Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Камская государственная инженерно-экономическая  академия 

Кафедра АиИТ  
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

по дисциплине «Автоматизация процессов и производств» 
 

Выполнил: студент гр.4341

Ибрагимов И.К. 

Проверила: профессор

Симонова  Л.А. 
 
 
 
 
 
 

г. Наб. Челны-2010 г.

Содержание

1. Задание  на проектирование

      Исходные  данные

      Деталь  штуцер

      Материал  сталь Круг 20б ГОСТ 1050-88

      Размер  партии   50 штук 1 смена

      Заготовка вида с размерами  77 Х 35 мм

      Маршрут обработки детали

2. Разработка  планировки участка

2.1. Расчет режимов резания

      При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

      Таблица 1.

      Режимы  резания токарных операций

    Элементы  режимов резания:

    Глубина резания: t: при черновой обработке назначают по возможности максимальную t, равную всему припуску на обработку или большей его части (75%); при чистовой обработке - в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.

    Подача s: при черновой обработке выбирают максимально возможную подачу, исходя из жесткости и прочности системы СПИД, мощности привода станка, прочности твердосплавной пластинки и других ограничивающих факторов; при чистовой обработке - в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обработанной поверхности.

    Подача  на оборот (мм/об):

                                                   (1)

где:   S_О - табличное значение подачи;

    Скорость  резания v (м/мин): рассчитывают по формуле, установленной для каждого вида обработки, которая имеет общий вид:

                  (2)

где:   v_табл - табличное значение скорости резания;

    Число оборотов (об/мин) шпинделя определяется по формуле:

                                                                                                            (3)

где:    d - наибольший диаметр обрабатываемой детали;

v - скорость резания (м/мин);

    Минутная  подача (мм/мин) рассчитывается по формуле:   

                                                           (4)

2.2. Технологическое  нормирование операций

    Норма времени - это регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации В машиностроении норма времени обычно устанавливается на технологическую операцию.

Штучное время обработки детали:

T_шт = Т_ас + Т_всп + Т_обс + Т_пер, мин                           (5)

где Т_ао - время автоматической обработки, состоит из времени на совершение инструментом холостых и рабочих ходов:

Т_ао = Т_х.х. + Т_р.х.                                                      (6)

    Время холостых ходов: 

, мин                                                     (7)

где    L_i - длина i-ого холостого хода, мм

      v - скорость быстрого перемещения станка, мм/мин

      N - количество холостых ходов.

Время рабочих ходов:                                                                      (8)

Где T_p.x.i - время i- ого рабочего хода, мин

                                                                                                       (9)

где    L - длина обрабатываемой поверхности, мм,

      l - длина врезания, перебега и ускоренного подвода инструмента, мм. Для станков с ЧПУ в большинстве случаев принимается 1-2 мм вследствие высокой жесткости системы СПИД.

      i - число рабочих ходов,

      n - частота вращения заготовки или инструмента, об/мин,

      s - подача на один оборот, мм/об

Вспомогательное время: Т_всп = Т_в.у. + Т_м.в.                                                        (10)

      Вспомогательное время, затрачиваемое на осуществление действий, создающих выполнение основной работы, являющейся целью технологической операции или перехода и повторяющейся с каждым изделием или через определенное их число. Вспомогательное время, включающее Т_в.у. на установку и снятие заготовки и машинно-вспомогательное  время  Т_м.в.,  включает  комплекс  приемов,  связанных с позиционированием, ускоренным перемещением рабочих органов станка, подводом инструмента вдоль оси в зону обработки и последующим отводом, автоматической смены режущего инструмента путем поворота револьверной головки (резцедержателя) или из инструментального магазина. Эти элементы времени зависят от скоростей перемещений рабочих органов и длины перемещений. При составлении программы управления (ПУ) следует  учитывать  возможность  совмещения  приемов  и  назначать  такую последовательность выполнения переходов обработки, чтобы Т_м.в. было минимальным. Значения Т_в.у. и Т_м.в. берутся из справочных таблиц (табл. 12, с.604 [7]).

