих требованиям чертежа.

Технология ГПС в области машиностроения - это дальнейшее развитие общей технологии машиностроения и в первую очередь ее разделов относящихся к автоматизации управления технологическими процессами.

Перерабатываем базовый технологический процесс механической обработки детали втулка КЗК 12-0202630 к условиям автоматизированного производства участка цеха. Применяем станки с ЧПУ токарной, сверлильной и фрезерной группы, промышленные роботы и манипуляторы, транспортные системы, накопители, а также средства управления. Предварительно маршрутный техпроцесс выполняем в виде табличного графа (таблица 3), который позволит сравнительно легко оформить технологические операции из отдельных переходов, для этого вычерчиваем эскиз детали (рисунок 1).Разработанный маршрут заносим в технологические карты и помещаем в приложение А.

Рисунок 1-эскиз детали.

Таблица 3-Состав переходов при обработке поверхностей втулки КЗК 12-0202630.

Примечание: В таблице ставится «+» , если данный переход необходим и «-» если он не требуется при обработке.

Таблица 4-Технологический маршрут обработки.

Сводная таблица норм времени.

Для технического нормирования техпроцесса рассчитываем режимы резания по операциям.

Для токарных операций расчет режимов резания производится в следующей последовательности:

выбираем материал резца (для точения и растачивания-Р18,для тонкого точения-ВК3);

определяем длину рабочего хода по формуле:

Lp.x.=Lpeз+у+Lдоп,

где Lpeз-длина резания,мм; у-длина на врезание,подвод и перебег инструмента;Lдоп-дополнительная длина резания;

назначаем глубину резания t,мм;

принимаем подачу so, мм\об [16],т.11-16,стр.266-269 и сверяем с паспортом станка;

определяем скорость резания по формуле:

 ,

где  - значения коэффициента и показатели степеней в формуле при обработке резцами( [16] ,т.17,стр.269); Т - период стойкости инструмента,мин;  - поправочный коэффициент

 ,([16],т.4,5,6,стр263);

При растачивании скорость резания умножаем на 0,9 ([16] прим.т.17,стр.270).

определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

 ;

где - d - диаметр обрабатываемой заготовки;

Принимаем частоту вращения в соответствии с паспортом станка ,об\мин. Далее уточняем скорость резания принятому значению частоты вращения шпинделя станка по формуле:

Для проверки по мощности станка рассчитываем силу резания по формуле:

где  -значения коэффициента и показателей степени в формуле при точении([16],т.22,стр.273);  - поправочный коэффициент учитывающий фактические условия резания ([16],т.10,стр.265,т.23,стр.275);

определим эффективную мощность резания по формуле:

, кВт

Сверяем по паспорту станка Nрез≤ Nст.

Для сверлильных операций расчет режимов резания производится в следующей последовательности:

выбираем материал резца -Р18;

определяем длину рабочего хода по формуле:

Lp.x.=Lpeз+у+Lдоп,

где Lpeз-длина резания,мм; у-длина на врезание,подвод и перебег инструмента;Lдоп-дополнительная длина резания;

назначаем глубину сверления t=0.5D,

принимаем подачу so, мм\об [16] т.25стр.277, и сверяем с паспортом станка;

определяем скорость резания по формуле:

 ,

где  - значения коэффициента и показатели степеней в формуле при обработке сверлением( [16] ,т.28,стр.278); Т - период стойкости сверла, мин ([16]т.30, стр.279);  - поправочный коэффициент

 ,([16],т.4,5,6,стр263);

-определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

 ;

где - d - диаметр обрабатываемой заготовки;

Принимаем частоту вращения в соответствии с паспортом станка ,об\мин. Далее уточняем скорость резания принятому значению частоты вращения шпинделя станка по формуле:

Для проверки по мощности станка рассчитываем крутящий момент по формуле:

где -значения коэффициента и показателей степени в формуле при сверлении([16],т.32,стр.281);  - поправочный коэффициент учитывающий фактические условия резания ([16],т.9,стр.264);

определим эффективную мощность резания по формуле:

, кВт

Сверяем по паспорту станка Nрез≤ Nст.

Для фрезерных операций расчет режимов резания производится в следующей последовательности:

-выбираем материал резца -Р18, фреза фасонная с количествомвом зубьев z=14 и диаметром 90мм;

назначаем глубину фрезерования t,мм и ширину фрезерования В, мм;

принимаем подачу на зуб sz, мм [16],т.34,стр.283 и сверяем с паспортом станка;

определяем скорость резания по формуле:

 ,

где  - значения коэффициента и показатели степеней в формуле при обработке фрезами( [16] ,т.39,стр.286); Т - период стойкости инструмента,мин([16]т.40, стр.290);  - поправочный коэффициент

 ,([16],т.4,5,6,стр263);

-определяем частоту вращения фрезы по формуле:

 ;

где - D - диаметр фрезы;

Принимаем частоту вращения в соответствии с паспортом станка ,об\мин. Далее уточняем скорость резания принятому значению частоты вращения фрезы по формуле:

-рассчитываем минимальную подачу:

 , мм/мин

Для проверки по мощности станка рассчитываем силу резания по формуле:

где  -значения коэффициента и показателей степени в формуле при фрезеровании([16],т.4,стр.291);  - поправочный коэффициент учитывающий фактические условия резания ([16],т.10,стр.265,т.23,стр.275);

определим эффективную мощность резания по формуле:

, кВт

Сверяем по паспорту станка Nрез≤ Nст.

