Расчет и проектирование автоматической системы технологического оборудования для обработки оси
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
При обработке на автоматической линии детали «Ось» 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 автоматезированом производстве:
Вариант №1.
Рисунок 2.1 - Структурный вариант АЛ из 6 рабочих позиций
Лимитирующей позицией является черновая обработка, для которой tр=3,26 мин. Производим укрупненный расчет цикловой производительности QЦ для данного варианта по формуле:
деталей/смена,
где tр(q) - время машинной обработки на лимитирующей позиции, мин;
- время несовмещенных вспомогательных ходов цикла;
Кисп=0,75 - ожидаемый коэффициент использования АЛ.
Вариант №2
Рисунок 2.2 - Структурный вариант АЛ из 9 рабочих позиций
Лимитирующей позицией является черновая обработка с другой стороны детали, для которой tр=2,81 мин.
деталей/смена.
Вариант №3
Рисунок 2.3 - Структурный вариант АЛ из 14 рабочих позиций
Лимитирующей позицией является черновая обработка 65 при L=140 мм., для которой tр=1,893 мин.
деталей/смена.
Вариант №4
Рисунок 2.4 - Структурный вариант АЛ из 10 рабочих позиций со станком дублером
Лимитирующей позицией является черновая обработка 65 при L=110 мм., для которой tр=1,493 мин.
деталей/смена.
Таким образом, вариант №4 обеспечивает заданную производительность АЛ.
Вариант №1
1. Станок - полуавтомат: точить поверхности 10 (), 8 (), 2 ().
2. Станок - полуавтомат: точить поверхности 8 (), 6 (), 4 (), 2 (); точить фаску 25 ().
3. Стонок - полуавтомат: точить поверхности 7 (), 3 (), 1 (); точить канавки шириной 10 мм на поверхности 9.
4. Станок - полуавтомат: точить поверхности 1 (), 5 (), 7 (); точить фаску 24 ().
5. Станок - полуавтомат: чистовое точение поверхностей 2 (), 4 (), 6 (), точить канавки 12 (), точить фаску 20 (), точить канавку 14 (),точить фаску 23 (), и фаску 19 ().
6. Станок - полуавтомат: чистовое точение поверхностей 1 (), 3 (), 5 (), точить канавку 11 (), точение фасок
7. 21 (), точить канавку 13 (), точить фаску 22 () и фаску 18 ().
8. Станок - полуавтомат: продольное точение поверхности 9 ().
9. Станок - агрегатный: сверление отверстий 15, 16 (); фрезерование лыски 17 ().
Лимитирующей позицией является агрегатная операция 8, для которой мин ( деталей/смен).
Уточненный расчет полной производительности выполним по формуле:
где Кзаг=0.75 - коэффициент загрузки линии как характеристика технических и организационных условий ее эксплуатации;
- время несовмещенных вспомогательных ходов цикла;
?tр - суммарные собственные внецикловые затраты (простой на единицу продукции), мин/шт.
Внецикловые затраты определяются по формуле:
,
где ?tин - ожидаемые суммарные внецикловые затраты по инструменту;
?tос - ожидаемые усредненные внецикловые затраты по оснащению.
Затраты времени из-за выхода из строя инструмента определяются по формуле:
где tр - машинное время выполнения составной операции конкретным инструментом, мин;
Т - нормативная стойкость инструмента, мин;
tз - время, необходимое для замены инструмента при его износе, мин;
tпр - средняя продолжительность простоев из-за случайных сбоев в работе и поломок инструмента, которые приходятся на период его стойкости, мин.
