Анализ и корректировка исходных данных

1. Анализ и корректировка исходных данных

Рассмотрим проектирование технологического процесса токарной обработки детали для экспериментального гибкого технологического модуля (рис. 1).

Рис. 1.Эксперементальный гибкий технологический модуль.

Гибкий технологический модуль предназначен для изготовления деталей типа тела вращения, группы фланцевых деталей с точностью, соответствующей 7-8-му квалитетам, шероховатостью поверхности до 1,25 мкм, допускает установку и закрепление по наружным и внутренним поверхностям.[1]

Экспериментальный модуль состоит из двух токарных станков модели TRENS SЕ 320 Numeric 1, 9 с устройствами ЧПУ 2, 10 соответственно, промышленного робота 6 с устройством 4 ЧПУ, приемных столов для размещения на них палет с заготовками и деталями 3, 7, промежуточного стола б, технологического оснащения и общей системы управления. Палеты с заготовками доставляются транспортной тележкой 8 и перегружаются автоматически.

В рассматриваемой работе заготовка с приемного стола 3 роботом 6 передается для обработки с одной стороны на станок 1. Затем робот снимает обработанную с одной стороны заготовку и, если свободен другой станок 9, передает на него заготовку; повернув ее на 1800. Если станок 9 занят, то заготовка временно устанавливается на промежуточном столе 5, а робот снова загружает станок следующей заготовкой с приемного стола 3. Обработанная со второй стороны на станке 9 заготовка передается роботом на приемный стол 7.

В состав технологического оснащения ГТМ входят трехкулачковый патрон со сменными наборами сырых и каленых кулачков, набор разжимных оправок, схваты промышленного робота, определенный заранее набор инструментального обеспечения, набор кассет для транспортировки заготовок деталей.

               

     Таблица 1. Технические характеристики экспериментального ГТМ и его основных элементов

Элементы ГТМ	Параметры	Числовое значение
Робот модели  CMA GR 6100 HW	Величина линейных перемещений схвата робота по координатным осям, мм:
	Z  R	1500  3101
	Максимальная линейная скорость мм/с:
	R	0,008 ... 1,5
	Угол поворота, град:
	Поворот руки Рука из/в Рука вверх вниз Поворот запястья Изгиб запястья Кручение запястья	160 140 155 270 145 360
	Скорость перемещений, град/с:
	Поворот руки Рука из/в Рука вверх вниз Поворот запястья Изгиб запястья Кручение запястья	160 140 200 300 360 600
Тех.оснастка
Трехкулачковый патрон	Максимальный автоматический ход кулачков, мм  Скорость перемещения кулачков, мм/с  Время ручной переналадки, мин	5  5  8
захват ПР типа С01	Диаметр наружной поверхности детали для захвата, мм	15 ... 170
	Длина поверхности для захвата мм.	350
резцедержатель и инструментальная наладка	Время поворота револьверной головки, с	5

Варианты технологического процесса для ГПС проектируются заранее до формирования сменно-суточного задания.

Задачей этапа является окончательная отработка вариантов технологического процесса и его отдельных блоков и доведение до дальнейшего без отладочного использования. Окончательный вариант технологического процесса принимается при составлении сменно-суточного задания с учетом оптимальной обработки совокупности деталей сменного задания.

Отработка деталей на технологичность для ГПС производиться при ее конструировании. Для показанной на рис.2 детали на этом этапе внимание уделяется унификации ее конструктивных элементов. В первую очередь это относится к проточке, радиусам галтелей, габаритным размерам поверхностей, которые далее могут использоваться в качестве технологических баз.

 

Устраним элементы, которые не могут быть обработаны в условиях ГПС.

На рассматриваемом модуле не могут быть получены шпоночные соединения

Рис. 2. Общий вид детали "вал"

 

Примечания. 1. Неуказанные предельные отклонения размеров            поля допуска . Материал – ст.3 ГОСТ 380-72; НВ 170…190

 

2. Формирование планов обработки поверхностей

 

Для удобства составления и анализа возможных планов обработки целесообразно ввести условные обозначения для поверхностей и элементов детали.

Дополнительным элементам, соответствующим имеющемуся набору типовых конструкторско-технологических решений, приведенных в каталоге типовых технологических модулей библиотеки САПР-Т (для данной детали - это проточка и центровка), присвоен индекс Э1 (рис. 3,а). Элементы основного контура детали обозначим через НП1, НП2 (наружный контуры), а заготовки - через ЗП1, ЗП2. Фаски, галтели, радиусы скруглений отдельно не выделяются, так как каждая из них формообразуется одновременно с одной из элементарных поверхностей основного контура (рис. 3, б, в).

