Проектирование автоматической линии для условий массового производства детали "шток"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет инженерной механики и машиностроения

По дисциплине: «Теория проектирования автоматизированных станочных комплексов»

На тему: «Спроектировать автоматическую линию для условий массового производства детали «шток»»

ПК.09.024.000.000

Выполнил,

студент группы МС-09м

Бугаев Р.А.

Руководитель

Калафатова Л.П.

Нормоконтролер

Гринев Ю.А.

ДОНЕЦК 200 9

Исходные данные

1 Чертеж детали (Приложение А)

2 Базовый технологический процесс обработки детали

3 Заданная сменная производительность шт/смену

содержит: 28 с., 9 табл., 4 рис., 5 источников, 1 приложение.

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 масового производства детали «Шток». Реализовать структурную схему на практике, выбрав конкретное технологическое оборудование; описать ее работу с помощью циклограммы.

включает: пояснительную записку, которая содержит все необходимые сведения о проектировании АЛ; чертеж детали ( чертеж

ПК09.024.001.000); чертеж компоновки АЛ с обозначением всех позиций

(чертеж ПК09.024.002.000); циклограмма работы АЛ (чертеж ПК09.024.004.000), эскизы наладок на все операции (чертежи ПК09.024.005.000; ПК09.024.006.000; ПК09.024.007.000)

АНАЛИЗ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, РОБОТ, ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА, АТОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ, ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ, ЦИКЛОГРАММА

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА

1.1 Конструкторский анализ

1.2 Разработка маршрутного технологического процесса

1.3 Выбор режимов резания

1.4 Перечень холостых операций при реализации технологического процесса

1.5 Анализ базового операционного технологического процесса по критерию обеспечения заданной сменной производительности обработки

2 Определение рациональной структуры АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

2.1 Расчет требуемой производительности автоматической линии

2.2 Выбор транспортно-загрузочной системы (ТЗС)

2.3 Расчет экономических показателей

3 РАЗРАБОТКА ЦИКЛОГРАММЫ РАБОТЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Спецификация спроектированной автоматической линии

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация современных производственных процессов является одним из важнейших путей повышения производительности труда и экономической эффективности производства. Любые новые неавтоматизированные технологические процессы и оборудование на современном этапе развития промышленности должны рассматриваться как частное, вынужденное решение, когда в конкретных условиях производства еще не созрели технические и технологические предпосылки для его автоматизации. При современном уровне научно-технического прогресса основной формой производства становится комплексно-автоматизированное и высокомеханизированное оборудование и производство. Одна из основных закономерностей развития техники на современном этапе развития заключается в том, что автоматизация проникла во все отрасли техники, во все звенья производственного процесса, вызвала в них революционные, качественные изменения.

Целью курсовой работы является разработка автоматизированной системы машин для изготовления детали «Шток».

При этом необходимо решить следующие задачи: выбрать механизмы рабочих и холостых ходов, используемых в автоматической линии; определить потери времени на выполнение рабочих и холостых ходов; разработать технологический процесс изготовления детали в условиях автоматизированного производства; разработать циклограмму работы автоматической линии; определить производительность реальной автоматической линии.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА

1.1 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.

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.

Базы в процессе обработки – цилиндрические поверхности и торцы детали. Технологический анализ конструкции обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса.

Деталь – шток гидроцилиндра опрокидывающего механизма грузовых автомобилей КрАЗ – представляет собой ступенчатый вал. Она изготавливается из штамповки из стали 45 без термической обработки. Химический состав материала занесен в таблицу 1.

Таблица 1 – Химический состав, %.

Деталь имеет глухое отверстие Ø10,2 мм, необходимое для нарезания внутренней резьбы М12-6Н, что достаточно нетехнологично. Открытый шпоночный паз 5х6 мм длиной 35 мм наиболее целесообразно обработать пальцевой фрезой. Сквозное отверстие Ø22 мм может быть получено однократным сверлением, учитывая большую жесткость детали. Все операции можно выполнить по типовым технологическим процессам, используя стандартный инструмент и оснастку. Легко повреждаемых поверхностей у детали нет.

Упрощение конструкции детали или замена ее элементов ввиду её служебного назначения и тяжелых условий эксплуатации не представляется возможным.

Итак, в целом деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных методов обработки и довольно проста по конструкции.

1.2 Разработка маршрутного технологического процесса

В условиях неавтоматизированного производства при разработки маршрутного технологического процесса нужно руководствоваться следующими правилами:

1) С целью экономии труда и времени технологической подготовки производства использовать типовые процессы обработки детали и типовых поверхностей деталей;

2) Не проектировать обработку на уникальных станках. Применение уникальных и дорогостоящих станков должно быть технологически и экономически оправдано;

3) Использовать по возможности только стандартный режущий и измерительный инструмент;

4) Стремиться применять наиболее совершенные формы организации производства: непрерывные и групповые поточные линии, групповые технологические процессы и групповые наладки на отдельные станки;

5) Обрабатывать наибольшее количество поверхностей данной детали за одну установку.