Значение tз и tпр для разных типов инструментов занесены в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 - Расчет времени потерь по инструменту
№ Опер. |
Инструмент |
, мин. |
, мин. |
(+), мин. |
, мин. |
|
1 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,64 |
60 |
1,7 |
0,0181 |
|
2 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,21 |
60 |
1,7 |
0,0059 |
|
3 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,034 |
60 |
1,7 |
0,0009 |
|
4 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,21 |
60 |
1,7 |
0,0059 |
|
5 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,0675 |
60 |
1,7 |
0,0019 |
|
6 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,2 |
60 |
1,7 |
0,0057 |
|
7 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,034 |
60 |
1,7 |
0,0009 |
|
8 |
Резец отогнутый Т5К10 |
0,003 |
60 |
1,7 |
0,00008 |
|
9 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,473 |
60 |
1,7 |
0,0134 |
|
10 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,2 |
60 |
1,7 |
0,0057 |
|
11 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,034 |
60 |
1,7 |
0,0009 |
|
12 |
Резец канавочный специальный Р6М5 |
0,016 |
30 |
1,7 |
0,0009 |
|
13 |
Резец канавочный специальный Р6М5 |
0,016 |
30 |
1,7 |
0,0009 |
|
14 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,034 |
60 |
1,7 |
0,0009 |
|
15 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,0675 |
60 |
1,7 |
0,0019 |
|
16 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,473 |
60 |
1,7 |
0,0134 |
|
17 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,003 |
60 |
1,7 |
0,00008 |
|
18 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,034 |
60 |
3,18 |
0,0018 |
|
19 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,2 |
60 |
3,18 |
0,0106 |
|
20 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,085 |
60 |
3,18 |
0,0045 |
|
21 |
Резец канавочный специальный Т15К6 |
0,0068 |
60 |
3,18 |
0,0003 |
|
22 |
Резец канавочный специальный Т15К6 |
0,0015 |
60 |
3,18 |
0,00008 |
|
23 |
Резец отогнутый Т15К6 |
0,0014 |
60 |
3,18 |
0,00007 |
|
24 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,034 |
60 |
3,18 |
0,0018 |
|
25 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,2 |
60 |
3,18 |
0,0106 |
|
26 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,085 |
60 |
3,18 |
0,0045 |
|
27 |
Резец канавочный специальный Т15К6 |
0,0068 |
60 |
3,18 |
0,0003 |
|
28 |
Резец канавочный специальный Т15К6 |
0,0015 |
60 |
3,18 |
0,00008 |
|
29 |
Резец отогнутый Т15К6 |
0,0014 |
60 |
3,18 |
0,00007 |
|
30 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,746 |
60 |
1,7 |
0,02114 |
|
31 |
Сверло Р6М5 |
0,24 |
15 |
1,18 |
0,0188 |
|
32 |
Торцевая фреза |
0,85 |
180 |
5,12 |
0,0242 |
|
= |
0,17686 |
Расчет ожидаемых внецикловых затрат по оборудованию (для одной позиции) tос производим по формуле:
tос,
где tп - средняя продолжительность простоев j-го нормализованного узла, который входит в состав оснащения конкретной позиции;
tр - время работы j-го нормализованного узла при выпуске единицы продукции;
k - общее количество нормализованных узлов в оснащении конкретной позиции.
Таблица 2.2 - Расчет потерь по оборудованию первого варианта
Наименование позиции |
Наименование механизмов |
Время простоев на 100 мин. работы , мин. |
Время работы j-го нормализованного узла , мин. |
Простои конкретных механизмов, мин. |
|
1. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Гидравлическое оборудование 5. Электрооборудование 6. Система охлаждения 7. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,64 0,64 0,64 0,64 0,64 0,64 0,64 |
0,00352 0,001152 0,000384 0,001088 0,00416 0,000512 0,001536 |
|
0,012352 |
|||||
2. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Узел поперечных суппортов 5. Гидравлическое оборудование 6. Электрооборудование 7. Система охлаждения 8. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06 0,07 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,21 0,21 0,21 0,003 0,21 0,21 0,21 0,21 |
0,001155 0,000378 0,000126 0,0000021 0,000357 0,001365 0,000168 0,000504 |
|
0,004055 |
|||||
3. Токарная с |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Узел поперечных суппортов 4. Гидравлическое оборудование 5. Электрооборудование 6. Система охлаждения 7. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06 0,07 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,473 0,473 0,473 0,016 0,473 0,473 0,473 0,473 |
