Записка Дима (специалист))



РЕФЕРАТ
Проведено опис конструкції деталі, її призначення і умови роботи. Обґрунтування вибору матеріалу деталі. Вибір обладнання, ріжучого інструмента. Визначення режимів різання для токарної, свердлильної та фрезерної обробки.
В конструкторській частині було розроблено токарний РТК, свердлильно-фрезерний, зубофрезерний, шліфувальний та РТК іонно-плазмової обробки. Визначення кількості обладнання основного виробництва.
Проаналізовано нанесення покриттів на поверхню вуглецевої сталі та покриття на основі нітриду титана.
Спроектовано систему вимірювання і стабілізації катодного току випаровувача.
СодержаниеВведение 6
1 Технологическая часть 8
1.1 Назначение и условия работы детали 8
1.2 Химический состав, физико-механические характеристики 8
1.3 Формирование группы деталей и конструирование КД 9
1.4 Определение кода комплексной детали по классификатору ЕСКД 9
1.5 Расчет годовой приведенной программы запуска деталей 10
1.6 Оценка технологичности детали 11
1.7 Оценка степени подготовленности детали к производству 13
1.8 Выбор и обоснования метода получения заготовки 13
1.9 Расчет припуска на обработку, операционных размеров и допусков 14
1.10 Расчет режимов резания 28
1.11 Определение норм времени при работе на станках с ЧПУ 38
1.12 Выбор режущего инструмента 45
2 Конструкторская часть 47
2.1 Определение количества оборудования основного производства 47
2.2 Расчёт системы инструментального обеспечения 48
2.3 Расчёт массы стружки 49
2.4 Подбор оборудования 50
2.5 Устройство автоматической смены инструмента 54
2.6 Модульное оборудование системы. Удаления отходов производства. 55
2.7 Структура ГАЛ 55
2.8 Назначение РТК ионно-плазменного нанесения покритий 2.9 Расчёт годовой программы запуска
2.10 Расчёт годовой суммарной трудоёмкости для цеха
2.11 Расчёт грузопотоков
2.12 Проектирование складской системы
2.13 Транспортная система
2.14 Система инструментообеспечения
2.15 Проектирование систем ТО механосборочного производства
2.16 Система контроля качества изделий
2.17 Определение площадей складов и вспомогательных отделений
2.18 Определение численности ИТР
2.19 Расчёт общих потребностей цеха
2.20 Выбор типа и конструкции здания 56
3 Специальная часть 57
4 Охрана труда 64
4.1 Анализ вредных факторов на производстве 64
4.2 Определение требуемого воздухообмена в помещении 68
5 Экономическая часть 69
5.1 Расчет себестоимости и цены вала-шестерни 69
5.2 Полная себестоимость изготовления вала-шестерни 70
Вывод 73
Перечень ссылок 74