Полученные данные сводим в таблицу расчета режимов резания(таблица 5).

Таблица 5-Сводная таблица расчета режимов резания.

Технические нормы времени в условиях серийного производства устанавливаются расчетно-аналитическим методом. Для серийного производства определяется норма штучно-калькуляционного времени по формуле:

Тшк=Тп.з\n+Tшт=Tп.з\n+Tо+Tв+Tоб.от ,

где Тп.з-подготовительно-заключительное время, мин.;шт-штучное время, мин.;количество деталей в настроечной партии;о-основное время;в-Вспомогательное время;об.от-время на обслуживание рабочего места, перерыв и отдых.

Основное время Tо вычисляется на основании принятых режимов резания по формуле:

Tо=Lp.x.\(n*s)-для токарных и сверлильных операций,

Tо=Lp.x.\s-для фрезерной операции.

Нормативы вспомогательного времени, времени на обслуживание рабочего места и отдых и подготовительно-заключительного времени выбираем из приложения 5,6[8].

Результаты вычислений технических норм времени сводим в таблицу 6.

Таблица6- Сводная таблица расчетов технических норм времени в минутах.

1.5 Выбор оборудования и систем транспортирования, управления и инструментообеспечения

Основное технологическое оборудование определяет профиль автоматизированного участка. Применение станков с ЧПУ открывает возможности для внедрения новейших достижений науки и техники, позволяет достаточно легко формализовать процесс подготовки управляющей программы.

Таким требованиям обладает технологическое оборудование с микропроцессорными устройствами с ЧПУ класса CNS, обладающие широкими возможностями программирования. Для обработки втулки применяем следующее оборудование: 16К20Т1; 6Т80Ф4; 2Н118Ф2.

В качестве промышленного робота принимаем ПР модели СМ40Ц.43.01.

Техническая характеристика

Основное назначение   универсальный

Номинальная грузоподъемность    5 Число степеней подвижности    6

Число рук/захватов на руку   1/1

Тип привода       электромеханический

Устройство управлении         ЭВМ PDP - 11

Способ программирования обучение по первому циклу

перемещений

Погрешность позиционирования, мм ±1,0

Максимальный радиус зоны обслуживания, мм 1000

Линейное перемещение, мм 800

Время перемещения между любыми

наиболее отдаленными точками, с 2

Накопитель заготовок представляет собой линейный вибролоток с электромагнитным приводом.

Для увеличения емкости накопитель выполнен 2-х ручьевым.

Каждый ручей имеет собственный привод колебаний, обеспечивающий движение заготовок в противоположных направлениях.

Наладка на определенный размер заготовок осуществляется с помощью подвижных планок и закрепленных винтами проставок. Напряжение питания накопителя-110В, частота-50Гц.

Транспортирование заготовок между рабочими позициями можно выполнять несколькими способами, прежде всего транспортированием заготовок, закрепленных на приспособлениях спутниках.

Деталь втулка является мелкой деталью с массой 0,05кг, поэтому принимаем транспортировку в таре.

Подключение станка к транспортным системам предусматривает оснащение станка устройствами автоматизированной: подачи заготовок и удаление готовых деталей; подачи требуемого инструмента и удаления ненужного, изношенного или поломанного; подачи смазочно-охлаждающей жидкости удаления стружки, ввода необходимой программы в зависимости от номера обрабатываемой детали.

Транспортно-накопительные системы деталей в автоматизированных комплексах оборудования предназначены выполнять следующие функции:

транспортировать обрабатываемые детали (заготовки) в таре или закрепленные на спутниках на приемные позиции комплекса для оперативного пополнения заготовок в накопителях небольшой вместимости, установленных около каждого станка;

хранить в накопителях большой вместимости межоперационные заделы деталей в таре и по командам от ЭВМ транспортировать их на приемные позиции для продолжения обработки;

транспортировать детали, обработанные на станках комплекса на позиции и передавать освободившиеся спутники на позиции загрузки или в накопители;

транспортировать готовые детали на позиции контроля и возвращать их после межоперационного контроля на приемные позиции для дальнейшей обработки.

Транспортно-накопительные системы деталей выполняются в трех вариантах: в виде стеллажа накопителя со штабелером, конвейера- накопителя; в комбинированном варианте, в состав которого входят конвейер-накопитель и автоматизированный стеллаж-накопитель с напольным или подвесным штабелером, самоходными транспортными напольными рельсовыми тележками, которые осуществляют транспортную связь между стеллажом-накопителем и конвейером-накопителем рабочими местами загрузки и разгрузки и приемно-передающими устройствами станков.