План обработки каждой поверхности определяется в зависимости от требований по точности и шероховатости поверхности. Целесообразно формировать план обработки, ориентируясь на заданную шероховатость с последующей проверкой по точности. Так, для достижения шероховатости Rz<20 мкм необходимо производить чистовую обработку. Тогда в плане обработки, например, поверхности НП2 будут включены черновая и чистовая обработки. Для формализованного описания плана обработки введем в обозначение обрабатываемой поверхности обозначение промежуточных поверхностей, получаемых в процессе предварительной обработки в виде индекса 1,2 и т. п. Поверхность, полученная в результате предварительной обработки НП2, будет обозначена как НП21, а план ее обработки НР21- НП2.

 

 

Рис.3.Идентификация детали и заготовки при проектировании ТП

Массив материала, находящийся между поверхностью заготовки и частью поверхности детали, уделяемый в соответствии с планом обработки, назовем зоной выборки. Зоны выборки обозначены через В4, (см. рис. 3, г). Части зоны, формируемые для предварительной обработки, обозначаются с индексами 1,2..., а чистового прохода - с индексом 0. Например, В41, В40.

 

3. Формирование первичных базовых поверхностей.

Для унифицированных программных технологических модулей уже имеется рекомендованный состав инструмента и схема обработки каждым инструментом. Для специальных зон выборки они могут быть получены при проектировании либо на основании имеющихся рекомендаций и опыта технолога, либо путем предварительного анализа на исследовательских математических моделях. Таким образом, для каждой зоны выборки может быть определен необходимый состав инструмента. Корректировка его проводится с целью уменьшения количества инструментов для всей детали, повышения жесткости инструментальных блоков и т. п. Сокращение общего количества инструментов в инструментальной наладке способствует уменьшению времени на переналадку.

Для обработки сформированных зон потребуется восемь инструментов: для наружного чернового и чистового точения, подрезки торца и проточки канавки. Сокращение количества наименований инструмента до шести возможно при выполнении черновой и чистовой обработки одним инструментом.

Одной из наиболее сложных задач является формирование маршрутного технологического процесса и содержания операций. Это связано с большим количеством возможных вариантов маршрутов обработки, которые должны быть проанализированы для выбора оптимального варианта. Учитывая, что все варианты реализуются на одном ГТМ и разница в капитальных затратах, амортизационных отчислениях, заработной плате незначительна, за критерий оптимальности может быть принято значение производительности или величина, обратная ей, - среднее время производственного цикла изготовления детали. Оптимальный вариант выбирается по наименьшему значению критерия.

Для сокращения объема вычислительных процедур следует уменьшить количество вариантов, оставленных для оптимизационных расчетов, исключить те их них на начальной стадии, которые не соответствуют установленным требованиям, ресурсам или основным принципам проектирования технологического процесса для ГПС. К ним можно отнести следующие варианты:

• при которых не выполняются требования по точности обработки, взаимному расположению поверхностей и их форме в пределах установленных допусков;
• которые не могут быть реализованы с применением технологического оснащения, входящего в состав ГТМ (в противном случае потребуется проектирование и изготовление приспособлений и инструмента, что существенно удлиняет производственный цикл и увеличивает затраты на изготовление детали);
• для которых применяемые схемы установки и базирования не соответствуют имеющимся приспособлениям или не имеют надежного крепления детали;
• для которых используются маршруты, требующие ручной переналадки или смены инструмента. Количество операций в маршруте должно быть сведено к минимуму, а количество установов в операции должно быть минимальным.

С учетом приведенных требований дан анализ возможных вариантов базирования, установов, последовательностей обработки поверхностей.

Однооперационная обработка исключается вследствие недостаточной емкости магазина инструментов.

Формирование альтернативных маршрутов начинается с определения возможных вариантов базирования заготовки и предварительно обработанной детали для каждого установа.

В табл. 2отмечены поверхности, которые могут сочетаться для использования их в качестве баз для второго установа, если базирование на первом установе У1 выполняется по одному из двух вариантов:

 У1=(ЗП2, ЗП1) и У1=(ЗП2, ЗП3)

 

Таблица 2. Варианты базы для второго установа У2

	При У1=(ЗП2, ЗП3)				При У1=(ЗП2, ЗП1)
У2	НП2	НП4	НП6	НП8	У2	НП8	НП10
НП1	1	2	3	4	НП 9	11
НП3		5	6	7	НП 11	12	13
НП5			8	9
НП7				10

 

При анализе полученных вариантов примем во внимание следующие ограничения:

1. Базирование по вариантам 4,7,9,10,11 и 12 не желательно, так как поверхность НП8 имеет малую длину (12мм)
2. Базирование по вариантам 2,3,5,6, и 8 не желательно, так как уступы имеют малый размер для упора в торец патрона.