    Оперативное время рассчитывается по формуле: Т_оп = Т_ао + Т_всп.

    Т_обс - время обслуживания рабочего места, мин. В состав работ по организационному обслуживанию рабочего места выключены: осмотр, нагрев системы СПУ и гидросистемы, опробование оборудования, получение инструмента от мастера в течение смены, смазывание и очистка станка в течение смены, предъявление контролеру ОТК пробной детали, уборка станка и рабочего места по окончанию работы. К техническому обслуживанию рабочего места относятся: смена затупившегося инструмента, коррекция инструмента на заданные размеры, регулирование и подналадка станка в течение смены, удаление стружки из зоны резания в процессе работы.

    Т_п- время на личные потребности, мин. Время обслуживания рабочего места и время на личные потребности, назначается в процентах от оперативного времени.

    Штучное время определяется по формуле (6) для  каждой операции.

    Штучно-калькуляционное  время: ,                            (11)

    Тшт-к =0,22446125+12/50 = 2,62446125

где N - размер партии деталей, запускаемых в производство,

    Т_п-з - подготовительно-заключительное время на партию, мин.

    Подготовительно-заключительное время Т_п-з при обработке на станках с ЧПУ состоит из затрат времени Т_п-з1 из затрат Т_п-з2, учитывающих дополнительные работы, и времени Т_п-з3 на пробную обработку детали:

    Т_п-з = Т_п-з1 + Т_п-з2 + Т_п-з3                                                                                                                     (12)

    В затраты Т_п-з1 включено время на получение наряда, чертежа, технологический документации на рабочем месте в начале работы и на сдачу в конце смены На ознакомление с документами и осмотр заготовки затрачивается 4 мин, на инструктаж мастера - 2 мин, на установку рабочих органов станка или зажимного приспособления по двум координатам в нулевое положение - 4 мин, на установку перфоленты - 2 мин, итого на комплекс приемов - 12 мин Для всех станков с ЧПУ принята единая норма Т_п-з1 =12 мин.

2.3. Расчет количества  станков

    Расчетное количество станков для каждой операции определяется по формуле:

                                                       (13)

где    t_штш - штучное время на i-ойоперации;

п - количество выпускаемых деталей в смену;

Ф - фонд работы оборудования в смену;

    Принятое  число К_прин оборудования получается из расчетного путем округления последнего в большую сторону.

    Определяется  общее количество основного оборудования.

    Ф=2*8*60=960

     ст.

    Применяем: один станок.

2.4. Выбор основного  оборудования

    Выбор автоматизированного металлорежущего  оборудования определяется конструктивно-технологическими особенностями обрабатываемых изделий, режимами резания. Оборудование должно быть способным работать в условиях автоматизированного производства, должно быть с ЧПУ Станки должны быть быстропереналаживаемыми при переходе на производство другого изделия.

    Определенную  модель станка выбирают из следующих  соображений:

• Соответствие станка по производительности заданному масштабу производства;
• Соответствие основных размеров станка габаритам обрабатываемой детали;
• Возможность работы на оптимальных режимах работы;
• Соответствие станка по мощности;
• Необходимость концентрации операций на станке с целью комплексной обработки тел вращения;
• Комплексная патронная обработка сложных изделий из черных металлов в условиях гибкого автоматизированного производства.

     В связи с вышеперечисленным  выбираем токарный станок  с ЧПУ МК7601

     ЧПУ МК7601 предназначен для токарной и токарно-многоцелевой высокопроизводительной обработки деталей типа тел вращения с профилем различной сложности, имеет возможность осуществления твердого точения. При оснащении револьверными головками с вращающимся инструментом имеет возможность выполнения фрезерных, сверлильных и расточных операций. Токарный станок с ЧПУ МК7601 оснащается СЧПУ и электроприводами, как отечественного исполнения, так и производства зарубежных фирм SIEMENS, FANUC.

2.5. Выбор вспомогательного  оборудования

      Вспомогательное оборудование необходимо для выполнения работ не связанных с обработкой детали. К таким работам относятся  перемещение заготовки от одного станка к другому, к конвейеру, межоперационного накопления заготовок, транспортировка заготовок и готовых деталей.

      Автоматизированная  транспортно-складная система (АТСС) содержит основное и вспомогательное оборудование для складирования, транспортирования и межоперационного накопления заготовок, деталей, инструментов технологической оснастки в ГПС.

      К основному оборудованию для данного  участка относятся:

1. Промышленный робот. м20п40.01
2. Транспортная  рельсовая тележка

      3. Тактовый стол-накопитель.

      Промышленный  робот м20п40.01 предназначен для автоматизации установки – снятия заготовок и других вспомогательных операций при обслуживании станков с ЧПУ. Устройство данного типа может обслуживать один или два станка и образовывать вместе с накопительными и транспортными устройствами гибкий производственный обрабатывающий комплекс, предназначенный для продолжительной работы без участия оператора.

2.6. Разработка участка

      При разработке участка учитываются  следующие требования:

• компактность расстановки оборудования;

• выполнение техпроцесса;

• оптимальное  количество вспомогательного оборудования,

• размеры  должны вписываться в сетку колонн корпуса;

• связывание с транспортными системами.

    Участок состоит из станка, которые обслуживается  промышленным роботом ПР М20П40. Тележка с заготовками подаются на тактовый стол, стоящий перед  токарными станками, с которого робот снимает заготовки, и переносит их на обработку. По окончании обработки, робот снимает деталь и переносит её на тактовый стол накопитель, с которой берет новую заготовку и устанавливает её на станок. После окончания обработки всех заготовок, подъезжает тележка и перевозит заготовки на склад.  

3. Разработка циклограммы

3.1. Описание датчиков

    Для управления ходом технологического процесса необходимо на гибком автоматическом участке расставить датчики.

      Количество датчиков определяется  типом используемого оборудования.

    S1 – датчик наличие заготовки на столе-накопителе

    S2 – датчик наличие заготовки на столе-накопителе

    S3 – датчик включения/выключения электродвигателя стола-накопителя

    S4 – датчик вертикального перемещения руки робота

    S5 – датчик линейного перемещения руки робота

    S6 – датчик поворота руки робота

    S7 – датчик зажатия руки робота

    S8 – датчик разжатия руки робота

    S9 – датчик наличия заготовки в ЗУ робота

    S10 – датчик наличия заготовки в патроне

    S11 – датчик включения/выключения электродвигателя

    S12 – датчик зажима-разжима заготовки в патроне.

3.2. Описание циклограммы

    Для обеспечения работы транспортной системы  и для взаимодействия всех промежуточных позиций в пределах гибкого автоматизированного участка необходимо построение циклограммы.

    На  основе циклограммы при знании времени  срабатывании датчиков, времени автоматической обработки на станках и продолжительности  всех действий (зажим патрона, перемещения руки робота и др.) составляется программа для перемещений робота.

    Поступление заготовок на участок регистрирует тактильный датчик S1. Далее включается электродвигатель стола накопителя S3, заготовка движется по столу и при срабатывании S2, двигатель выключается S3. Рука робота опуcкается S4, зажимает заготовку S7, при ее наличии в руке S9, рука поднимается S4, поворачивается S6, опускается S4 и устанавливает заготовку в шпиндель S5. Патрон зажимает заготовку S12, после подтверждения наличия детали в патроне S10 рука робота разжимает заготовку S8 и при ее отсутствии в руке S9 поднимается S4. Далее включается двигатель токарного станка S11. После обработка двигатель выключается S11, робот опускается S4, зажимает деталь S7, при ее наличии в руке патрон разжимает деталь S12 и при ее отсутствии в патроне S10 робот последовательно перемещается к столу- накопителю S4-S5-S4. Разжимает деталь S8, после подтверждения ее отсутствия рука поднимается S4. И при наличии ее на столе S2 включается двигатель S3.

      При появлении сигнала от датчика  S1 двигатель выключается S3 и цикл заканчивается.

4. Разработка наладки

    При написании программы для станка с ЧПУ необходимо иметь перед  собой эскиз того участка детали, где происходит обработка с указанием  систем координат станка, приспособления, инструмента, холостых и рабочих ходов инструмента. При проектировании наладки необходимо выбирать рабочие и холостые ходы таким образом, чтобы время на их совершение было минимальным и происходила обработка с заданной точностью и шероховатостью.

    Выбор систем координат детали и инструмента  осуществляют из удобств программирования.

    Для станков с ЧПУ существует большое  количество функций. Функция «G» всегда задается непосредственно после кадра.

    Последовательность  записи в кадре:

    1. номер кадра (Nxx)

    2. подготовительная функция (Gxx)

    3. размерные перемещения (Xnn,Ynn,Znn)

    4. подача, скорость (Fnn, Snn)

    5. вспомогательная функция (Мхх)

    6. конец кадра LF

Операция  точения: 

      N1 G99 G21 M42

      N2 M3 S500

      N3 T101

      N4 G0 X35 Z5 M8

      N5 G1 Z0 F1.5

      N6 X-0.5 F0.25

      N7 G0 X30 W0.5

      N8 G1 Z-77.5 F0.3

      N9 G0 Z0.5 U0.5

      N10 G1 X30 F0.5

      N11 G90 U-3 W-62.5 F0.3

      N12 X22 F0.2

      N13 Z-57.1 F0.35

      N14 X30 W-0.8

      N15 G0 X180 Z200

      N16 M1

      N17 G99 M3 S300

      N18 T202

      N19 G0 X0 Z5 M8

    N20 G1 Z0.5 F0.5

      N21 G74 R1.5

      N22 G74 Z-77 X0 Q7750 F0.2

      N23 G0 X180 Z200

      N24 M1

      N25 G99 M3 S400

      N26 T303

      N27 G0 X17.5 Z3 M8

      N28 G1 Z0 F0.5

      N29 M98 P1001 L0003

      N30 P1001

      N31 X22 W-10 F0.15

      N32 X17.5 W-2.25

      N33 X22 W-10

      N34 M99

      N35 X22 Z-40 F0.15

      N36 G0 X180 Z200

      N37 M1

      N38 G99 M3 S450

      N39 T404

      N40 G0 X35 Z-10 M8

      N41 G1 X30 F0.35

      N42 X20 F0.15

      N43 X30.5 F1.5

      N44 W-5

      N45 X14 F0.15

      N46 W0.5 M9 M5

      N47 G0 X180 Z200 M5

      N48 M30 

5. Разработка захватного  устройства

5.1. Выбор механизма  захватного устройства

    Захватное устройство ПР предназначено для  захватывания предмета обработки и удержания его в процессе перемещения. Выбор захвата зависит от формы, размеров, массы и свойств захватываемого предмета обработки, а также некоторыми специфическими требованиями технологического процесса

    В зависимости от принципа действия захваты делятся на механические (принцип зажима с удержанием детали с помощью сил трения, запирающего действия рабочих элементов или использования выступающих частей рабочих элементов устройств в качестве опоры для детали), вакуумные (принцип разности давлений), магнитные (принцип магнитного притяжения).

    Захватные устройства (ЗУ)  изготавливают сменными(могут  заменяться автоматически) и несменными. Для загрузки металлообрабатывающих станков обычно используют механические ЗУ. Такие устройства помимо функций закрепления детали могут выполнять центрирующие и ориентирующие действия.