Для транспортировки детали применяем автоматически адресуемую тележку с электронным управлением, перемещающуюся непосредственно по полу, оснащенную устройствами для приема и передачи спутников с деталями и поддонов. Тележка КПИ предназначена для транспортирования изделий с общей массой до 20кг. Скорость транспортирования до 2м/с при точности позиционирования при стыковке Змм. Габаритные размеры тележки: длина - 0,8м; ширина - 1,5м; высота - 0,6м; масса - 200кг.

Тележка выполнена на базе стандартных узлов с трехколесным шасси. Электромеханический привод главного движения представляет собой электродвигатель постоянного тока с планетарным редуктором. В приводе поворота использован волновой мотор - редуктор с электродвигателем постоянного тока при напряжении питания 24В.

Грузовая платформа представляет собой поворотный стол с двумя фиксированными положениями. Загрузочное устройство - это пневматический манипулятор с двумя степенями подвижности. На грузовой тележке может быть установлено две кассеты с обрабатываемыми деталями.

Система управления имеет три иерархических уровня: общесистемный или стратегический; тактический и исполнительный. Применяется система слежения за маршрутом оптоэлектронного типа.

Безопасность перемещения обеспечивается тактильной системой блокировки.

Задачей автоматизированной системы управления является наблюдение и прогноз хода технологического процесса по полученной информации о процессе, составление и реализация такого плана управляющих воздействий, чтобы в определенный будущий момент времени состояние процесса отвечало некоторому экстремальному значению обобщенного критерия качества процесса и изделия [1].

Внедрение автоматизированных систем управления технологическим процессом предполагает его подготовленность по всем параметрам автоматизированного производства. Процесс должен быть управляемым.

Процесс управления подразделяют на три фазы, взаимодействие которых основано на принципе обратной связи: изучение управляемого объекта, заключающееся в сборе информации; выработка в стратегии управления, заключающаяся в нахождении наилучших решений; реализации принятой стратегии. Контроль за выполнением принятых решений совпадает с наблюдением объекта, так как осуществляется путем сбора информации о состоянии управляемого объекта.

В зависимости от установленной степени автоматизации функция обратной связи полностью или частично, следовательно, и управление процессом или его частью может быть передано человеку оператору.

Управляющей является такая система управления, в которой автоматизирована обратная связь, т.е. корректирующее воздействие на технологический процесс (или оборудование) при выходе параметров за установленные пределы осуществляется автоматически (без непосредственного участия человека). Управляющие системы позволяют управлять процессом и оборудованием по заданной программе и могут обеспечивать оптимизацию процесса по установленным критериям качества и номенклатуры изделий.

Автоматизация процессов и оборудования с использованием автоматизированных систем управления с программным протеканием процесса имеет следующие достоинства: практически исключает ошибочность действий человека-оператора или корректирующих устройств; информация, заложенная в программе, может значительно превосходить объем знаний отдельного человека, так как в программу закладывается информация, соответствующая знаниям специалиста нескольких смежных областей науки и техники; все последние достижения в области технологии могут быть быстро отражены в программе. Эти достоинства проявляются и при использовании в системах управления процессом управляющих ЭВМ с универсальной структурой.

При управлении автоматизированным участком решаются следующие задачи:

производится анализ состояния оборудования и транспортно- накопительных систем к данному моменту времени;

определяется приоритетность обслуживания и выбор средств транспортирования заготовок или инструментальных наладок;

осуществляется поиск в накопителях данного номера объекта транспортирования;

организуются заявки на доставку к месту нахождения необходимого объекта для транспортирующих устройств;

подготавливается управляющая информация для систем управления;

ведется контроль за работой и диагностикой технического состояния оборудования;

обеспечивается синхронизация и блокировка всех звеньев комплекса, складского оборудования и транспортных систем.

система автоматического управления предназначена обеспечить бесперебойное функционирование оборудования участка и его эксплуатационную надежность.

Для обработки детали применяем АСУ устройства управления PDP - 11 [18]. Устройство предназначено для управления ПР различного типа с позиционированием по упорам и сопутствующим технологическим оборудованием. Устройство включает блок управления, запоминающее устройство, блок выходных усилителей, блок питания, блок оператора и переносной пульт ручного управления. Блок управления, выполненный в виде микропрограммного автомата, синхронизирует работу узлов устройства, осуществляет обработку информации по заданной программе и формирует управляющие сигналы на ПР и технологическое оборудование. Блок выходных усилителей выполнен на оптронных тиристорах. На пульте оператора с помощью клавиатуры осуществляется набор и запись в запоминающее устройство управляющей программы, задание режимов работы устройства, индикация номера и содержания отрабатываемого кадра программы, управление движения звеньев ПР в режиме ручного управления.

Конструктивно устройство выполнено в виде металлического шкафа, сверху которого наклонно расположен пульт управления.