 

Таким образом, для дальнейшего анализа могут быть оставлены два варианта баз:

 

1. У1 = (3П2, ЗП1), У2 = (НП10,НП11)

2. У1 = (ЗП2, ЗП3), У2 = (НП2,НП1)

 

 

 

 

 

 

 

4. .Расчет режимов резания.

 

Скорости резания V, м/мин при обтачивании рассчитываю по формуле:

,

где Сv – коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и условие обработки.

Т – период стойкости резца, мин; среднее значение при одноинструментальной обработке 30-60 мин;

x, y, m – показатели  степеней;

Kv – общий поправочный коэффициент.

Kмv –коэффициент,учитывающий качество обрабатываемого материала (табл. 1-4);

Knv–коэффициент,отражающий состояние поверхности заготовки(табл.5);

Kuv–коэффициент, учитывающий качество материала инструмента (табл.6);

Коэффициент Kv является произведением коэффициентов, учитывающий влияние материала заготовки Kмv, , состояние поверхности Knv, материала инструмента Kuv. Коэффициент Kмv рассчитывается по формуле:

,

где Кг – коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости;

nv – показатель степени.

Коэффициент Kг по таблице 2 равен 1, а показатель степени при обработке nv=1,25.

(Для точения  корозионностойких и жаропрочных сталей рекомендуется сплав ВК8) (табл.6 справочника, т. 2).

Тогда Кv равен:

Для шероховатости Rz = 25 s берем равную 0,25 мм/об по таблице 4; глубина резания 0,2 мм

Тогда скорость резания равна:

 м/мин

Число оборотов n определим по формуле:

;

об/мин.

об/мин.

об/мин.

об/мин.

 об/мин.

 об/мин.

Принимаем (по паспорту TRENS SЕ 320 Numeric) n = 1200об/мин.

Расчет норм времени

Переход 1.черновое точение.

Основным Тосн называется время, на протяжении которого происходит резание, т. е. изменение формы и размеров детали. Оно может быть машинным, если вращение детали и подача инструмента осуществляется станком, машинноручным, — если вращение детали обеспечивается станком, а подача инструмента ручная и, наконец, ручным, например, при развертывании отверстия в невращающейся детали.

Основное время при растачивании находим по формуле:

То=

,

где L- длина рабочего хода резца, мм

i – число проходов;

n- число оборотов шпинделя станка в 1 мин.;

s- подача за 1 оборот шпинделя ,мм

lo – длина резания обрабатываемой поверхности,

l1 – величина врезания,        l 1= = 1,73мм

l2 – величина перебега инструмента, назначается в зависимости от размера обрабатываемой детали. l2 = (2-3)Sст =

L= 253+1,73+0,5=255,23 мм; Т0=

,    Т0= = 0,85мин,

L= 121+1,73+0,5=123,23 мм; Т0=

,    Т0= = 0,82мин,

L= 94+1,73+0,5=96,23 мм; Т0=

,    Т0= = 0,32мин,

Время обработки В21 =Т0=0,855+0,82+0,32=1,99мин

Чистовая обработка В20:

     l 1= = 0,86мм

l2 = (2-3)Sст =

L= 73+0,3+0,86=74,16 мм; Т0=

,    Т0= = 0,4мин,

L= +0,3+0,86=39,16 мм; Т0=

,    Т0= = 0,21мин,

L= 94+0,3+0,86=95,16 мм; Т0=

,    Т0= =0,52мин,

Время обработки В20 =Т0=0,4+0,21+0,52=1,13мин

Расчет времени  зоны В3:

     l 1= = 1,73мм

l2 = (2-3)Sст =

L= 12+1,73+0,5=14,23 мм; Т0=

,    Т0= = 0,15мин,

 

 

Время обработки для В41:

     l 1= = 1,73мм

l2 = (2-3)Sст =

L= 38+1,73+0,5=40,23 мм; Т0=

,    Т0= = 1,54мин,

Время обработки В40:

     l 1= = 0,86мм

l2 = (2-3)Sст =

L= 38+0,3+0,86=39,16 мм; Т0=

,    Т0= = 0,22мин,

 

5. Формирование зон выборки, планов их обработки и инструмента

 

Далее рассмотрим возможные сочетания зон выборок, которые могут быть обработаны от полученных баз. В табл. 3 отмечены зоны, обрабатываемые на первом установе - "1" и "0" - на втором, базирование по первому и второму вариантам адекватно. Всего, таким образом, для принятых вариантов базирования может быть сформировано 8 различных планов обработки. В последней строке таблицы указан номер инструмента, используемого для выборки зоны по каталогу (табл. 4) .