0,002602 0,000851 0,000284 0,0000112 0,000804 0,003075 0,000378 0,0011385 |
|
0,00914 |
|||||
4. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел поперечных суппортов 4. Узел поперечных суппортов 4. Гидравлическое оборудование 5. Электрооборудование 6. Система охлаждения 7. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,07 0,06 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,473 0,473 0,473 0,003 0,473 0,473 0,473 0,473 |
0,002602 0,000851 0,000331 0,0000018 0,000804 0,003075 0,000378 0,001135 |
|
0,009178 |
|||||
5. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Узел поперечных суппортов 4. Гидравлическое оборудование 5. Электрооборудование 6. Система охлаждения 7. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06 0,07 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,2 0,2 0,2 0,009 0,2 0,2 0,2 0,2 |
0,0011 0,00036 0,00012 0,0000063 0,00034 0,0013 0,00016 0,00048 |
|
0,003866 |
|||||
6. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Узел поперечных суппортов 4. Гидравлическое оборудование 5. Электрооборудование 6. Система охлаждения 7. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06 0,07 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,2 0,2 0,2 0,009 0,2 0,2 0,2 0,2 |
0,0011 0,00036 0,00012 0,0000063 0,00034 0,0013 0,00016 0,00048 |
|
0,003866 |
0,003866 |
||||
7. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Гидравлическое оборудование 5. Электрооборудование 6. Система охлаждения 7. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,746 0,746 0,746 0,746 0,746 0,746 0,746 |
0,004103 0,001343 0,000448 0,001268 0,004849 0,000597 0,00179 |
|
0,014398 |
|||||
8. Агрегатная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Силовая головка для фрезерования 3. Силовая головка для сверления 4. Гидравлическое оборудование 5. Силовой стол с гидроприводом 5. Поворотный стол 6. Электрооборудование 7. Система охлаждения 8. Транспортер стружки |
0,53 0,25 0,18*2 0,17 0,24*2 0,1 0,65 0,08*2 0,24 |
0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 |
0,004505 0,002125 0,00306 0,001445 0,00408 0,00085 0,005525 0,00136 0,00204 |
|
0,02499 |
|||||
0,081845 |
Таким образом:
(мин).
Производительность данного варианта:
деталей/смену.
Вариант №2
1. Станок - двухсторонний гидрокопировальный полуавтомат: точить поверхности 8 (), 2 (), 4 (), 7 (), 3 (), 1 ().
2. Станок - полуавтомат: точить поверхности 10 (), 8 (), 6 (), 2 (); точить фаску 25 (), точить канавку шириной 10 мм на поверхности 9 ().
3. Станок - полуавтомат: точить поверхности 7 (),5 (), 1 (), точить фаску 24 ().
4. Станок - двухсторонний гидрокопировальный полуавтомат: чистовое точение поверхностей 2 (), 4 (), 6 (), точить канавки 12 (), точить фаску 20 (), точить канавку 14 (),точить фаску 23 (), и фаску 19 () с одной стороны; чистовое точение поверхностей 1 (), 3 (), 5 (), точить канавку 11 (), точить фаску 21 (), точить канавку 13 (), точить фаску 22 () и фаску 18 () с другой стороны.
5. Станок - полуавтомат: продольное точение поверхности 9 ().
6. Станок - агрегатный: сверление отверстий 15, 16 (); фрезерование лыски 17 ().
Значение tз и tпр для разных типов инструментов занесены в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 - Расчет времени потерь по инструменту
№ Опер. |
Инструмент |
, мин. |
, мин. |
(+), мин. |
, мин. |
|
1 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,64 |
60 |
1,7 |
0,0181 |
|
2 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,21 |
60 |
1,7 |
0,0059 |
|
3 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,034 |
60 |
1,7 |
0,0009 |
|
4 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,21 |
60 |
1,7 |
0,0059 |
|
5 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,0675 |
60 |
1,7 |
0,0019 |
|
6 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,2 |
60 |
1,7 |
0,0057 |
|
7 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,034 |
60 |
1,7 |
0,0009 |
|
8 |
Резец отогнутый Т5К10 |
0,003 |
60 |
1,7 |
0,00008 |
|
9 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,473 |
60 |
1,7 |
0,0134 |
|
10 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,2 |
60 |
1,7 |
0,0057 |
|
11 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,034 |
60 |