Техническая характеристика

Тип устройства управления Цикловый

Число одновременно управляемых координат 6

Число точек позиционирования по координатам ≤8

Способ программирования обучение

Емкость памяти, число кадров 224

Число управляющих команд

На ПР 32

На технологическое оборудование 12 Число входных сигналов 20

Число подпрограмм 4

Диапазон задаваемых выдержек времени, с 0,2..18

Время хранения программы при отключении питания, ч ≥2000

Потребляемая мощность, кВт ≤0,7

Габаритные размеры, мм      575x480x1250

Масса, кг   113

Под системой инструментального обеспечения автоматизированного участка понимается комплекс режущего и вспомогательного инструмента, систем идентификации, средств настройки инструмента на размер вне станка и на станке, систем контроля затупления или поломки инструмента, средств его подналадки.

Основной функцией инструментального оснащения автоматизированного участка является обеспечение эффективности процесса обработки.

Автоматизированная или автоматическая смена режущего инструмента является необходимым условием функционирования автоматизированного оборудования.

1.6 Расчет синхронизации загрузки оборудования

Проверяем условие синхронизации [14]

Ci = Тшкi/ni;        | (Ci - Ci+1 /Сi )| 100% < 10%,

где Тштi - штучно - калькуляционное время i - ой операции; ni ( - число единиц оборудования на i-ой операции.

С010 = 4,233/4= 1,058 мин; С020 = 1,373/2=0,69мин;

(| 1,058-0,69 |/1,058)100% =34,8%; > 10%;

С030= 0,47/1=0,47мин; С040= 0,43/1=0,43мин;

(| 0,69- 0,47/0.69)100% =31,9% > 10%;

(| 0,47-0,43/0,47)100% = 8,5%<10%;

С050 = 0,545/1=0,545мин; С060 = 0,545/1=0,545мин;

(|0,43-0,545|/0,43)100%= 26,7%>10%;

(|0,545-0,545 | /0,545)100%=0%<10%;

Условие синхронизации выполняется между операциями 030 и 040, а также между операциями 050 и 060.На операциях 020, 030, 040, 050, 060 будут обрабатываться и другие детали.

1.7 Разработка принципиальной схемы участка

Принципиальную схему участка разрабатываем с учетом рекомендаций

[5,15].

В состав технологической линии входит основное технологическое оборудование, промышленные роботы и другое технологическое вспомогательное оборудование. В качестве транспортных средств применяется автоматическая тележка. Для удаления стружки используется шнековый конвейер. Складирование партии деталей в таре производит робот-штабелер. Управление линией осуществляет оператор.

Схема автоматизированного участка по обработке втулки располагается в механосборочном цеху.

На основании анализа общности структур технологических процессов выделяются группы повторяющихся смежных операций, для которых формируются гибкие технологические модули.

Компоновочная структура автоматизированного участка включает его планировку, состав и структуру автоматизированной транспортно-складской системы. При этом планировка технологической структуры определяет характер и объем грузопотоков, конструктивные требования к транспортным потокам. Проектируем следующую планировку автоматизированного участка, с применением односекционной транспортной системы с замкнутым потоком, так как для обработки втулки востребуется три вида оборудования.

Из стеллажного склада краном-штабелёром заготовки в виде труб подаются на перегрузочный стол, откуда они закладываются в шпиндели станка, а затем поштучно подаются на локальные накопители станков в последовательности, определяемой технологическим процессом обработки деталей на автоматизированном участке. После обработки изделия транспортируются той же тележкой по замкнутой трассе на перегрузочный стол для контроля, передачи на другие операции или в ячейки стеллажного склада.

Отходы (стружка), собираемые в таре накопителей, автоматической тележкой передаются на перегрузочный стол, предназначенный для сбора отходов (стружки). При компоновке оборудования с замкнутой трассой транспортирования для перемещения тары с заготовками, обработанными деталями, отходами и т.д., могут быть применены и подвесные конвейеры. При замкнутой трассе транспортирования технологическое оборудование может обслуживаться последовательно или выборочно по командам от системы управления.

Инструментальные нападки комплектуются в кассеты на позиции подготовки инструмента, а затем кассеты устанавливаются на приспособления -спутники и в нужный момент подаются к оборудованию.

Приспособления для базирования и закрепления заготовок представляют собой сменные наладки, установленные на спутниках. При переходе на обработку других деталей приспособления-спутники переналаживаются на позиции подготовки приспособлений.

Автоматизированный участок размещаем на площади механосборочного цеха с выделением его в отдельный участок. В качестве основного критерия расположения технологического оборудования принимается принцип потока для большинства деталей участка и установление минимально допустимых расстояний между станками, рядами станков, от станков до стен и колонн здания, нормы на ширину проходов и проездов.

На планировке участка цеха наносим оборудование по механической обработке, системы транспортировки и системы накопления заготовок; промышленные роботы для зажима, фиксации, базирования и закрепления заготовок при сквозной обработке детали.

Вспомогательное оборудование в виде моечной машины, слесарных и контрольных столов, а также пульта управления размещаем по технологической цепочке. Всё оборудование и рабочие места изображаются в соответствии с рекомендациями [15] в масштабе 1 : 100 в механосборочном цехе на стандартном участке.

1.8 Составление циклограммы работы автоматизированного участка

Норма времени на линии должна устанавливаться с учетом возможности совмещения элементов основного и вспомогательного времени. Последовательность и совмещение работы элементов отражает циклограмма работы участка, которая представлена в таблице 4.

Для составления циклограммы работы участка задаемся следующими показателями: поворот на 90° - 1,05с; взять деталь - 2с; поворот на 180° - Зс; положить деталь - 2с; переустановить деталь - 2,5с; установить деталь - 2,5с; перемещение на транспортере - 2,5с. Суммарное значение штучного времени с учетом количества единиц оборудования

Тшт∑= 4,073+1,213+0,392+0,329+0,375+0,375 = 6,757мин.

Циклограмму строим в масштабе 1:1 и заносим в таблицу7.

Таблица7-Циклограмма работы автоматизированного участка по обработке детали втулка.

2. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Патентная проработка

Предназначено для соединения сменных схватов с рукой манипулятора Стыковочное устройство содержит фланец 1, закрепленный на руке 2 манипулятора, (см. приложение Г) поворотный стыковочный блок 3, установленный на оси 4. Во фланце 1 находится фиксатор 5, подпружиненный относительно корпуса 1 пружиной 6, и имеются выступы α с наклонными пазами 8. На стыковочном блоке 3 выполнены соответственно фиксатору два отверстия β и η. Стыковочное устройство имеет штуцера 7 для подвода к захвату энергоносителей, например, сжатого воздуха, пальцы 8, а на торцовой поверхности стыковочного блока 3 установлен упругий компенсирующий элемент 9. Каждая магистраль с энергоносителем имеет уплотнение 10, электроразъем 11 служит для подвода электроэнергии к схвату. Схват 12, имеющий выступы, например, штифты 13, установлен в кассеты 14 на пальцах 15. Кассета 14 снабжена двуплечими рычагами 16 и 17, установленными на осях 18 и 19, причем рычаги 16 и 17, подпружиненные пружинами 20 и 21, могут занимать два фиксированных положения, ограниченных штифтами 22 и 23, 24 и 25 соответственно. На кассете 14 установлены соответственно отверстиям β и η стыковочного устройства упоры 26 и 27. В исходном положении фиксатор 5 находится в отверстии η и предохраняет стыковочный блок 3 от проворота относительно фланца 1.

Стыковочное устройство работает следующим образом.

Рука 2 манипулятора опускает стыковочное устройство на схват 12, пальцы 8 базируют стыковочное устройство относительно схвата 12, а фиксатор 5 упирается в упор 27, фланец 1, двигаясь относительно неподвижного фиксатора 5, сжимает пружину 6. В конечном положении вертикального перемещения фланца 1 стыковочный блок 3 сцентрирован относительно схвата 12, фиксатор 5 выведен из отверстия η. Наклонные пазы 5 на выступах фланца 1 установлены напротив штифтов 13, а электроразъем 11 соединен с разъемом схвата 12. Рука 2 поворачивает на заданный угол фланец 1 с осью 4 относительно зафиксированного на схвате 12 стыковочного блока 3, при этом наклонные пазы β взаимодействуют с штифтами 13 и прижимают схват 12 к стыковочному блоку 3. Упругий элемент 9 деформируется, компенсирует погрешности и обеспечивает возможность поворота фланца 1 на заданный угол. Уплотнение 10, прижимаясь к схвату 12, герметизирует стык. В конце поворота фиксатор 5 упираетя в упор 26, причем во время поворота выступы α фланца 1 поворачивают рычаги 16 и 17 вокруг осей 18 и 19 (фигура 4), пружины 20 и 21 прижимают рычаги 16 и 17 к штифтам 22 и 24. Рука 2 поднимает стыковочное устройство вместе с зажатым схватом 12. Под действием

пружины 6 фиксатор 5 входит в отверстие β и предохраняет стыковочный блок 3 от поворота относительно фланца 1

Промышленный робот

Применяется в машиностроении, а именно для автоматизации технологических процессов.

Промышленный робот (см. приложение Г) содержит механическую руку 1, механизм 2 ее подъема, механизм 3 поворота, основание 4, сдвоенный приводной цилиндр 5 с поршнями 6 и 7 и полостями 8 и 9, тормозной гидроцилиндр 10 с поршнем 11 и полостями 12 и 13, регулируемый дроссель 14, обратные клапаны 15 и 16, золотник 17 с плунжером 18, каналы 19. ..22 с большими, чем у дросселя проходными сечениями, управляющий пневмоцилиндр с поршнями 23 и 24 и полостями 25 26 и трубопроводы 27...29. Цилиндры 5 и 10 связаны с основанием 4 шарнирно.

Робот работает следующим образом.

Подачей сжатого воздуха в трубопровод 29 обеспечивается исходное положение поршней 6 и 7 цилиндра 5, а также поршней 23 и 24 управляющего цилиндра, которые располагаются у перегородки, разделяющей этот цилиндр на две части размеры которых в осевом направлении соответствуют размерам в осевом направлении полостей 8 и 9 цилиндра 5.

При подаче сжатого воздуха в трубопровод 27 и далее в полость 25 управляющего цилиндра влево до упора в торец цилиндра поршень 23 с плунжером 18, который устанавливается проточкой напротив канала 21. Одновременно с этим, сжатый воздух поступает в полость 8 цилиндра 5, поршень 6 которого преодолевает усилие противодавления за счет разности рабочих площадей поршней со стороны штоковой и бесштоковой полостей, перемещает поршень 7 со штоком вправо, осуществляя вращение поворотного элемента, на котором установлена рука робота, по часовой стрелке и смещает поршень 11 влево. Масло из полости 13 перетекает через канал 21 и кольцевую проточку плунжера 18 в полость 12. При перекрытии поршень 11 канала 21 масло из полости 13 начинает перетекать в полость 12 через регулируемый дроссель 14, при этом начинается торможение поворота руки 1.

Меняя величину проходного сечения дросселя, можно регулировать скорость торможения.

2.2 Описание выбранного средства

В настоящее время ручные зажимы в станочных приспособлениях заменяются на механизированные, облегчающие условия труда и повышающими его производительность за счет сокращения времени на закрепление и снятие детали.

На заводах и промышленных предприятиях имеются компрессорные установки, наиболее распространенные по приводам станочных приспособлений.

Замена в станочных приспособлениях ручных зажимов пневматическими дает ряд преимуществ:

резкое сокращение времени (в 5...8 раз) на зажим и разжим обрабатываемой детали;

постоянство силы зажима детали в приспособлении;

простота управления зажимными устройствами приспособления;

возможность регулирования силами зажима;

бесперебойность работы пневмодвигателя при изменениях температуры воздуха в цехе.

В качестве силовых приводов в приспособлениях применяются пневматические цилиндры с поршнем и пневматические камеры с диафрагмой.

Для зажима втулки применим пневматический цилиндр с поршнем. По способу компоновки с приспособлением применим прикрепляемый силовой пневмодвигатель при помощи шпилек. Такой пневмодвигатель может отделяться от данного приспособления и использоваться в другом приспособлении. В этих приводах давление сжатого воздуха преобразуется в силу, действующую вдоль оси штока, связывающего привод с зажимным механизмом приспособления для обрабатываемой детали.

Схема двусторонне действующего пневмодвигателя, в котором и рабочий и холостой ходы штока с поршнем осуществляются под действием сжатого воздуха, показана на рисунке 2.

Воздух поочередно поступает в полость А цилиндра для закрепления (обрабатываемой детали и в полость Б для ее освобождения. Золотник распределительного крана В служит для последовательной подачи сжатого воздуха в полость А или Б.

Рисунок 2-Схема действия двустороннего пневмораспределителя двухходового.

2.3 Кондуктор

Назначение и принцип работы кондуктора

Кондуктор предназначен для сверления отверстия Ø7Н14 в детали втулка. При использовании данного приспособления производится базирование, закрепление и обработка детали.

Основной сборочной единицей кондуктора является сварной корпус 1. Базирование детали осуществляется по отверстию Ø62Н7 на цилиндрическом пальце 4, который крепится к корпусу 1 при помощи трех винтов 15. Зажим детали осуществляется при помощи шайбы 6, которая устанавливается на шток 5. На корпусе 1 закрепляется кондукторная плита 7 при помощи двух винтов 17 и центрируется штифтами 27. Винтом 19 в кондукторной плите 7 закрепляются две кондукторные втулки 20 и 21, которые служат направляющей сверла и предотвращает его увод по диаметральной поверхности Ø70s7. Диаметр отверстия в кондукторной втулке Ø7,1F7. При помощи приспособления за счет схемы базирования выдерживается размер 17,5js13.

Силовое замыкание детали осуществляется следующим образом. Втулка одевается на палец 4 внутренним Ø62Н7 с упором диаметром Ø80мм. в торец. На срезы штока 5 одевается шайба 6. Включается пневмораспределитель 32 и через проходник 28 воздух подается в левую полость пневмоцилиндра 27. Шток 5, соединенный при помощи гайки 22, подается вправо и тянет за собой шайбу 6, которая прижимает втулку к торцу пальца 4.

Отжим детали происходит в обратном направлении. При переключении пневмораспределителя 32 воздух через трубу 33 подается в правую полость пневмоцилиндра 27. Шток 5 подается влево и шайба 6 отходит от торца

детали. Снимается шайба 6 и обработанная втулка. На палец одевается очередная заготовка и цикл обработки повторяется.

Обработка детали осуществляется на сверлильном станке с ЧПУ модели 2М118Ф2. Приспособление базируется на столе станка при помощи двух штифтов 30.

.4 Расчет кондуктора на точность

Погрешность изготовления приспособления рассчитывается по формуле [5]

εnp ≤δ -Кт √ (Кт1  εб )2+ε32 +εу2+εи+εп+ (Кт2  ω)2,

где δ- допуск, выполняемого при обработке размера заготовки, δ=0,18мм;

Кт - коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения, Кт=1,0...1,3, принимаем Кт=1,0;- коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках ;

КТ1=0,8...0,85, принимаем Кт1=0,8;

КТ2 - коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, КТ2=0,6...0,8, принимаем КТ2=0,7;

εб - погрешность базирования, εб =0,025 мм при базировании по пальцу Ø61 f7;

ε3 - погрешность закрепления заготовки, возникающая в результате действия сил зажима, ε3=0,07 мм при зажиме на оправке;

εу2- погрешность установки приспособления на станке, εу2=0,027 мм при установке на шпонку 15Н8;

εи - погрешность от изнашивания установочных элементов приспособления, εи =0мм;

εп - погрешность от смещения режущего инструмента εп =0,015мм по кондукторной втулке Ø7,1F7;

ω - средняя экономическая точность обработки, ω =0,1 мм. Подставив полученные значения в исходную формулу, получим

εnp < 0,18-1,0 √(0,80,025)2 + 0,072 + 0,0272 + 0,0152 + 02 + (0,7  0,1)2 = 0,18- 0,1 = 0,08мм.

Погрешность проектирования приспособления не должна превышать 0,08мм.

Расчет усилия зажима

Необходимая сила зажима определяется исходя из схемы базирования с учетом коэффициента запаса. Заготовка с диаметром базы d установлена с гарантированным зазором на цилиндрической оправке и закреплена по торцам, на которые оказывает давление сила зажима, показанная на рисунке 3. Заготовка нагружена крутящим моментом.

Усилие зажима из условия действия осевой силы [1]

P=3,8KM/[πf( D3-d3)],

где К - коэффициент запаса;

Р0 - осевая сила, Н;

М - крутящий момент, Н-мм;, - коэффициент трения, f1=0,15;- диаметр зажимной шайбы, D=65mm; - диаметр цилиндрической оправки, d=61мм.

Необходимое усилие зажима при действии осевой силы.

Осевая сила при сверлении определяется по формуле [8]

Po=10CpDqSyKp,

где Ср - постоянная силы резания, Ср=9,8;, у - показатели степени при величинах, определяющих осевую силу, q=l,0; у=0,7;- диаметр обрабатываемого отверстия, D=7 мм;- подача, S=0,28 мм\об;

Кр - поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала.

Кр=Кmp=1

Тогда осевая сила сверления будет равна:

Р0 = 10  9,8  71,0 0,280,7 1 = 281,4 Н.

Коэффициент запаса определяется по формуле

К = К0  К1К2 К3 К4 К5К6,

где Ко - гарантированный коэффициент запаса, Ко= 1,5;

К1 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при затуплении инструмента, для осевой силы К1=1,1;

К2 - коэффициент, учитывающий неравномерность сил резания из-за непостоянства снимаемого при обработке припуска К2=1,0;

К3 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистой обработке, К3=1,0;

К4 - коэффициент, учитывающий постоянство усилия зажима К4=1,3;

К5 - коэффициент, учитывающий непостоянство развиваемых сил зажимных устройств с ручным приводом, при удобном расположении рукоятки К5=1,0;

К6 - коэффициент, учитывающий установку детали базовой поверхностью на опору ограниченной поверхности, К6=1,5.

Коэффициент запаса

К = 1,5  1,1 1,0  1,0  1,3  1,0  1,5 = 3,22.

Рисунок 3 - Кинематическая схема кондуктора при сверлении отверстия с силами резания и силового замыкания.

Крутящий момент

М=Ро  h,

где h-плечо момента мм, h=3,5мм.

М=281,43,5=984,9Нмм.

Определяем необходимое усилие зажима

Р=3,83,22984,9/[0.15 3,14(653 - 613)=292,8 кН.

Диаметр поршня пневмоцилиндра двустороннего действия с подачей воздуха в штоковую полость находим по формуле [2]

D=√l,27 Р/рξмех+ d2,

где D - диаметр поршня пневмоцилиндра, мм;

р - давление воздуха в системе, р = 0,5МПа;

ξмех - к.п.д. механический, ξмех = 0,92; - диаметр штока, d=25мм.

Откуда

D =√1,27 292,8103/0,50,92 + 252= 54.4мм

По ГОСТ 1559-75 выбираем диаметр пневмоцилиндра D = 60мм, d =25мм, ход поршня 16мм.

Рассчитаем тянущую силу поршневого привода с учетом выбранного диаметра цилиндра.

Q = π/4 (D2-d2)р ξмех= 3,14/4( (602-252)0,5  0,92) =958Н.

Из расчетов видно, что приспособление обеспечивает необходимую силу зажима (958> 281,4Н).

ВЫВОДЫ

В результате выполнения курсовой работы разработан усовершенствованный технологический процесс механической обработки автоматизированного участка детали втулка КЗК 12-0202630 и разработан комплект документов на ее изготовление.

В технологическом разделе курсовой работы описано назначение и конструкция обрабатываемой детали; произведен анализ технологичности конструкции детали с точки зрения её возможности изготовления на автоматическом оборудовании, что позволило уменьшить количество переходов.

Выбрано оборудование с ЧПУ и рассчитано его количество с условием синхронизации загрузки на рабочем месте. Произведен выбор систем транспортирования для мелкой детали, систем автоматического управления и инструментообеспечения. Подобран промышленный робот для загрузки, выгрузки и передачи на транспортную тележку с техническими характеристиками, соответствующими массе детали втулка.

Для автоматизированного участка составлена циклограмма работы оборудования при односменном режиме.

В конструкторском разделе произведена патентная проработка средств механизации и автоматизации. Описана выбранная схема действия двухстороннего пневмодвигателя и применена в технологической оснастке для выполнения операции при сверлении отверстия в технологическом процессе, а также кондуктор рассчитан на точность и усилие зажима.

Автоматизированный участок размещен на стандартном пролете механосборочного цеха, оснащен системой стружкоудаления и обеспечен всеми необходимыми видами энергии.

Предлагаемый автоматизированный участок позволяет производить переналадку на аналогичные детали, причем вне технологического оборудования при помощи разработки программ, что значительно сокращает время на подготовку производства.

Использование автоматизированного участка позволяет поднять на более высокий уровень качество обработки посредством исключения вмешательства человеческого фактора в процесс изготовления деталей.

ЛИТЕРАТУРА

1.Автоматизация в промышленности / Справочная книга / М.С. Лебедовский, А.И.Федотов.-Л.: Лениздат, 1976.-255 с.

.Автоматическая загрузка технологических машин: Справочник/Под ред.И.А. Клусова.-М.Машиностроение, 1990.-400 с.

.Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении / Под ред.Ю.М.Соломенцева, В.Г.Митрофанова.-

М. Машиностроение, 1986.-256 с.

.Антонюк В.Е. Конструктору станочных приспособлений: Справ, пособие.- Мн.: Беларусь, 1991.-400 с.

.Автоматизация проектирования технологических процессов и средств оснащения/Г.К. Горанский, Л.В. Губич, В.И. Махнач и др.: НАН Беларуси, Ин-т техн. Кибернетики: Под ред. А.Г.Раковича.-Мн. -1997.-134 с.

.Автоматизация процессов в машиностроении. Учебн. Пособие для вузов/Белоусов А. П., Дащенко А. И, Полянский П. М., Шулешкин А. В.- М.: Высш. Школа, 1973 -456 с.

.Бурдаков С.Ф., Дьяченко В.Л., Тимофеев А.Н. Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов. Уч.пособие.-М.: Высшая школа, 1986.-264 с.

.Горохов В.А. Проектирование технологической оснастки: Учебник для вузов.-Мн.:Бервита, 1997.-344 с.

.Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: [Учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов].-4-с изд., перераб. и доп.- Мн.: Выш. школа, 1983.-255 с.

.Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робототехнические комплексы: кн. 4, Л.И. Волчкевич, Б.А. Усов. Транспортно-накопительные системы ГПС. Практ.пособие/Под ред. Б.И. Черпакова. М.: Высш.шк., 1989.-112 с.

.Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робототехнические комплексы. Кн.2/В.Ф. Горнев A.M. Савинов, В.И. Валиков.Комплексные технологические процессы ГПС. Практ. Пособие/Под ред.Б.И. Черпакова.-М.:Высш. Школа, 1989.-112 с.

.Краткий справочник металлиста / Под общ. ред.П.Н.Орлова, Е.А.Скоро- ходова.-3-е изд.,перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1987.-960 с.

.Локтева С. Е. Станки с программным управлением и промышленные роботы.- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: машиностроение, 1986.- 320 с.

.Люцко В.А., Соболев В.Ф.Практическое руководство к курсовой работе по курсу «Автоматизация производственных процессов в машино­строении» для студентов спец. Т 03.01.00.-Гомель.:ГПИ, 1997.-29 с.

.Мельников Г.Н., Вороненко В.П. Проектирование механосборочных цехов: Учебник для вузов/Под ред.A.M. Дальского. - М.: Машиностроение, 1990.-352 с.

.Петров В.А. и др. Планирование гибких производственных систсм/В.Л. Петров А.Н. Масленников, J1.A. Осипов. - Л.: Машиностроение. Ленингр.отд-ние, 1985.-182 с.

.Справочник технолога машиностроителя: В 2-х т. Т.2/Под ред.А.М. Дапьского, А.Г. Кос иловой Р.К. Мещерякова, А.Г.Суслова.-

М. Машиностроение-1, 2001.-944 с.

.Шурков В.Н. Основы автоматизации производства и промышленные роботы: Учеб. пособие. - М.: Машиностроение,1989.-240 с