Таблица 3. Сочетание зон выборок для принятых схем базирования

База	N	Зоны выборки									Кол-во инстр.		t0	выбран
	вар	В1	В21	В20	В3	В41	В40	В5	Э1	Э2	ИН1	ИН0	t1	вар.
У1 = (ЗП2,ЗП1)  У2 =(НП10,НП11)	1  2 3 4	0	0	0	1  1 0 0	1	1	1	1 0 1 0	1	3 4 3 4	4 4 4 4	1,32 1,52 1,47 1,7	х    х
У1 = (ЗП2,ЗПЗ)  У2 =(НП2,НП1)	5 6 7 8	1	1	1	1 1 0 0	0	0	0	1 0 1 0	0	4 4 4 4	4 3 4 3	0,58 0,68 0,65 0,75	х    хх
Время		0,25	1,99	1,13	0,15	1,54	0,22	0,25	0,2	0,18
N инструмента		2	1	1	1	1	1	2	3	3

     Анализ полученных вариантов не позволяет использовать варианты 1, 3 поскольку Э1 входящий в зону выборки  В2, в данных вариантах обрабатывается при базировании первой установы У1 = (ЗП2,ЗП1)  и не позволит обработать всю зону выборки В2. Аналогично и со  вторым вариантом базирования  по второй установе У2 =(НП2,НП1) по 6 и 8 пунктам

     Таким образом для дальнейшего анализа остаются варианты 2,4,5 и 7 (отмеченные крестиком табл.3).

Окончательный выбор варианта происходит по критерию минимального времени цикла обработки на ГТМ - Тц. С этой целью строится циклограмма работы основных элементов ГТМ: промышленного робота и станков. Последовательность выполнения транспортных операций выбирается с таким расчетом, чтобы затратить минимальное время на простои в ожидании загрузки или разгрузки станка, для которого операционное время больше.

Таблица 4. Каталог ограничитель инструмента для токарной обработки в ГПС

Номер инструмента	Эскиз инструмента	Материал	Координаты опорной точки От
1		Т15К6	253	17

Рис. 4. Схема обслуживания ГТМ промышленным роботом.

На рис. 4 показана схем обслуживания ГТМ промышленным роботом для варианта маршрута 7. В первом случае после завершения обработки на станке промышленный робот переносит деталь на промежуточный стол (участки 1 - 3), а затем загружает этот станок с приемного стола (участки 4 - 7) . После этого начинает выполняться первая операция, а промышленный робот переходит к обслуживанию станка: производится разгрузка второго станка, передача готовой детали на приемный стол (участки 8 - 11) и перемещение заготовки с промежуточного стола на станок (участки 12 - 15).По окончании обслуживания начинается выполнение второй операции, а схват промышленного робота перемещается в позицию ожидания к первому станку (участок 16) . По завершении операции на первом станке цикл повторяется. Как видно на циклограмме. (рис. 5,а), время цикла обработки Тц может быть определено как сумма времени, затрачиваемого на выполнение операции механической обработки на первом станке и выполнение операций загрузки и разгрузки первого станка (t1-7).

Будем считать, что время, затрачиваемое промышленным роботом на каждое перемещение, обозначенное на схеме, составляет 0,1 мин. Тогда Тц= 3,57 мин + 0,7 мин, что составит 4,27 мин.

Рис. 5. Циклограмма работы оборудования для маршрута 7

Таким образом, для сравниваемых вариантов маршрута время цикла обработки будет меньшим для вариантов, где to/t1 ближе к 1, и наилучшим будет вариант 7, отмеченный в табл. 3 двумя крестиками. В выбранном варианте маршрута коэффициент использования станков составляет 0.83 для первого и 0,51 для второго станка .

 

 

5.Последовательность обработки зон выборки.