Рисунок 1.1- Эскиз штока с указанием обрабатываемых поверхностей

Маршрутный технологический процесс обработки детали «Шток» (рис. 1.1) в условиях неавтоматизированного производства:

005 Заготовительная ( штамповка)

010 Фрезерно-центровальная

А Установить и снять заготовку

1. Фрезеровать торцы 1и 14

2. Сверлить центровые отверстия

015 Токарная (черновая)

А Установить и снять заготовку

1. Точить поверхность 6

2. Точить поверхность 3

020 Токарная (чистовая)

А Установить и снять заготовку

1. Точить поверхность 6

2. Точить поверхность 3

3. Точить фаску 2

4. Точить фаску 5

025 Токарная (черновая)

А Установить и снять заготовку

1. Подрезать торец 7

2. Точить поверхность 10, 12.

030 Токарная (чистовая)

А Установить и снять заготовку

1. Точить фаску 13

2. Точить поверхность 10

3. Точить фаску11

4. Точить поверхность 12

5. Точить проточку 8

6. Точить фаску 9

035 Вертикально-фрезерная

А Установить и снять заготовку

1. Фрезеровать шпоночный паз 18

040 Радиально-сверлильная

А Установить и снять заготовку

1. Сверлить сквозное отверстие 19.

045 Слесарная (стол слесарный)

А Установить и снять заготовку

Калибровать резьбу, зачистить заусенцы после фрезеровки

050 Термообработка

1. Закалить HRC 38…42

055 Радиально-сверлильная

1. Сверлить отверстие 17;

2. Зенковать фаску 15

3. Нарезать резьбу 16

060 Круглошлифовальная

А Установить и снять заготовку

1. Шлифовать поверхность 6

Так как технические требования чертежа предполагают термическую обработку, продолжительность которой по времени заведомо превышает все остальные операции в несколько раз, из базового техпроцесса, который в дальнейшем используется для выбора технологического оборудования автоматической линии, необходимо исключить термическую обработку и все последующие операции. В соответствие с указанными рекомендациями и наложенными ограничениями разработан маршрутный техпроцесс по производству штока.

1 .3 Выбор режимов резания и расчет технологической производительности

Выбор режимов резания осуществляется в соответствии с общемашиностроительными нормативами для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Результаты расчетов занесены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Расчет машинного времени выполнения операций

Рассчитаем технологическую производительность:

,

где - машинное время выполнения всех операций.

Критерием оценки технологического процесса есть технологическая производительность, которая определяется по формуле

,

где – машинное время выполнения операции.

.

1.4 Перечень холостых операций при реализации технологического процесса

Для выполнения этого этапа определим все холостые операции, которые необходимо выполнить для реализации всех рабочих операций. Холостые операции содержат действия, которые связаны с ориентацией заготовки в пространстве, подачу заготовки в рабочую зону, закрепление ее на рабочей позиции, и т.д. Результаты выбора холостых операций оформляем в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Перечень холостых операций, необходимых для выполнения рабочих операций ТП

1.5 Определение требуемой производительности

Определение требуемой производительности в условиях неавтоматизированного производства определяется по формуле:

,

где – машинное время выполняемых операций в неавтоматизированном производстве;

– время выполнения холостых операций, .

Определим ожидаемую сменную производительность для данного технологического процесса:

.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Расчет требуемой производительности автоматической линии

При обработке на автоматической линии детали «Шток» технологический процесс дифференцируется на составные части, которые выполняются в разных позициях на разных станках. В процессе обработки – от заготовки к готовой продукции – изделие передается последовательно из позиции в позицию, где получает заданный объем технологического воздействия таким образом, что на каждой позиции выполняется лишь определенная часть обработки. При этом принятые методы, маршрут и режимы обработки, технологические базы и режущий инструмент должны обеспечить выполнение заданных требований качества (точность размеров, шероховатость поверхности и др.).

Число вариантов построения автоматической линии определяется диапазоном между минимальным и максимальным числом рабочих позиций в линии . Минимальное число позиций определяется технологическими возможностями оборудования, что используется. Максимальное число позиций лимитируется необходимостью удовлетворять требованиям качества и точности обработки.

При определении структуры автоматической линии необходимо проанализировать все возможные варианты и для анализа выбрать те, которые обеспечивают заданную производительность.

Разработка вариантов технологического процесса в автоматизированом производстве. На рисунке 2.1 приведен 1 вариант АЛ при q=7:

Вариант №1.

Рисунок 2.1 – Структурный вариант АЛ из 7 рабочих позиций

Лимитирующей позицией является чистовая обработка, для которой t_р =3,67 мин. Производим укрупненный расчет цикловой производительности Q_Ц для данного варианта по формуле:

деталей/смена,

где t_р (q) - время машинной обработки на лимитирующей позиции, мин;

- время несовмещенных вспомогательных ходов цикла;

К_исп =0,75 – ожидаемый коэффициент использования АЛ.