1,7 |
0,0009 |
|
12 |
Резец канавочный специальный Р6М5 |
0,016 |
30 |
1,7 |
0,0009 |
|
13 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,034 |
60 |
1,7 |
0,0009 |
|
14 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,0675 |
60 |
1,7 |
0,0019 |
|
15 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,473 |
60 |
1,7 |
0,0134 |
|
16 |
Резец упорный проходной Т5К10 |
0,003 |
60 |
1,7 |
0,00008 |
|
17 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,034 |
60 |
3,18 |
0,0018 |
|
18 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,2 |
60 |
3,18 |
0,0106 |
|
19 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,085 |
60 |
3,18 |
0,0045 |
|
20 |
Резец канавочный специальный Т15К6 |
0,0068 |
60 |
3,18 |
0,0003 |
|
21 |
Резец канавочный специальный Т15К6 |
0,0015 |
60 |
3,18 |
0,00008 |
|
22 |
Резец отогнутый Т15К6 |
0,0014 |
60 |
3,18 |
0,00007 |
|
23 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,034 |
60 |
3,18 |
0,0018 |
|
24 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,2 |
60 |
3,18 |
0,0106 |
|
25 |
Резец упорный проходной Т15К6 |
0,085 |
60 |
3,18 |
0,0045 |
|
26 |
Резец канавочный специальный Т15К6 |
0,0068 |
60 |
3,18 |
0,0003 |
|
27 |
Резец канавочный специальный Т15К6 |
0,0015 |
60 |
3,18 |
0,00008 |
|
28 |
Резец отогнутый Т15К6 |
0,0014 |
60 |
3,18 |
0,00007 |
|
29 |
Резец упорный проходной (правый) Т5К10 |
0,746 |
60 |
1,7 |
0,02114 |
|
30 |
Сверло Р6М5 |
0,24 |
15 |
1,18 |
0,0188 |
|
31 |
Торцевая фреза |
0,85 |
180 |
5,12 |
0,0242 |
|
= |
0,1754 |
Таблица 2.4 - Расчет потерь по оборудованию первого варианта
Наименование позиции |
Наименование механизмов |
Время простоев на 100 мин. работы , мин. |
Время работы j-го нормализованного узла , мин. |
Простои конкретных механизмов , мин. |
|
1. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Гидравлическое оборудование 5. Электрооборудование 6. Система охлаждения 7. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06*2 0,17 0,65 0,08*2 0,24 |
0,437 0,437 0,437 0,437 0,437 0,437 0,437 |
0,002404 0,000787 0,000524 0,000743 0,002841 0,000699 0,001049 |
|
0,009046 |
|||||
2. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Узел поперечных суппортов 5. Гидравлическое оборудование 6. Электрооборудование 7. Система охлаждения 8. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06 0,07 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,64 0,64 0,64 0,016 0,64 0,64 0,64 0,64 |
0,00352 0,001152 0,000384 0,0000112 0,001088 0,00416 0,000512 0,001536 |
|
0,012363 |
|||||
3. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Узел поперечных суппортов 4. Гидравлическое оборудование 5. Электрооборудование 6. Система охлаждения 7. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06*2 0,07*2 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,2 0,2 0,2 0,009 0,2 0,2 0,2 0,2 |
0,0011 0,00036 0,00012 0,0000063 0,00034 0,0013 0,00016 0,00048 |
|
0,003866 |
|||||
4. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Узел поперечных суппортов 4. Гидравлическое оборудование 5. Электрооборудование 6. Система охлаждения 7. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06 0,07 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,2 0,2 0,2 0,009 0,2 0,2 0,2 0,2 |
0,0011 0,00036 0,00012 0,0000063 0,00034 0,0013 0,00016 0,00048 |
|
0,003866 |
|||||
5. Токарная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Шпиндельный блок с механизмом фиксации и приводом вращения 3. Узел продольных суппортов 4. Гидравлическое оборудование 5. Электрооборудование 6. Система охлаждения 7. Транспортер стружки |
0,55 0,18 0,06 0,17 0,65 0,08 0,24 |
0,746 0,746 0,746 0,746 0,746 0,746 0,746 |
0,004103 0,001343 0,000448 0,001268 0,004849 0,000597 0,00179 |
|
0,014398 |
|||||
6. Агрегатная |
1. Узел подачи и зажима заготовки 2. Силовая головка для фрезерования 3. Силовая головка для сверления 4. Гидравлическое оборудование 5. Силовой стол с гидроприводом 5. Поворотный стол 6. Электрооборудование 7. Система охлаждения 8. Транспортер стружки |
0,53 0,25 0,18*2 0,17 0,24*2 0,1 0,65 0,08*2 0,24 |
0,85 0,85 0,12 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 |
0,004505 0,002125 0,00306 0,001445 0,00408 0,00085 0,005525 0,00136 0,00204 |
|
0,02499 |
|||||
0,068529 |
Таким образом:
мин.
Производительность данного варианта:
деталей/смену;