Технологические основы гибких производственных систем

гау.cdw

К.Р..doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное агентство по образованию
КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Технологии машиностроения металлорежущие станки
по дисциплине “Технологические основы гибких производственных
на тему «Проектирование ГАУ по производству деталей типа стойка»
Номер группы Фамилия и.о.
Описание структуры и принципа работы ГАУ 5
Расчет количества основного оборудования 6
Выбор структуры и расчет АТСС 7
Расчет характеристик транспорта АТСС 8
Выбор структуры и расчет АСИО 9
Расчёт загрузки транспорта АСИО 11
Список использованной литературы 13
В современном машиностроении важным является создание высокопроизводительных и экономически выгодных технологий изготовления деталей. Для этого применяют типовые и групповые методы обработки деталей новое оборудования что способствует снижению их материалоемкости и энергоемкости внедрению малоотходных и безотходных технологических процессов уменьшению трудоемкости изготовления продукции за счет широкого внедрения различных средств автоматизации и механизации в том числе робототехники.
Технологический процесс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкции изделия но и непрерывным совершенствованием технологии производства. В настоящее время важно при минимальных затратах и в заданные сроки изготовить изделие; применив современное оборудование технологическую оснастку средства механизации и автоматизации.
Одним из основных направлений повышения эффективности производства является его автоматизация. Основной путь автоматизации механической обработки в серийном производстве - применение станков с числовым программным управлением. Известно что такая автоматизация в значительной степени сокращает штучное время улучшает условия труда способствует использованию многостаночного обслуживания снижает себестоимость и уменьшает затраты на изготовление. Кроме того применение автоматизированных транспортно-складских систем (АТСС) автоматизированных систем инструментального обеспечения (АСИО) и систем удаления отходов позволяет повысить эффективность и производительность производственного процесса и одновременно свести к минимуму долю низко квалифицированного ручного труда.
Целью данной работы является проектирование ГАУ обработки деталей типа диск. В результате проектирования решаются задачи по выбору и определению состава основного технологического оборудования выбору структуры и расчету характеристик АТСС и АСИО а также производится разработка планировочной схемы проектируемой ГАУ.
Годовой объем выпуска изделий Nгод =20000 шт.
Сведения о детали – представителе
а) годовой объем выпуска –1000 шт.
б) наибольший габаритный размер детали –275 мм.
в) масса детали –85 г.
г) маршрутный технологический процесс изготовления
Механическая обработка производится на двухшпиндельном обрабатывающем токарном центре TWIN 42. Применяется базирование по необработанным поверхностям. Но при этом в процессе обработки производится переустановка. Применение обрабатывающего центра позволит так же автоматизировать контрольные операции применяя измерительную головку.
Горизонтальный двухшпиндельный обрабатывающий токарный центр TWIN 42
Технические характеристики станка
Расстояние между шпинделями мм
Диаметр прутка макс. мм
Мощность привода шпинделя 1 2 (100% о. д. в.) кВт
Частота вращения до мин-1
Ход салазок (X1 X2) поперечный мм
Ход салазок (Z1 Z2) продольный мм
Поперечный ход шпинделя 2 мм
Ось B диапазон поворотаградусов
Инструментальные позиции с приводом
DMG ControlPanel с 15" TFT экраном и программным обеспечением 3D
Siemens 840D powerline
Габаритные размеры станка
Нормы времени на операцию
Наименование и краткое содержание операций
Описание структуры и принципа работы гибкого автоматизированного участка
Все системы обеспечения функционирования ГПС частично или полностью входят в состав гибкого автоматизированного участка (ГАУ).
Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) – участок цеха технологическое оборудование которого состоит преимущественно из ГПС ГПЯ ГПМ. В отличии от линии участок представляет собой структурную разновидность ГПС в которой имеется возможность изменения маршрута прохождения изделий по отдельным единицам технологического оборудования. Это наиболее распространенный вид ГПС.
Обязательным признаком ГАУ является прямое ЧПУ от центральной ЭВМ станками другими рабочими машинами и всеми обеспечивающими их функционирование системами в диалоговом режиме. Поскольку технологическое оборудование ГАУ расположено не в строгой очередности определяемой маршрутом обработки то ГАУ отличаются высокой гибкостью и переналаживаемостью что обуславливает большую номенклатуру изделий.
ГАУ состоит из двух (и более) единиц основного оборудования загрузочно-разгрузочных устройств устройств автоматической смены инструмента накопительных устройств. Участок может функционировать автономно и представлять собой технически законченное целое и имеет свою локальную систему управления; возможность встраивания в систему более высокого уровня позволяет спроектировав ГАУ начинать внедрять его по частям как ГПС более низкого уровня. Степень автоматизации как самого ГАУ так и его функциональных систем может быть различной. ГАУ обладает так же свойством быстрой переналадки на изготовление новых деталей и изделий произвольной номенклатуры. Особенностью обработки на ГАУ является возможность изготовления детали на одном или нескольких станках в любой последовательности.
В нашем случае в ГАУ используются горизонтальные двухшпиндельные обрабатывающие токарные центры. Заготовки и инструмент хранятся на автоматизированных складах. Инструменты перемещаются роботом оператором из автоматизированного склада к нужному станку. Заготовки перемещаются со склада краном-штабелером на промежуточно-накопительные станции а оттуда с помощью роботов доставляются в рабочую область станка.
Расчет количества основного оборудования
Расчет количества основного технологического оборудования производится на основе разработанных технологических процессов изготовления изделий. Для этого определяется время работы станков ( станкоемкость ) на различных операциях затем с учетом объема выпуска изделий каждого наименования рассчитывается количество станков.
- расчетное количество станков на
- штучно-калькуляционному времени выполнения
- годовой объем выпуска изделия j-го наименования;
- эффективный годовой фонд времени работы оборудования ч.
=5720 чдля трёхсменного режима работы.
=101 округляем до =2
Межстаночное расстояние принимаем равным 1200 мм.
Выбираем ПР модели М40П.05.01 портального типа со следующими характеристиками: грузоподьемность 40 кг погрешность позиционирования ±10 мм управление позиционное наибольший вылет руки 630 мм. Линейные перемещения по осям: Х (при скорости 08 мс) 1080 мм r (при скорости 04 мс) 500 мм. Угловые перемещения по осям: φ (при скорости 90 градсек) 100 (при скорости 45 градсек) 90 (при скорости 90 градсек) 180.
Помимо вышеперечисленного оборудования в состав ГАУ входит моечно-сушильный аппарат МСА-3702 с габаритами 4830×3375×2865 мм; координатно-измерительная машина EURO-C0574 с габаритами 1400×1340×2185.
Выбор структуры и расчет АТСС
Автоматизированная складская система (АТСС) - система взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств для укладки хранения временного накопления и доставки предметов труда технологической оснастки.
По характеру организации потоков заготовок и деталей АТСС можно подразделить на:
- АТСС с единой системой складирования и транспортирования
- АТСС с раздельными подсистемами складирования и транспортирования
Разнообразие компоновочных решении АТСС определяется главным образом реализацией транспортных потоков и может быть сведено к четырем типам:
АТСС с краном - штабелёром и совмещенными подсистемами складирования и транспортирования;
АТСС с рельсовым транспортом и раздельными подсистемами складирования и транспортирования;
АТСС с робокарами и раздельными подсистемами складирования и транспортирования;
АТСС с конвейерами и совмещёнными или раздельными подсистемами складирования и транспортирования.
Учитывая характер проектируемой ГПС выбираем АТСС с единой системой складирования и транспортирования.
Основной расчетной характеристикой склада является его емкость которая определяется через число наименований (Кнаим) деталей-установок изготавливаемых в ГПС в течение месяца:
где Fмес - месячный фонд времени работы станка ч;
Fоб=5720 ч. - эффективный годовой фонд времени при трёхсменном режиме работы;
Fмес=572012=47667 ч.
S =2 - число станков в ГАУ;
Тср - средняя станкоемкость изготовления одной деталей-установки мин.
m - число операций технологического процесса изготовления детали-представителя;
Тср = 17321 =1732 мин.
Nмес =83 шт.- месячный объем выпуска деталей-представителей
Округляем до ближайшего большего целого Кнаим=40 шт.
Полученное число определяет минимальное число ячеек склада. Для нормальной работы ГПС необходимо чтобы ёмкость склада имела некоторый запас (около 10%) тогда оптимальная ёмкость склада будет равна:
Eс = 11· 40=44 ячейки.
Поскольку детали в АТСС будут передаваться не поштучно а в таре (поддонах кассетах и т.п.) то выберем размер тары 450450 мм. С учетом формы габаритных размеров (275245) и характера расположения заготовок подсчитаем число заготовок в таре (емкость тары):
Расположим склад вдоль линии станков и расчитаем длину склада
Lc = 2×2110+1400+1400+4830+1000+1340=14190 м.
В одном ярусе располагается 14190 : 500 = 284 29 ячеек.
Количество ярусов: 44 : 29 = 152 2.
Высота склада: 450 + 2400 = 1250 мм что удовлетворяет техническим характеристикам выбранного склада.
Расчет характеристик транспорта АТСС
Изобразим компоновочную схему ГАУ (рис.1) на которой обозначено:
ПНС –промежуточная накопительная станция;
МСА – моечно-сушильный агрегат;
КИМ – контрольно измерительная машина;
ПР - промышленный робот подвесного типа.
Примем следующий маршрут прохождения тары (поддона) с заготовками:
Склад – ПНС – склад –МСА – склад – КИМ – склад.
Кстел-ст (Кпоз-ст) = 3;
При месячном выпуске 20000 : 12 = 16666 1667 деталей и с учетом того что транспортируется поддон с 25 заготовками количество перемещений крана-штабелера:
Кстел-ст (Кпоз-ст) = 3 × 1667 25 =200;
Проведем расчет загрузки крана-штабелера склада.
Средняя длина перемещений:
а) горизонтального L
б) вертикального Ly = 1 м;
в) поперечного Lz = 05 ( Встел + ВЗУ(ПНС)) + В стел-ЗУ(ПНС) = 05 (400 + 1050) + 1200 = 1925 мм 19 м;
где Встел - ширина ячейки склада;
ВЗУ(ПНС) - ширина загрузочного устройства (промежуточной накопительной станции);
В стел-ЗУ(ПНС)) – расстояние между складом и загрузочным устройством (промежуточной накопительной станцией).
Время подхода крана-штабелера:
Т=2(Тк + Тпод + Тсп) = 2( 002 +032 + 020) = 108 мин.
Время работы крана-штабелера:
Тогда коэффициент загрузки крана-штабелера:
Выбор структуры и расчет АСИО
Автоматизированная система инструментального обеспечения – система взаимосвязанных элементов включающая участки подготовки инструмента его транспортирования накопления устройства смены и контроля качества инструмента обеспечивающие подготовку хранение автоматическую смену и замену инструмента.
Все разнообразие компоновочных схем АСИО можно свести к 6 типам:
Тип 1 - АСИО с запасом инструментальных комплектов размещенных в инструментальных магазинах станков ГПС;
Тип 2.1 -АСИО с автоматизированным складом (накопителем) инструментальных комплектов при каждом станке ГПС;
Тип 2.2. 1 - АСИО с совмещенными подсистемами складирования и транспортирования инструментальных комплектов;
Тип 2.3 - АСИО объединенная с АТСС;
Тип 3 - АСИО со сменными инструментальными магазинами.
При выборе типа АСИО определяющим является суммарное количество необходимых для обработки месячной нормы деталей-установок:
Кин = Кнаим (К1 + КД)
гдеКнаим - число наименований деталей-установок;
К1 -число инструментов для обработки одной детали-установки;
КД - число инструментов-дублеров на одну деталь-установку.
Дублеры необходимы для инструментов с малой стойкостью (сверла особенно малого диаметра). В расчетах можно принимать КД = 2-3.
гдеТср - средняя станкоемкость обработки одной детали-установки; Тин - среднее время работы одного инструмента;
KS-число типоразмеров инструментов требуемых для полной обработки детали-представителя;
m - число операций технологического процесса изготовления детали -представителя.
Из технологического процесса находим kS = 15 m = 1.
Кнаим = 40 (из расчета АТСС).
Кин = 40 · (10 + 2) = 480;
Поскольку инструменты входящие в АСИО хранятся не только на центральном инструментальном складе но и в магазинах станков то емкость ЦИС определяется как:
где Еmci – емкость инструментального магазина i-го станка ГПС.
Емкость инструментального магазина станка TWIN 42 составляет 24 позиции.
Из расчета делаем вывод: выбираем 2.1 - АСИО с автоматизированным складом (накопителем) инструментальных комплектов при каждом станке ГПС. Так как инструмент на участке находится однотипный ввиду применения одного типа станков можно принять схему хранения инструмента в поштучно. Выбираем шаг хранения инструмента t=120 мм.
Тогда в первом ряду расположится инструментов шт.
Высота склада: Hс=450+4·400=2050 мм
Расчёт загрузки транспорта АСИО
В АСИО смена инструментов осуществляется роботами-операторами (РО) работа которых во многом напоминает работу штабелёров. Для расчёта количества роботов-операторов (коэффициента их загрузки) необходимо знать суммарное время их работы: Кро= где -суммарное время работы робота-оператора в течение месяца ч; - месячный фонд времени работы робота-оператора ч.
Для расчёта загрузки РО на складе примем что инструмент необходимый для доставки находится в центре инструментального склада. Считаем что инструмент доставляется к станку без очерёдности их загрузки и без учёта инструментальной ёмкости магазинов-накопителей при станках.
Среднее перемещение робота-оператора на инструментальном складе:
Lсрy=1 м; Lсрz=1025 м
Среднее перемещение робота-оператора при доставке инструмента к инструментальному магазину станка:
Определим основные расчётные характеристики робота-оператора характеризующие его работу на участке.
Твв=6·Тк+4·Тпод+2·Тпов+3·(Тв+Тп)+Тчк
Тсм=4·Тк+3·Тпод+2·(Тв+Тп)+Тпов
где Твв - время ввода-вывода одного инструмента;
Тк - время передачи управляющей команды от ЭВМ к роботу-оператору;
Тпод - среднее время подхода робота-оператора к заданному гнезду;
Тв -время выполнения роботом-оператором перехода «взять инструмент»;
Тп- время выполнения роботом-оператором перехода «поставить инструмент»;
Тсм – время смены одного инструмента;
Тпов - время поворота захвата на 180°;
Тк=002 мин; Тчк=01 мин;
Тв= Тп =02 мин; Тпов=004 мин.
Время необходимое для осуществления тех или иных действий робота-оператора определяется исходя из совершаемых перемещений и скоростей этих перемещений.
VVy=24 ммин; Vz=18 ммин
Исходя из найденных перемещений по известным значениям скоростей перемещения найдем время подвода робота-оператора:
Твв=6·0.02+4·0.3+2·0.04+3·(0.2+0.2)+0.1=2.7 мин
Тсм=4·002+3·03+2·(02+02)+004=182 мин
Найдём коэффициент загрузки робота-оператора:
На основании найденного значения коэффициента загрузки робота-оператора делаем вывод о целесообразности выбора АСИО этого типа для обработки детали представителя.
Список использованной литературы
Обработка металлов резанием: Справочник технолога. Под ред. А.А. Панова. - М.: Машиностроение 1988. - 736 с.
Справочник технолога-машиностроения: В 2-х т. Т.1. Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К. Мещерякова. — М.: Машиностроение 1985. - 656 с.
Справочник технолога-машиностроения: В 2-х т. Т.2. Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение 1987. - 496 с.
Технологические основы ГПС. Под ред. Ю.С. Соломенцева. - М.: Машиностроение 1991. - 240 с.
Моисеев Ю.И. Технологическое проектирование гибких производственных систем в машиностроении: Учеб. пособие. — Курган: Изд-во КМИ 1996.-87 с.
Мосталыгин Г.П. Орлов В.Н. Проектирование технологических процессов обработки заготовок: Учебное пособие. – Свердловск: Изд-во КМИ 1991.-111 с.
Моисеев Ю.И. Котюк В.А. Классификация и выбор систем складирования транспортирования и инструментального обеспечения гибких автоматизированных производств: Учеб. пособие. — Курган: Изд-во КМИ 1993.-58 с.