Введение
Современному машиностроению с серийным характером производства присущи постоянное усложнение конструкции и увеличение номенклатуры выпускаемых изделий, частая смена объектов производства, сокращение сроков освоения новой продукции. Эффективным средством реализации указанного является широкое применение гибких производственных комплексов (ГПК) – гибких автоматизированных участков (ГАУ) и гибких автоматизированных линий (ГАЛ), управляемых от ЭВМ и работающих по принципу гибко перестраиваемой технологии.
Гибкие производственные системы (ГПС) – это совокупность в различных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей (ГПМ), отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного промежутка времени, обладающая свойством автоматической переналадки при производстве изделий различной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.По организационным признакам выделяют следующие ГПС: гибкая автоматизированная линия (ГАЛ), гибкий автоматизированный участок (ГАУ), гибкий автоматизированный цех (ГАЦ).
Разработка технологических процессов входит основным разделом в технологическую подготовку производства.
Технологический процесс разрабатывают на основе имеющегося типового или группового процесса. По технологическому классификатору формируют технологический код. По коду изделие относят к определенной классификационной группе и действующем для нее технологическому процессу. Важным этапом разработок является нормирование технологического процесса.
Базовой, исходной информацией для проектирования служат: рабочий чертеж детали, технологические требования, регламентирующая точность, параметры шероховатости и другие требования качества, объем готового выпуска изделия. Маршрутную технологию разрабатывают, выбирая технологические базы и схемы базирования, для всего технологического процесса. Выбирают две системы баз – основные и черновые. Всю механическую обработку распределяют по операциям, таким образом, выявляют последовательность выполнения операций и их число.
Построение маршрутной технологии во многом зависит от конструктивно-технологических особенностей детали и требования точности, предъявляемых к ее основным поверхностям.
Деление всего объема обработки на операции, выбор оборудования, формирования операций по содержанию зависят также от условий производства.
В маршрутной технологии в процессе обработки с учетом места каждой операции в маршрутной технологии. Операционная технология позволяет выдать задание на конструировании специального оборудования. Средствами автоматизации, на разработку средств технологического оснащения и метрологического обеспечения технологического процесса. Определяющий возможность организации поточного производства.
Технологичность конструкции детали определяют с учетом условий её производства. Выявляют возможные трудности обеспечения параметров шероховатости поверхности, размеров. Форм и расположения поверхностей детали (ширина канавок и пазов, фасок и т.п.) должны быть унифицированы.
Заготовку выбирают исходя из минимальной себестоимости готовой детали для заданного годового выпуска. Чем больше форма и размеры заготовки, приближаются к форме и размерам готовой детали, тем дороже она в изготовлении но тем проще и дешевле её последующая механическая обработка и меньше расход материала. Выбор заготовки после соответствующих технико–экономических обоснований назначение точности по соответствующему ГОСТу на заготовку и указанием на чертеже заготовки наносят общие припуски и обозначают отверстия. Которые образуются в результате обработки, а в заготовке отсутствуют.
Деление всего объема обработки на операции, выбор оборудования, формирования операций по содержанию зависят также от условий производства.
В современной авиационной технике детали работают в особо сложных эксплуатационных условиях одновременного действия статических, динамических и термоциклических нагрузках, температуры, а также агрессивной коррозионной и эрозионной среды. Это приводит к появлению различных дефектов: развитию усталостных трещин, коррозии и др. В подавляющем большинстве случаев эти дефекты, прежде всего, возникают в тонком поверхностном слое деталей.
Практика проектирования производства, эксплуатации и ремонта деталей авиационной техники показывает, что радикальным средством повышения их эксплуатационных характеристик является создание деталей со специальными свойствами поверхностных слоев. Объединение ряда технологий в одной комбинированной, очевидно, имеет значительную перспективу, когда сочетание физических процессов и методов обработки позволяет получать поверхности деталей с целым комплексом уникальных свойств.

1. Технологическая
часть
1.1. Назначение и условия работы детали
Обрабатываемая комплексная деталь – является представителем деталей типа вал-шестерня, применяется в редукторах для изменения скорости вращения.
Зубчатое зацепление находит широкое применение в современной технике, необходимо для передачи крутящего момента с изменением частоты вращения валов, а также для точной передачи движения между валами при относительно небольшом крутящем моменте. Зубчатые передачи обладают рядом преимуществ, по сравнению с передачами других типов (ременными, цепными) они обеспечивают передачу больших мощностей, сохраняют постоянство передаточных отношений, имеют высокий КПД (до 0,99%), отличаются высокой надежностью, долговечностью и относительно малыми габаритами.

1.2. Химический состав, физико-механические характеристики
Материал обрабатываемой детали сталь 45. Сталь 45 – углеродистая, конструкционная сталь. Физико-механические характеристики и химический состав Ст 45:
- наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению σв=1030 МПа;
- предел текучести σт=850 МПа;
- твердость 150 HB;
- модуль упругости Е=83000, МПа;
- плотность γ=7,8103, кг/м3;
- термообработка – термоулутшение;
- 0,45% углерода.

1.3 Составление кинематической схемы перемещения инструмента для каждого перехода
Токарной обработке подлежат диаметральные поверхности № 3, 6, 9, 12, 17,
И торцевые поверхности № 1, 4, 7, 11, 14, 16, 18, а также фаски (поверхности № 2, 5, 8, 10, 13, 15, 19). Сверлению подлежат поверхности № 20,
Фрезерованию № 22, зубофрезерованию № 21. Токарной операции предшествовала
фрезерно-центровая обработка.
Способ установки детали в центрах.
Количество ступеней отдельной поверхности для достижения заданной точности размера и шероховатости поверхности берем с приложения 1,
Припуски на механическую обработку берутся с приложения 3.
1.4. Формирование группы деталей и конструирование комплексной детали
Групповой метод позволяет распространить область применения унификации на состав инструментального оснащения, сократить количество возможных видов специализации рабочего места, разработать каталоги групповых карт настройки станков.
По мере широкого внедрения методов групповой технологии, партии однотипных деталей увеличиваются. Создаются условия для автоматизации отдельных процессов на базе создания роботизированных комплексов и предпосылки для использования методов изготовления, характерных для поточного производства, т.е. искусственно осуществляется перевод индивидуального и мелкосерийного производства в серийное и крупносерийноеI автоматизированное. Эти типы производства являются наиболее предпочтительными для эффективного использования промышленных роботов.
Групповой технологический процесс разрабатывается на некоторую группу специально подобранных деталей различных типоразмеров. Формирование деталей в технологические группы производится на основе общности ряда конструкторско-технологических признаков. Основными из них являются: а) конструктивное сходство обрабатываемых поверхностей; б)заданные точность и качество обрабатываемых поверхностей; в) тип и технологические возможности применяемого для изготовления деталей оборудования; г) схема базирования и закрепления заготовок при обработке; д) тип необходимой оснастки. Наиболее важными с точки зрения групповой обработки являются технологические признаки.
Групповой технологический процесс механической обработки разрабатывается на так называемую комплексную деталь, характеризующуюся тем, что в её конструкции содержатся все элементы, встречающиеся у деталей данной группы. В качестве комплексной может быть принята одна из деталей группы, если она удовлетворяет указанному требованию, или условная, не входящая в группу деталь.
1.5 Определение кода комплексной детали по классификатору ЕСКД
Базовое обозначение является общим для всех исполнений, оформленных одним групповым чертежом, и представляется в графе 2 углового штампа основных надписей чертежа и в таблице исполнительных размеров для первого исполнения.
Порядковый номер исполнения присваивается для всех исполнений, кроме первого, с 01 до 99. Код классификационной характеристики присваивают изделию и конструкционному изделию по классификатору ЕСКД
Структура кода классификационной характеристики:

721456
класс: 72 – деталь тела вращения с элементами зубчатого зацепления;
подкласс: 1 - колесо с зубчатой цилиндрической передачей, модуль свыше 1мм;
группа: 4 – консольный зубчатый венец;
подгруппа: 5 – без центрального отверстия;
вид: 4 – без кольцевых пазов на торцах, с пазами на наружной поверхности, с отверстием вне оси детали.
1.6 Расчет годовой приведенной программы запуска деталей
N=36000 шт.m=7,13 кг.
N=35000 шт.m=7 кг.
N=36000 шт.m=7,7 кг.
N=36000 шт.m=6,9 кг.
Для расчета приведенной программы запуска необходимо для каждой детали найти общий коэффициент привидения
Кпрі=Кмі*Ксі*Кслі; (1.6)
где;Кпр- общий коэффициент приведения, Км- коэффициент приведения по массе, Ксл- приведенный коэффициент по сложности, Кс – коэффициент приведенной по серийности
; (1.7)
где:масса i-той детали, масса комплексной детали;
;
;
;;
; (1.8)
где:объем выпуска i-той детали, объем выпуска комплексной детали;
;
;
;

; (1.9)
где: количество поверхностей i-той детали, количество поверхностей комплексной детали;
;
;
;
;
К=К· К· К=0,92*0,94*0,95=0,82156;
К=К· К·К=0,91*0,97*0,92=0,81208;
К=К· К ·К=0,97*0,96*0,97=0,88464;
К=К· К· К=0,9*0,96*0,95=0,8208.
; (1.10)
где: - годовая приведенная программа выпуска.

; (1.11)
где: - годовая программа запуска, a=0..10%, b=0…8%

Такт выпуска деталей
; (1.12)
где:Фд=4015 – действительный годовой фонд времени
1.7. Оценка технологичности деталиТехнологичность детали – это свойство детали, заложенное в ней при проектировании и позволяющая получить наиболее рациональными способами деталь с требуемым качеством при минимальных затратах труда, средств и материала.
По оценки технологичности существуют стандарты оценки с соответствующими показателями технологичности.
1.8. Определение припуска расчетно-аналитическим методом и расчет операционных размеров
Определяем элементы минимального припуска:
Для каждого перехода, исходя из определенных выше величин, находим минимальное значение припуска:
; (1.13)
где Z- припуск, h- дефектный слой для штамповки, –отклонение заготовки, –погрешность установки, Rz – шероховатостьё.
Шероховатость Rz и значение глубины дефектного слоя h для штамповки определяем по ГОСТ 7505-89 для каждого из переходов.
Пространственные отклонения исходной заготовки определяются по формуле (1.8.4)