При формировании плана обработки деталей в патроне можно рекомендовать такую последовательность: подрезка торца, черновая обработка наружной поверхности, чистовая обработка наружной поверхности и обработка канавки. Таким образом, план обработки для варианта 7 будет следующий:

У1 = (ЗП2, ЗП3) -В1-(В21,В20)-Э1

У2 = (НП2, НП1) - В5 - (В41, В40) – В3 – Э2

Количество режущего инструмента для первой операции - четыре: подрезной, проходной и канавочный резец и столько же для второй операции: подрезной, проходной и канавочный резец. В резцедержателе для обоих операции имеется свободная позиция, поэтому возможна установка отдельного инструмента для чистовой и черновой обработки или резервного инструмента.

 

6. Формирование наладок по установам и операциям.

Заключительным этапом проектирования технологического процесса будет его отладка и формирование окончательного варианта технологических документов. После получения необходимых данных они могут быть переданы в базу данных системы оперативного планирования и диспетчирования, а управляющие программы занесены в библиотеку. В работу по отладке технологических процессов входят:

• проверка и корректировка управляющих программ для станков с ЧПУ;
• обучение промышленных роботов или проверка и корректировка заранее составленных программ;
• проверка программ внутримодульного управления по составленной циклограмме;
• корректировка технологической документации.

Основная цель отладки - возможность повторного использования разработанного технологического процесса без корректировки для реализации основного принципа ГПС - безлюдной технологии.

 

Таблица 5. Карта наладки ГПМ (пример)

Карта		Приспособления станка и робота					Охлаждение
наладки элементов		N	Код	Наименование	Параметры		Эмульсия
ГПМ		блока	блока	блока			Диапазон
ГТМ	ГТМ-1			Трехкулачковый	Dmax	Dmin	скоростей
Станок	TRENS SЕ 320 Numeric			патрон	135	44	2
Робот	CMA GR 6100 HW 1						Координаты
Наладка	Операция 1			Захват СО1	200	20	нулевой

 

tпз

15 мин.

точки, мм

X0

Z0

200

300

 

Содержание		Инструменты
операции		Позиция инстру-	Код инстру-		Наименование		Установочные размеры, мм		N корректоров
		мента	мента				Wx	Wz
Обработать наружный контур		1	1		Проходной контурный Т15К6		253	17	1
Шифр	КН-1	Технолог				Дата 18.12.2014

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

     В  ходе проделанной  курсавой работы был сформирован план обработки поверхностей, выявлены элементы обрабатываемые вне ГПС. Сформированы зоны выборки, план их обработки, так же определена последовательность обработки поверхностей. Сформирована наладка по установам и операциям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

 

1. Справочник технолога-машиностроителя: в 2-х т. : т. 1 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 496 с.
2. Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робототехнические комплексы В 14 кн. Кн. 2/В.Ф.Горнев, А.М.Савинов, В.И.Валиков. Комплексные технологические процессы ГПС. Практ. пособие/Под ред. Б.И.Черпаков.- М.:Высш. школа, 1989.- 112 с.: ил.
3. Ратмиров В.А. Управление станками гибких производственных систем.- М.: Машиностроение, 1987. - 272 с.: ил.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Введение

     1. Анализ и корректировка исходных данных…………………………………..2               

     2. Формирование планов обработки поверхностей……………………………..7                            

     3. Формирование первичных базовых поверхностей…………………………...8

     4. Формирование зон выборки, планов их обработки и инструмента………..13

     5. Последовательность обработки зон выборки……………………………......14

     6. Формирование наладок по установам и операциям…………………………14

     7. Проектирование управляющей программы……………………………….....15

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

 

Кафедра электро и нанотехнологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине:

«Технологические основы

интегрированного производства»

на тему:

«Проектирование технологического процесса для ГПС»

 

 

 

 

 

 

Выполнил

 

Проверил                                                                                   

 

 

 

Тула 2014

 

7.Расчет режимов резания.

 

Скорости резания V, м/мин при обтачивании рассчитываю по формуле:

,

где Сv – коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и условие обработки.

Т – период стойкости резца, мин; среднее значение при одноинструментальной обработке 30-60 мин;

x, y, m – показатели  степеней;

Kv – общий поправочный коэффициент.

Kмv –коэффициент,учитывающий качество обрабатываемого материала (табл. 1-4);

Knv–коэффициент,отражающий состояние поверхности заготовки(табл.5);

Kuv–коэффициент, учитывающий качество материала инструмента (табл.6);

Коэффициент Kv является произведением коэффициентов, учитывающий влияние материала заготовки Kмv, , состояние поверхности Knv, материала инструмента Kuv. Коэффициент Kмv рассчитывается по формуле: