МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Механический факультет
Кафедра МС
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: “Теория проектирования автоматизированных станочных комплексов”
на тему: “Расчет и проектирование автоматической системы технологического оборудования”
Выполнил:
ст. гр. МС-02а
А.С. Яцков
Руководитель: Ю.А. Гринев
Нормоконтролер:
к.т.н. Л.П. Калафатова
ДОНЕЦК 2006
РЕФЕРАТ
Курсовая работа содержит: 27 с., 10 табл., 3 рисунка, 4 источника, 12 приложений.
Объектом исследования в курсовой работе является деталь шахтного комбайна «ступица».
В данной курсовой работе рассматривается процесс проектирования автоматической линии технологического оборудования, которая позволила бы при минимальных затратах добиться заданной производительности.
Цель работы: спроектировать оптимальную структурно-компоновочную схему автоматической линии для условий серийного производства детали «переходник». Реализовать структурную схему на практике, выбрав конкретное технологическое оборудование; описать ее работу с помощью циклограммы.
Кроме того, для всех операций представлены эскизы карт наладок.
ПЕРЕХОДНИК, ПРОИЗВОДСТВО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, АТОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ, ЦИКЛОГРАММА
ВВЕДЕНИЕ
Современное производство отличается сложностью производства и технологических процессов. В этих условиях решаются проблемы повышения продуктивности работы и качества производства изготавливаемой продукции при минимальных затратах автоматизации. Для этого необходимо уметь проектировать и широко использовать автоматизированные системы технологического оборудования, в состав которых входит сами станки – автоматы, автоматизированные загрузочные устройства, транспортно – накопительные системы и др.
1. Анализ конструкции детали на технологичность
Цель анализа конструкции детали на технологичность – выявление недостатков конструкции по сведениям, содержащихся в чертежах и технических требованиях, а также возможное улучшение технологичности рассматриваемой конструкции.
Технологический контроль чертежей сводится к тщательному их изучению. Чертеж детали содержит все проекции и разрезы, совершенно четко и однозначно объясняющие ее конфигурацию. На чертеже указаны все размеры с необходимыми отклонениями и требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей. Чертеж содержит все необходимые сведения о материале детали, термической обработке и массе детали.
Деталь 1ГШ68.98.00.011 – ступица входит в редуктор подающей части основного редуктора комбайнов 2ГШ68.
Ступица служит для передачи крутящего момента от вала в редуктора.
Основными конструктивными базами, определяющими положение в сборочной единице, являются центровочные отверстияс эвольвентными щлицами.Эти же поверхности могут использоваться в качестве основных технологических баз.
Упрощение конструкции детали или замена ее элементов ввиду её служебного назначения и тяжелых условий эксплуатации нецелесообразно.
2. Базовый технологический процесс обработки ступицы в условиях неавтоматизированного производства
010 Заготовительная (штамповка)
020 ТокарнаяЧПУ (база Ø230f7, 3 кулачковый патрон)
А Установить и снять заготовку
Подрезать торец Е,
Точить Ø180Н9, Ø150Н11 по программе предварительно
Точить фаску 1×45, Ø180Н9, Ø165, фаску, Ø150Н11 по программе
030 ТокарнаяЧПУ (база отверстия Ø150Н11, оправка с пластинчатыми пружинами)
А Установить и снять заготовку
Подрезать торец В,
Точить Ø190Н9 по программе предварительно
Точить Ø230f7 по программе предварительно
Подрезать торец Ø299,6f9/Ø230f7 по программе предварительно
Точить фаску 2×30, Ø190Н9, Ø165, фаску по программе
Точить фаски 3×30, Ø230f7 по программе
040 ТокарнаяЧПУ (база отверстия Ø150Н7, оправка с пластинчатыми пружинами)
А Установить и снять заготовку
Точить поверхность Ø299.6F9 предварительно
Точить фаски 2×45, Ø299,6f9, фаски 2×45 по программе
050 Вертикально-сверлильная с ЧПУ (база Ø299.6f9, приспособления специальное)
А Установить и снять заготовку
Сверлить отверстия М16-7Н
Цековать отверстия Ø22
Нарезать резьбу М16-7Н
060 Кординатно-сверлильная с ЧПУ (база отверстия Ø150Н11, специальное)
А Установить и снять заготовку
Сверлить отверстия Ø20Н12
Сверлить 2 отверстия М16-7Н
Цековать 2 отверстия Ø20
070 Радиально-сверлильная (база торцы, специальное)
А Установить и снять заготовку
Цековать 2 отверстия Ø20
Нарезать резьбу М16-7Н
080 Горизонтально протяжная (база отверстия Ø150Н11, специальное)
А установить и снять заготовку
Протянуть эвольвентные шлицы ЭВ160×5×30
090 Термическая
Цементировать h 1.2…1.6 HRC 57…63. поверхности В, И, Г, Д, Е от цементации предохранить
100 ТокарнаяЧПУ (база отверстия Ø150Н11, оправка с пластинчатыми пружинами)
А Установить и снять заготовку
Точить фаску 1×45, Ø180Н9, Ø165, фаску по программе
Б. Переустановить заготовку
Точить фаску 2×30, Ø190Н9 Ø165, фаску по программе
110 Кругло – шлифовальная (база Ø150Н11, оправка)
А Установить и снять заготовку
Шлифовать поверхность Ø230f7
120 Кругло – шлифовальная (база Ø150Н11, оправка)
А Установить и снять заготовку
Шлифовать поверхность Ø299,6f9
130 Контрольно измерительная
3. Операционный технологический процесс, реализуемый в условиях автоматизированного производства
Разработка операционного технологического процесса ведется для случая реализации на станках с числовым управлением.
При разработке операционного технологического процесса используются наиболее перспективные схемы и методы обработки, а также конструкции инструмента и инструментальные материалы, которые предусматривают возможность максимальной интенсификации режимов резания.
Например: Применение комбинированного инструмента, обработка в одной позиции нескольких отверстий, применение инструмента из быстрорежущей стали.
4. Расчет машинного времени выполнения операций
Для дальнейшего определения производительности проектируемой автоматической линии необходимо рассчитать машинное время на проведение каждой из операций. Для этого расчета необходимо знать габариты обрабатываемой поверхности и режимы резания. Для единичного производства режимы резания можно назначат по справочникам нормирования, но приведенные там значения сильно завышены. Для массового или серийного типа производства более целесообразно проводить полный расчет режимов резания. --PAGE_BREAK--
Глубина резания, обычно, назначается в соответствие с видом обработки и типом заготовки. Величину подачи при точении выбираем в зависимости от параметра шероховатости. Скорость резания для точения можно определить по формуле:
/>м/мин;
где Т – стойкость резца;
s – величина подачи;
t – глубина резания;
/>— коэффициенты, постоянные для заданных условий резания.
Частоту вращения шпинделя определяют по формуле:
/>об/мин;
где D – диаметр обрабатываемой заготовки.
Машинное время обработки находим по формуле:
/>мин;
где L – блина обработки.
Для сверления величина подачи выбирается в зависимости от диаметра сверлимого отверстия. Скорость резания рассчитывается по формуле:
/>м/мин;
где D – диаметр сверления.
Для зенкерования и развертывания скорость резания рассчитывается по формуле:
/>м/мин.
Машинное время здесь рассчитывается аналогично как и для точения.
Параметры резания для шлифования нормализованы и выбираются из таблиц.
Таблица 4.1 – Расчет машинного времени выполнения операций
№
Название операций и переходов
инструмент
Глубина резания t, мм
Подача S, мм/об
Скорость V, м/мин
Частота вращения n, мин-1
Диаметр обработки, D мм
Длина оброботки L мм
Основное время
tp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
020 Токарная ЧПУ
Подрезать торец Е
Резец подрезной Т15К6
2,20
1,30
88,77
94,24
300
70,00
0,57
Точить Ø180Н9
Резец расточной Т15К6
4,00
0,40
132,01
233,56
180
22,00
0,24
Точить Ø150Н11
Резец расточной Т15К6
4,00
0,40
132,01
280,27
150
146,00
1,30
Точить фаску 1×45
Резец расточной Т15К6
1,00
0,25
209,82
371,22
180
1,00
0,01
Точить Ø180Н9
Резец расточной Т15К6
1,00
0,25
192,55
340,68
180
22,00
0,26
Точить Ø165
Резец расточной Т15К6
1,00
0,25
192,55
371,65
165
1,50
0,02
Точить фаску
Резец расточной Т15К6
1,00
0,25
192,55
408,82
150
2,50
0,02
Точить Ø150Н11 продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
Точить фаску 1×45
Резец расточной Т30К10
0,5
0,5
159,69
282,53
180
1
0,01
Точить Ø180Н9
Резец расточной Т30К10
0,5
0,5
159,69
282,53
180
22
0,16
Точить Ø165
Резец расточной Т30К10
0,5
0,5
159,69
308,22
165
1,5
0,01
Точить фаску
Резец расточной Т30К10
0,5
0,5
159,69
339,04
150
2,5
0,01
Точить фаску 2×30
Резец расточной Т30К10
0,5
0,5
159,69
267,66
190
2
0,01
Точить Ø190Н9
Резец расточной Т30К10
0,5
0,5
159,69
267,66
190
28
0,21
Точить Ø165
Резец расточной Т30К10
0,5
0,5
159,69
308,22
165
1,5
0,01
Точить фаску
Резец расточной Т30К10
0,5
0,5
159,69
339,04
150
2,5
0,01
110 Кругло – шлифовальная
Шлифовать Ø230f7
Шлифовальный круг
0.4
0.25
20
30
230
110
6.67
120 Кругло – шлифовальная
Шлифовать Ø299,6f9
Шлифовальный круг
0.4
0.25
20
30
299,6
86
10
Критерием оценки технологического процесса является технологическая производительность kо, которая определяется по формуле:
/>
где ∑tр – суммарное машинное время выполнения всех операций, мин.
Значение технологической производительности может быть основой для расчета оптимальной степени дифференциации и концентрации операций в автоматической линии.
В данной работе предлагается разработка автоматической линии для осуществления той части техпроцесса, которая связана с токарной обработкой поверхностей и отверстий. Таким образом, для данной линии не учитываются операции после термической обработки, но проектируемая линия всё равно должна обеспечивать указанную в задании производительность.
Для этого произведем анализ возможных структур линии и выберем наиболее рациональную из них
5. Анализ базового операционного технологического процесса по критерию обеспечения заданной сменной производительности обработки
Определение ожидаемой сменной производительности системы технологического оборудования в условиях неавтоматизированного производства можно найти по формуле:
/>деталей/смену,
где /> — время выполнения холостых (вспомогательных) операций в условиях неавтоматизированного производства.
Сравнивая полученное значение (16 деталей/смена) с заданной сменной производительностью обработки (100 деталей/смена), приходим к выводу, что в неавтоматизированном производстве нельзя обеспечить требуемую производительность. Следовательно, необходимо разработать оптимальный структурно-композиционный вариант автоматической линии, который должен обеспечивать заданную производительность обработки.
Рассмотрим насколько вариантов компоновок автоматических линий.
При составлении линии из 8 станков расположенных по ходу технологического процесса получаем линию следующего вида (рис. 5.1)
/> продолжение
--PAGE_BREAK--
Рисунок 5.1- Вариант компоновки оборудования автоматической линии
Для этой линии лимитирующим является время />с. Тогда производительность такой линии составляет:
/>(шт./смену).
Данное количество изделий не входит в диапазон допустимой производительности, по этому сократим лимитирующее время, добавив станок – дублер на 7 операции технологического процесса (рис. 5.2).
/>
Рисунок 5.2- Вариант компоновки оборудования автоматической линии
В данном варианте технологической линии лимитирующим временем является />с., а производительность такой линии составляет:
/>(шт./смену).
Производительность такой линии удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям.
В данном варианте технологической линии лимитирующим временем является />с., а производительность такой линии составляет:
/>(шт./смену).
Производительность такой линии удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям.
Эти три вида компоновок обеспечивают необходимую производительность и по этому их необходимо сравнить по экономической эффективности
6. Уточненный расчет производительности автоматической линии
Технологический процесс автоматизированных операций
020 ТокарнаяЧПУ (база Ø230f7, 3 кулачковый патрон)
А Установить и снять заготовку
Подрезать торец Е,
Точить Ø180Н9, Ø150Н11 по программе предварительно
030 ТокарнаяЧПУ (база Ø230f7, 3 кулачковый патрон)
А Установить и снять заготовку
Точить фаску 1×45, Ø180Н9, Ø165, фаску, Ø150Н11 по программе
040 ТокарнаяЧПУ (база отверстия Ø150Н11, оправка с пластинчатыми пружинами)
А Установить и снять заготовку
Подрезать торец В,Ø230f7, Ø299,6f9/Ø230f7 по программе предварительно
Точить Ø190Н9 по программе предварительно
Точить фаску 2×30, Ø190Н9, Ø165, фаску по программе
050 ТокарнаяЧПУ (база отверстия Ø150Н11, оправка с пластинчатыми пружинами)
А Установить и снять заготовку
Точить фаски 3×30, Ø230f7 по программе
060 Кординатно-сверлильная с ЧПУ (база отверстия Ø150Н11, специальное)
А Установить и снять заготовку
Сверлить отверстия Ø20Н12
Сверлить 2 отверстия М16-7Н/Ø20 одновремено
070 Радиально-сверлильная (база торцы, специальное)
А Установить и снять заготовку
Цековать 2 отверстия Ø20
Нарезать резьбу М16-7Н
080 ТокарнаяЧПУ (база отверстия Ø150Н7, оправка с пластинчатыми пружинами)
А Установить и снять заготовку
Точить поверхность Ø299.6F9 предварительно
Точить фаски 2×45, Ø299,6f9, фаски 2×45 по программе
090 Вертикально-сверлильная с ЧПУ (база Ø299.6f9, приспособления специальное)
А Установить и снять заготовку
Сверлить отверстия М16-7Н/Ø22
Нарезать резьбу М16-7Н
Уточненный расчет полной производительности автоматической линии с жесткими меж агрегатными связями проводится по формуле:
/>,
Где /> — коэффициент загрузки линии, который характеризует условия эксплуатации (принимается в пределах 0,85-0,90);
/>— время не совмещенных холостых ходов (в условиях дифференциации технологического процесса принимается />);
/>— время суммарных в не цикловых потерь, определяется по формуле:
/>
где /> — ожидаемые в не цикловые потери по инструменту;
/>— ожидаемые в не цикловые потери по оборудованию.
Потери по инструменту вычисляются по формуле:
/>
Сведем данные по всем инструментам в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 — Расчет времени потерь по инструменту
№
инструмент
/>
/>
/>
/>
1
Резец подрезной
0,54
60
1+0,18
0,01062
2
Резец расточной
1,54
60
1.5+0,2
0,04363
3
Резец расточной
1,83
60
3+0,18
0,09699
4
Резец подрезной
0,20
60
1+0,18
0,00393
5
Резец расточной
0,33
60
1.5+0,2
0,00935
6
Резец проходной продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
Узел продольного суппорта
0,06
1,64
0,000984
система охлаждения
0,08
2,22
0,001776
5
шпиндельный блок
0,18
1,81
0,003258
Узел поперечного суппорта
0,07
Узел продольного суппорта
0,06
1,81
0,001086
система охлаждения
0,08
1,81
0,001448
6
Механизм фиксации
0,01
1,65
0,000165
Сверлильная головка
0,07
1,65
0,001155
Поворотный стол
0,1
0,02
0,00002
система охлаждения
0,08
1,65
0,00132
7
Механизм фиксации
0,01
2,76
0,000276
Сверлильная головка
0,07
2,76
0,001932
Поворотный стол
0,1
0,02
0,00002
система охлаждения
0,08
2,76
0,002208
8
шпиндельный блок
0,18
2,61
0,004698
Узел поперечного суппорта
0,07
Узел продольного суппорта
0,06
2,61
0,001566
система охлаждения
0,08
2,61
0,002088
9
шпиндельный блок
0,18
2,61
0,004698
Узел поперечного суппорта
0,07
Узел продольного суппорта
0,06
2,61
0,001566
система охлаждения
0,08
2,61
0,002088
10
Механизм фиксации
0,01
0,98
0,000098
Сверлильная головка
0,07
0,98
0,000686
система охлаждения
0,08
0,98
0,000784
11
транспортер стружки
0,24
17,81
0,042744
електро оборудование
0,55
17,81
0,097955
итого
0,198809
Тогда производительность такой линии будет составлять:
/>шт./смен
7. Выбор транспортно-загрузочной системы
