Вятский государственный университетКонтрольнаяработа № 1По дисциплине«Технологическиеосновы гибких автоматизированных производств»
Выполнил:
Студент 6-го курса заочного отделения
Солдатенко Роман Владимирович
Шифр: 05-ТМ-235Проверил:
Домашний адрес: 613200 г. Белая Холуница
Кировской области, ул. Перспективная, д. 8
Часть №1.Современные гибкие производственные системы
Ниже приведены примеры ГПС (гибких производственныхсистем. /4, с.197/. Данные по системамвзяты из источника [6].
1. На рисунке 1 изображена ГПС, включающая различныефункциональные системы, такие как автоматизированную транспортно-складскую систему(АТСС), систему автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированнуюсистему технологической подготовки производства (АСТПП). Таким образом, вданной ГПС автоматизированы все потоки информации на каждом уровне управления ируководства.
/>
Рисунок 1 – Гибкая производственная система
На рисунке 1 обозначены:
1, 2, 4 – станки с ЧПУ;
3 – место для расширения ГПС (установки новыхмодулей);
5 – установка для очистки заготовок от стружки имойки;
6 – контрольно-измерительная машина с ЧПУ;
7 – позиции перегрузки заготовок на конвейер;
8 – автоматизированный склад;
9 – роботкара;
10 – станок для обработки баз заготовок;
11 – РТК доделочных операций;
12 – центральная ЭВМ;
13 – ЭВМ управления АТСС;
14 – ЭВМ управления контролем и наладкой инструмента;
15 – ЭВМ диагностики элементов ГПС.
2. На рисунке 2 показана ГПС для обработки деталейтипа тел вращения с использованием станков разных групп (как с ЧПУ, так и сручным управлением). Подача заготовок осуществляется в кассетах. Промышленныйробот (ПР) забирает заготовки из кассет и подает их на станки. Снятую со станкадеталь ПР укладывает обратно в кассету. На линии использован накопитель – одиндля всех станков.
/>
Рисунок 2 – Гибкая производственная система дляобработки деталей – тел вращения
На рисунке 2 обозначены:
1 – протяжной станок;
2 – зубофрезерный станок;
3, 4 – токарные станки с ЧПУ;
5 – промышленные роботы для загрузки-разгрузкистанков;
6 – конвейер-накопитель;
7 – позиции загрузки заготовок;
8 – центральная ЭВМ;
9 – ЭВМ управления транспортом
10 – ЭВМ управления контролем и наладкой инструмента;
3. ГПС для обработки листового металла.
ГПС для обработки листового металла (рисунок 3)компонуется в виде замкнутых участков или производственных линий. При установкемашин в линию принимают следующую последовательность обработки: вырубка, резкана ножницах и гибка. С помощью программ раскроя панели выбирают таким образом,чтобы свести к минимуму отходы и выгрузить из рабочей зоны после резки наножницах сразу три или четыре панели. Это осложняет манипулирование панелями.Поэтому при большой номенклатуре обрабатываемых изделий компоновка оборудованияв виде замкнутых участков, по-видимому, эффективнее и может привести куменьшению количества «узких мест».
Одним из основных элементовавтоматизированного участка является крупный многоярусный склад савтоматическим складированием и поиском, откуда робокары доставляют листы кзагрузочным устройствам, оснащенным однопозиционными подавателями листов.Листы, обработанные на каждой из входящих в участок машин, поступают затем наприемные столы, откуда их забирают робокары и доставляют на следующий участокили обратно на склад. На выходе участка резки на ножницах предусмотреннебольшой склад с несколькими стеллажами различных размеров.
На каждом из обоих описанных выше участков(вырубки и резки на ножницах) установлено два стола с встроенными конвейерами.Они передают по одному листу на загрузочное устройство. Панель поднимаютвакуумными присосами и со скоростью 40 м/мин передают на вырубной пресс.Скорость его работы достигает 200 ходов в минуту. Вакуумные присосы или зажимыиспользуют и на участке резки на ножницах, причем ножницы работают со скоростьюдо 75 ходов в минуту.
После вырубки листы подают непосредственнона разгрузочный стол, а после резки на ножницах они поступают на стол дляраспределения полученных заготовок по размерам. После этого распределения заготовкипередают на многоярусный склад — на столы для штабелирования длинных заготовокили в кассеты для хранения заготовок небольших размеров.
/>
Рисунок 3 – Общая компоновка ГПС для обработкилистового металла: 1- управляющая ЭВМ; 2- участок резки ножницами; 3- участоквырубки; 4- участок гибки; 5- автоматизированный склад.
На участке гибки листы загружают на стол,смещенный относительно самой гибочной машины. При перевороте кантователем листыпопадают на другой стол, расположенный />на одной прямой с машиной. Переворот листов производятдля того, чтобы заусенцы на них располагались сверху. После загрузки листизгибают до требуемой формы и затем передают на подающий стол.
Увеличения гибкости гибочной машины достигают,оснащая ее устройством автоматической смены гибочных пуансонов. Ихустанавливают над прессом и распределяют в ряд на расстоянии 50… 200 ммтаким образом, чтобы края листов различных размеров могли быть загнуты безвмешательства оператора. Устройство автоматической смены гибочных пуансоновпредставляет собой механическую руку, имеющую возможность перемещения вдольмашины и передачи пуансона от его позиций к гидравлическому зажимномуустройству. Фиксирование руки на пуансоне осуществляется путем ввода двух лапокв ее захватывающем устройстве в пазы, находящиеся на пуансоне. Хотя основнымпреимуществом руки является ликвидация вмешательства оператора при смене пуансонов,к нему добавляется ускорение смены пуансонов по сравнению с ручным методом.
Для смены пуансонов требуется около 5 мин.Теоретически операторы могут изменять это время в зависимости от состояниягибочной машины и пуансонов. Однако, поскольку у последних существует тенденцияк заеданию, а механическая рука может прикладывать требуемое для сменыпуансонов усилие лишь в определённом направлении, это заедание, будучи весьманежелательным, вынуждает сохранять время смены примерно одинаковым.
В ГПС такого типа применено такое жеустройство управления, что и для станков. Безусловно, каждый пресс можетпрограммироваться и управляться вручную, что делают, например, при поломках, нов нормальных условиях собственное управляющее устройство имеет каждый участок,а также транспортная система. Задача этого устройства состоит в синхронизацииработы различных агрегатов участка, например, подавателей, пресса с ЧПУ типаCNC и разгрузочного устройства. Для управления работой всей ГПС служитцентральная ЭВМ. Кроме того, отдельная ЭВМ предусмотрена для подготовки управляющихпрограмм.
Как и на станках, устройства ЧПУ типа CNC у новейшихлистоштамповочных прессов выполнены таким образом, что не требуют отпрограммиста специальных знаний при их эксплуатации. Если, например, частьлиста закреплена, то, естественно, для обработки ранее зажатого участкатребуется переустановка листа. Зазоры должны быть согласованы с толщиной листа.Кроме того, если при штамповке на столе пресса остаются небольшие обрезкиметалла, штамповку необходимо прекратить вплоть до их удаления. Посколькувероятность возникновения всех этих факторов предусмотрена в системепрограммирования устройства ЧПУ типа CNC пресса, оператору их учитывать неприходится.
4.Автоматические линии из агрегатных станков с нормализованными иунифицированными узлами применяют в условиях массового и крупносерийногопроизводства. /3, с.107/ Нормализация силовых головок, салазок позволяет быстропроизводить переналадку оборудования на новый вид изделия. Для синхронностиопераций по времени применяют комбинированный инструмент (ступенчатые сверла,расточные резцы) и создают автоматические поворотные столы для закрепления ификсации нужного положения заготовки. Для еще большей эффективности линийприменяют передвижные базовые приспособления, которые перемещаются в процессеобработки с заготовкой. На линиях из агрегатных станков несколько позиций можнообрабатывать сразу за одну установку заготовки. Особенно эффективны эти линиипри обработке корпусных деталей, имеющих, как правило, сложную форму. На этихлиниях нашли применение кантователи (устройства поворота заготовки ввертикальной плоскости) и поворотные столы (устройства разворота заготовки вгоризонтальной плоскости).
Автоматическаялиния из агрегатных станков приведена на рисунке 4. Заготовка 1 потранспортеру 8 подается последовательно от станка 2 к станкам 3,5, 7, 9. Для выполнения очередной операции корпусная деталь поворачиваетсяна столе 4 или переворачивается кантователем 6. Уборка стружкипроизводится транспортером 10.
/>
Рисунок 4 –Структурная схема ГПС из агрегатных станков
Все подобныелинии работают в одном режиме. После того, как деталь разжата, транспортерпереносит ее к следующему станку. В конце хода транспортер дает команду навключение рабочих шпинделей и быстрый отвод всех силовых головок. Команду наразжим деталей дает силовая головка, выполняющая наиболее длительную операцию.Зажимной механизм после освобождения детали дает команду на перемещениетранспортера.