На рисунке 2.2 приведен 2 вариант АЛ при q=6:

Вариант №2

Рисунок 2.2 – Структурный вариант АЛ из 6 рабочих позиций со станками дублерами

Лимитирующей позицией является чистовая обработка с одной стороны детали, для которой t_р =1,01 мин.

деталей/смена.

На рисунке 2.3 приведен 3 вариант АЛ при q=7:

Вариант №3

Рисунок 2.3 – Структурный вариант АЛ из 7 рабочих позиций со станками дублерами и многорезцовой головкой

Лимитирующей позицией является черновая обработка Æ70 при L=856 мм., для которой t_р =0,95 мин.

деталей/смена.

Таким образом, вариант №2 и №3 обеспечивает заданную производительность АЛ, однако Q_ц >Q_треб .

Вариант №2

1. Станок – полуавтомат: фрезеровать торцы 1 и 14 ( ),сверлить центровые отверстия ( ).

2. Станок – полуавтомат: точить поверхности 6 ( ), 3 ( ).

3. Станок – полуавтомат: точить поверхности 6 ( ), 3 ( ); точить фаску 2 ( ), 5 ( ). точить канавки шириной 10 мм на поверхности 9.

4. Станок – полуавтомат: точить торец 7 ( ); точить поверхности 10 ( ), 12 ( ).

5. Станок – полуавтомат: точить фаску 13 ( ), чистовое точение поверхности 12 ( ), точить фаску 11 ( ), точение поверхности 10 ( ), точить канавку 8 ( ), точить фаску 9 ().

6. Станок – агрегатный: сверление отверстий 19 ( ); фрезерование шпоночного паза 18 ( ).

Лимитирующей позицией является токарная операция 2, для которой мин ( деталей/смен).

Уточненный расчет полной производительности выполним по формуле:

,

где К_заг =0.75 – коэффициент загрузки линии как характеристика технических и организационных условий ее эксплуатации;

- время несовмещенных вспомогательных ходов цикла;

∑t_р – суммарные собственные внецикловые затраты (простой на единицу продукции), мин/шт.

Внецикловые затраты определяются по формуле:

,

где ∑t_ин – ожидаемые суммарные внецикловые затраты по инструменту;

∑t_ос – ожидаемые усредненные внецикловые затраты по оснащению.

Затраты времени из-за выхода из строя инструмента определяются по формуле:

,

где t_р – машинное время выполнения составной операции конкретным инструментом, мин;

Т – нормативная стойкость инструмента, мин;

t_з – время, необходимое для замены инструмента при его износе, мин;

t_пр – средняя продолжительность простоев из-за случайных сбоев в работе и поломок инструмента, которые приходятся на период его стойкости, мин.

Значение t_з и t_пр для разных типов инструментов занесены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Расчет времени потерь по инструменту

Расчет ожидаемых внецикловых затрат по оборудованию (для одной позиции) t_ос производим по формуле:

t_ос ,

где t_п – средняя продолжительность простоев j-го нормализованного узла, который входит в состав оснащения конкретной позиции;

t_р – время работы j-го нормализованного узла при выпуске единицы продукции;

k – общее количество нормализованных узлов в оснащении конкретной позиции.

Расчет потерь по оборудованию первого варианта занесены в таблицу 2.2:

Таблица 2.2 – Расчет потерь по оборудованию первого варианта

Таким образом:

(мин).

Производительность данного варианта:

деталей/смену.

Как видно по расчетам, производительность такой системы удовлетворяет заданной производительности.

Вариант №3

1. Станок – полуавтомат: фрезеровать торцы 1 и 14 ( ),сверлить центровые отверстия ( ).

2. Станок – полуавтомат: точить поверхность 6 ( ).

3. Станок – полуавтомат: точить поверхность 3 ( ).

4. Станок – двухсторонний гидрокопировальный полуавтомат: чистовое точение поверхностей 6 ( ), 3 ( ); точить фаску 2 ( ), 5 ().

5. Станок – полуавтомат: точить торец 7 ( ); точить поверхности 10 ( ), 12 ( ).

6. Станок – полуавтомат: точить фаску 13 ( ), чистовое точение поверхности 12 ( ), точить фаску 11 ( ), точение поверхности 10 ( ), точить канавку 8 ( ), точить фаску 9 ().

7. Станок – агрегатный: сверление отверстий 19 ( ); фрезерование шпоночного паза 18 ( ).

Значение t_з и t_пр для разных типов инструментов занесены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Расчет времени потерь по инструменту

Расчет потерь по оборудованию третьего варианта занесены в таблицу 2.4:

Таблица 2.4 – Расчет потерь по оборудованию третьего варианта