Транспортные системы являются одним из основных элементов автоматизированного производства в любой отрасли промышленности. Кроме основных функций — перемещения изделий и материалов, транспортные системы могут изменять ориентацию, производить накопление и адресование изделий, осуществлять обработку изделий и материалов в процессе перемещения. Наиболее полно возможности транспортных систем реализованы в автоматических линиях, нашедших широкое применение в массовом производстве. В автоматических линиях полностью решены вопросы загрузки и выгрузки ТМ, передачи изделий с одного участка на другой. В этих линиях обычно применяются специальные или специализированные транспортеры, предназначенные для перемещения одного или нескольких видов изделий. Необходимость частой переналадки технологического оборудования на другой тип изделий, характерна для большинства современных быстросменных и многономенклатурных производств, сопряжена с большими материальными и временными затратами, исключающими применение традиционных автоматических линий
В качестве транспортно – загрузочной системы в данной линии можно применить манипуляторы, закрепленные на подвижных тележках. Для осуществления загрузки в данных условиях можно восплоьзоватса тактовыми столами и транспортером для перемещении детали от позиции к позиции. Для удаления стружки из зоны резания удобно воспользоваться общим конвейером проходящим вдоль всех станков линии. продолжение
--PAGE_BREAK--
8. Расчет экономических показателей
Для наглядности проведем сравнение экономических показателей автоматических линий, рассмотренных в пункте 5. приведенные затраты автоматической линии находятся по формуле:
/>;
где />– стоимость данного варианта АЛ;
/>– нормативный коэффициент капиталовложения (принимаем />);
/>– себестоимость годового выпуска продукции при данном варианте АЛ.
При расчете данная формула принимает вид:
/>,
где />– производственная заработная плата.
Основное оборудование из которых состоят рассчитываемые варианты АЛ:
Таблица 8.1 — Стоимость оборудования 1-ог варианта автоматической лини
Наименования оборудования
количество
Стоимость единицы оборудование
Суммарная стоимость гр
Токарный с ЧПУ
5
50 000
250 000
Кординатно-сверлильный
1
25 000
25 000
Радиально-сверлильный
1
20 000
20 000
Монипулятор
4
10 000
40 000
Робот
4
15 000
60 000
Вертикально сверлильный
1
17 000
20 000
Транспортер
1
5 000
5 000
Тактовый стол
2
3 000
6 000
426 000
Таблица 8.2 — Стоимость оборудования 2-ог варианта автоматической лини
Наименования оборудования
количество
Стоимость единицы оборудование
Суммарная стоимость
гр
Токарный с ЧПУ
6
50 000
300 000
Кординатно-сверлильный
1
25 000
25 000
Радиально-сверлильный
1
20 000
20 000
Монипулятор
6
10 000
60 000
Робот
3
15 000
45 000
Вертикально сверлильный
1
17 000
20 000
Транспортер
2
5 000
10 000
Тактовый стол
1
3 000
3 000
483 000
Таблица 8.3 — Стоимость оборудование 3-ог варианта автоматической лини
Наименования оборудования
количество
Стоимость единицы оборудование
Суммарная стоимость гр
Токарный с ЧПУ
7
50 000
350 000
Кординатно-сверлильный
1
25 000
25 000
Радиально-сверлильный
1
20 000
20 000
Монипулятор
6
10 000
60 000
Робот
4
15 000
60 000
Вертикально сверлильный
1
17 000
20 000
Транспортер
3
5 000
15 000
Тактовый стол
2
3 000
6 000
556 000
Для обслуживания АЛ состоящей из 4 станков необходимо один операторов (/>), один наладчика (/>), механик и электрик (/>).
Результаты расчета сведем в таблицу 8.4.
Таблица 8.4 – Расчет неполных наведенных затрат вариантов АЛ
Вариант
/>, грн
/>, грн
/>, грн
1
426 000
8 000
221000
2
483 000
240900
3
556000
266500
Выбираем второй вариант автоматической линии, так как этот вариант обеспечивает нужную производительность и минимальные затраты на приобретения.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. — Мн: Выш. школа, 1983. — 256 с.
3. Справочник Технолога-машиностроителя. Т. 2 /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. — Г.: Машиностроение, 1985. — 656 с.
4. Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя. — Г.: Издательство стандартов, 1992. — 464 с.