Гибкая производственная система токарнойобработки предназначена для автоматизированной обработки деталей типа телвращения, имеющих наружные и внутренние цилиндрические поверхности соступенчатым и фасонным профилем и резьбой. ГПС позволяет изготовлять детали изсталей любых марок и сплавов в условиях мелкосерийного и единичногопроизводства при изменяющейся номенклатуре и исключает необходимость частойпереналадки технологического процесса.
На рисунке 5приведена схема планировки одного из вариантов ГПС типа АСВ, разработанных длямодернизации действующего производства. ГПС этого типа предназначены дляизготовления деталей типа тел вращения в условиях мелкосерийного производства./2, с.320/
/>
Рисунок 5 –ГПС для изготовления деталей типа тел вращения АСВ
В данномварианте в состав ГПС включены два сверлильно-фрезерно-расточных станка 1 мод.2206ВМФ4 и десять патронных полуавтоматов 2 повышенной точности мод.1П756ФЗ. Автоматизированная транспортно-складская система выполнена на базеконвейера-накопителя 3, несущего четыре типа спутников: с концевыминструментом для сверлильно-фрезерно-расточных станков – а, с поддономдля заготовок – б, с комплектом оснастки – в, с емкостями для стружки – г. С рабочимипозициями и местами общий конвейер связан транспортными тележками 7 длядоставки заготовок, приспособлений и инструментов и манипуляторами 8 дляудаления стружки.
Транспортно-накопительнаясистема имеет свободный ритм перемещений, осуществляет все грузопотоки иобеспечивает независимую работу на всех позициях участка. Так, например,транспортный манипулятор периодически подходит к стайкам, перегружает бак состружкой на платформу. Затем манипулятор осуществляет перемещение к общемуконвейеру и перегружает емкость на свободную позицию конвейера. Далее с помощьюобщего конвейера и поперечного манипулятора емкость передается наопрокидыватели отделения сбора стружки 4.
В составе ГПСпредусмотрены: отделение 5 приема заготовок и выдачи деталей с пунктомконтроля; отделение 9 наладки и комплектации режущего инструмента иоснастки, оборудованное поворотными стеллажами 10 и 11соответственно для инструментов и оснастки и оптическим прибором настройкиинструмента. Возможна ручная загрузка станков с использованиемшарнирно-балансирных манипуляторов 6 для тяжелых деталей примногостаночном обслуживании.
В ГПС типаАСВ достигнут высокий уровень автоматизации проектирования технологическихпроцессов на базе типовых технологических процессов и подготовки управляющихпрограмм с использованием подпрограмм обработки унифицированных конструкторскихэлементов деталей.
Суммарноевремя технологической подготовки токарной операции для обработки партиизаготовок составляет около 60 мин (ознакомление с чертежом и маршрутомобработки – 10 мин, заполнение карты исходных данных – 15 мин, расчет на ЭВМ –10 мин, просмотр результатов расчетов и комплектация документов – 15 мин идр.).
На рисунке 6представлена схема автоматической линии для обработки корпуса стартера,составленная из типовых целевых механизмов. К целевым механизмам рабочих ходовздесь относятся электромеханические силовые самодействующие головки станков 4,6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 28./5, с.248/
К целевыммеханизмам холостых ходов относятся: штанговый конвейер с основным 21 идублирующим 22 приводами, кантователь 20, автомат-перегружатель 24,конвейер возврата 27, приспособление для обработки деталей – спутник5, механизм зажима детали 1.
К целевыммеханизмам управления относятся пульт управления 3, контрольный аппарат7 и механизмы управления.
/>
Рисунок 6 – Схемаавтоматической линии для обработки корпуса стартера
На рисунке 7представлена схема автоматической линии для обработки цапфы поперечного брусагусеничного трактора Т-74, состоящая из специальных станков. В этойлинии также применены типовые целевые механизмы. /5, с.250/
К целевыммеханизмам рабочих ходов относятся силовые головки модели АУ-311-10центровального автомата 3, гидрокопировальные токарные полуавтоматы 5и 7 модели 1722, сверлильно-нарезные головки агрегатного автомата 8, закалочныеавтоматы 11, бесцентрово-шлифовальные станки 15, 18 и 19.
В целевыемеханизмы холостых ходов входят: магазин лоткового типа 1, обеспечивающийдвадцатиминутную работу линии; шаговый конвейер 2; автооператор 4, загружающийи разгружающий рабочие позиции станков; поворотное устройство 6, поворачивающеедеталь на 180°; барабан 9, на котором в пневматических зажимах крепятсяшесть деталей; поворотный стол 10, вертикальный подъемник 12, 16 истол 17, загрузочный магазин 13 и рольганг 14.
В целевыемеханизмы управления здесь входят системы путевых упоров, электрическисвязывающих все путевые выключатели и переключатели, системы копиров, припомощи которых работают гидрофицированные копировальные суппорты полуавтоматов1722. Эта автоматическая линия интересна тем, что здесь применены три видасистем управления, а именно: система управления упорами, система управлениякопирами и система управления кулачками с распределительным валом.
/>
Рисунок 7 –Схема автоматической линии для обработки цапфы поперечного бруса гусеничноготрактора Т-74
Часть №2.
Дано:
(вариант №35)
/> – числостанков, входящих в проектируемую ГПС;
/> – числогрупп;
/> –время обработки 1, 2, 3 групп соответственно;
/> –программа выпуска на первую декаду;
/> –программа выпуска на вторую декаду;
/> –программа выпуска на третью декаду;
/> – числорядов расположения ячеек стеллажа;
/> – числоярусов стеллажа;
/> –вспомогательное время загрузки заготовок в приспособления-спутники;
/> –вспомогательное время разгрузки заготовок в приспособления-спутники;
/> – числоразмеров на деталях, обрабатываемых в данной ГПС и контролируемых с помощьюуниверсальных измерительных приборов;
/> – числоразмеров на деталях, обрабатываемых в данной ГПС и контролируемых с помощьюспециальных средств;
/> –максимальный размер спутника и зажимного приспособления с закрепленнойобрабатываемой деталью;
/> – общеечисло типоразмеров деталей, проходящих через позицию.
Определение характеристик автоматизированного складаГПС механообработки корпусных деталей.
Определяется максимальное число деталеустановок Дразличных наименований, которые пройдут хранение на складе данной ГПС в течениемесяца. Это число приравнивается к общему количеству ячеек стеллажа автоматизированногосклада Q:
/>, (1)
где /> –месячный фонд времени работы станка, ч (нормативное значение придвухсменном режиме: />);
/> – числостанков, входящих в проектируемую ГПС, шт.;
/> –средняя трудоемкость обработки одной деталеустановки, ч (согласноиндивидуальному заданию);
/>–средняя месячная программа выпуска деталей, шт.
Необходимо учитывать, что в данном случае (вдвухрядном стеллаже) в связи с наличием окон передачи, и возможном увеличениипотребного количества ячеек при возрастании программы выпуска, вместимостьстеллажа определяется с 10%-ым запасом. Тогда формула (1) будет иметь вид:
/> (2)
Средняя трудоемкость обработки определяется поформуле:
/>, (3)
Средняя месячная программа выпуска деталей приподекадном планировании находится по формуле:
/>, (4)
Тогда по формуле (2) с учетом (3) и (4):
/>
Принимается />ячейки.
Расчетное количество ячеек /> длястеллажа находится по формуле:
/>, (5)
Для двухрядного исполнения стеллажа необходимообеспечить две ячейки передачи, т.е.:
/>, (6)
Тогда по формуле (6) с учетом (5):
/>
Принимается />рядов.
Габаритный размер стеллажа по длине (L) длятипоразмера плиты приспособления-спутника 500х500, определяется по формуле:
/> (7)
Габаритный размер по ширине (B) определяется поформуле:
/> (8)
Габаритный размер стеллажа по высоте (Н) определяетсяпо формуле:
/>, (9)
где s – толщина опоры металлоконструкциистеллажа, мм />;
/> –зазор, необходимый для работы штабелера, мм />.
Тогда по формулам (7), (8) и (9) габариты стеллажасоставят:
/>
Необходимо выполнить проверку длины стеллажа по условию:
/>, (10)
где /> – длиналинии станков, находящихся в ГПС.
Принимая среднюю длину станка с учетом прохода, равной/>, длина линии станковопределится по формуле:
/>, (11)
Тогда по формуле (10) с учетом (11) осуществляетсяпроверка:
/> (верно)
На рисунке 3 приведен эскиз рассчитанного стеллажа.
/>
Рисунок 3 – Эскиз стеллажа автоматизированного склада
2. Расчет потребного числа позиций загрузки иразгрузки спутников в ГПС механообработки.
Потребное количество позиций загрузки и разгрузкирассчитывается соответственно по формулам:
/>, (12)
/>, (13)
где />, /> – среднее время загрузки иразгрузки деталей группы соответственно, мин;
/> – числодеталеустановок, проходящих через эти позиции с учетом деталей, обрабатываемыхна смежных с ГПС участках деталей (/>);
/> –действительный фонд времени работы позиций, при двухсменной работе />.
Вспомогательное время для операций загрузки иразгрузки определяется соответственно по формулам:
/>, (14)
/>, (15)
Число деталеустановок, проходящих через позициизагрузки и разгрузки с учетом деталей, обрабатываемых на смежных с ГПС участкахдеталей определяется по формуле:
/>, (16)
где /> –среднее количество однотипных деталей в каждой группе, которые проходятобработку без промежуточного хранения на складе, шт., конструктивно принимают />;
Тогда по формулам (12) и (13) с учетом (14), (15) и(16):
/>
/>
Далее дробные значения расчетного числа позицийокругляется до ближайшего большего целого значения. Т.е. принимается />, />.
Коэффициенты использования (/>) данных позицийопределяются соответственно по формулам:
/> (17)
/> (18)
Тогда по формулам (17) и (18):
/>
/>
Нормативным значением коэффициентов использования дляуказанных позиций является />. Такимобразом, следует объединить позиции загрузки и разгрузки в одну общую. При этомкоэффициент использования объединенной позиции составит />, что все равно меньше нормативного.В данном случае рекомендуется увеличить /> засчет смежных участков.
3. Определение технологически обоснованного числаконтрольных позиций (постов контроля) в составе ГПС механообработки.
Необходимое число постов (позиций) контроляопределяется по формуле:
/>, (19)
Где /> –суммарное время контроля одной деталеустановки, мин;
/> – числодеталеустановок, проходящих контроль в течение месяца, шт;
/> –действительный фонд времени работы позиции контроля в месяц, при двухсменнойработе />.
Суммарное время контроля одной деталеустановкиопределяется по формуле:
/>, (20)
где /> и /> – время, затрачиваемое наконтроль размеров двух типов: первого и второго, соответственно, мин.
/> –дополнительное время, выделяемое для промежуточного контроля и наблюдения заходом обработки, зависящее от количества станков, мин.
Время, затрачиваемое на контроль размеров первого типаопределяется из соотношения, принимая />:
/>
Дополнительное время, определяется по формуле:
/> (21)
Число деталеустановок, проходящих контроль в течениемесяца определяется по формуле:
/>, (22)
где /> – ранееопределенная величина (16);
/> –количество контролируемых деталей, шт.
Количество контролируемых деталей определяется поформуле:
/>, (23)
где /> – числодеталеустановок, выводимых на контроль по указанию технолога, принимается />;
/> –коэффициент учета обязательного контроля первой детали в партии, принимается />;
/> –коэффициент учета влияния нового инструмента после его замены на станках, принимается/>.
Тогда по формуле (19) с учетом (20), (21), (22) и(23):
/>
Далее значение расчетного числа позиций контроляокругляется до ближайшего большего целого значения. Т.е. принимается />.
Коэффициент использования данной позиции определяетсяпо формуле:
/> (24)
Тогда по формуле (24):
/>
На рисунке 4 приведена компоновка рассчитанной ГПС.
/>
Рисунок 4 – Схема компоновки рассчитанной ГПС
производственная системазагрузка позиция
Библиографический список
1. Спыну Г.А. Промышленные роботы.Конструирование и применение: Учеб.пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – К.:Выща шк., 1991. – 311 с.: ил.
2. Мельников Г.Н., Вороненко В.П.Проектирование механосборочных цехов; Учебник для студентов машиностр.Специальностей вузов/ Под ред. А.М.Дальского – М.: Машиностроение, 1990. – 352с.: ил.
3. Рубцов А.А., Воронин Ю.В.Механизация и автоматизация производства: Учебное пособие дляпрофессионально-технических училищ. – М.: Машиностроение. 1979. – 119 с., ил.
4. Шандров Б.В., Шапарин А.А.,Чудаков А.Д. Автоматизация производства (металлообработка): Учебник для нач.проф.образования.– М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 256 с., ил.
5. Автоматизация производственныхпроцессов. Под общей редакцией Шаумяна Г.А. «Высшая школа», 1967, 472 с., ил.
6. Справочниктехнолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1 /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. 656 с., ил.
7. Апатов Ю.Л. Проектированиетехнологической части гибкой производственной системы механической обработки:методические указания для выполнения контрольной работы. – Киров: Изд-во ВятГУ,2005. – 40 с.: ил.