Остаточные коробления и смещения после каждого вида обработки определяется по формуле:
,
где -допуск на поверхность при фрезерно – центровальной операции
; (1.14)
где –пространственное отклонение исходной заготовки, Куф- коэффициент уточнения формы, характеризующий уменьшение пространственных отклонений от исходной заготовки до рассматриваемого этапа обработки.
- погрешность установки вызывается биением кулачков токарного патрона и перекосом детали. Величина погрешности устанавливается. Величина коробления кор. После соответствующей термообработки определяется.
Определяем номинальные значения припуска из 2Zmin и допуска для предыдущего перехода (величину допуска выбираем из таблицы минимального потребного числа ступеней обработки поверхности):
; (1.15)
где Zmin- минимальное значение припуска, T-квалитет поверхности.
Определяем расчетный размер для каждого перехода.
Для наружных поверхностей:
; (1.16)
где - диаметр поверхности согласно расчетам, - максимальный диаметр поверхности.
Для внутренних:
; (1.17)
где - диаметр поверхности согласно расчетам, - минимальный диаметр поверхности.
Для наружных поверхностей
; (1.18)
Где - номинальное значение припуска.
Для внутренних поверхностей
; (1.19)
; (1.20)
Имея значения Dmin и Dmax, находим значения 2Zmax и 2Zmin.
Для внутренних поверхностей
; (1.21)
; (1.22)
Для внешних поверхностей
; (1.23)
; (1.24)
1.9. Определение припуска нормативным методом и расчет операционных размеров
Сущность нормативного метода состоит в назначении (установлении и оптимизации) общего припуска на формообразующие операции в зависимости от применяемых методов обработки, требуемой точности, шероховатости и размеров поверхности на основе опытно-статистических данных. Метод базируется на опытных данных, которые не могут учитывать конкретные условия построения технологического процесса. Поэтому нормативные припуски почти всегда получаются завышенными. Припуски были назначены из нормативно технической документации.
Результаты расчета представлены в приложении.
1.10 Определение режимов резания для токарной обработки для диаметральных размеров
Для примера рассчитаем поверхности №6, (80k6) (остальные расчеты занесем в таблицу 1):
1. Глубина резания:
- для чернового точения (мм);
- для чистового точения (мм).
2. Величина подачи на станках с ЧПУ для технологических операций определяем по эмпирическим формулам:
- для чернового точения:
; (1.25)
где:k=0,150; x=0,330; y=0,190; z=0,200 для углеродистых и легированных сталей; Dmax, D0 максимальный диаметр изделия и диаметр обрабатываемой в данном переходе поверхности, мм.
Dmax=140 мм, D0=80 мм.
(мм/об).
- для чистового точения:
,
где:Dmax - наибольший диаметр обрабатываемой поверхности детали, мм; Rz - параметр шероховатости, мкм; k1, k2, b – коэффициенты.
Для углеродистых и легированных сталей: k1 = 0,00012; k2  = 0,013; b = 0,012.
(мм/об).
(мм/об).
3. Определение скорости резания:
; (1.26)
где:Т – период стойкости инструмента (Т=60мин.),
- коэффициент;
x, y, m – показатели степени для определения скорости резания. Показатели зависят от величины подачи.
Так как и , то для чернового точения =340, x=0,15, y=0,45, m=0,2.
для тонкого=420, x=0,15, y=0,2 m=0,2.
для чистового =350, x=0,15, y=0,2 m=0,2.
Коэффициент KV является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки KMV, состояние поверхности КПV, материала инструмента KИV:
; (1.27)
; (1.28)
КГ=1, nv=1, , КПV=0,8, КИV=1, тогда .
Для чернового точения (м/мин);
для чистового точения (м/мин).
для тонкого точения (м/мин).
4. Сила резания:
,
где: Ср – постоянная, x, y, n – показатели степени для определения силы резания, поправочный коэффициент Кp представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания:
; (1.29)
; (1.30)
где:n=0,75; , Кφр=0,89; Кγр=1,1
тогда . Ср=300, x=1, y=0,75, n=-0,15.
Для чернового точения
(Н);
для чистового точения
(Н).
для точного точения
(Н).
5. Крутящий момент:
; (1.31)
где:PZ – сила резания, D – диаметр детали на данном этапе обработки.
Для чернового точения (Н∙м);
для чистового точения (Н∙м).
для точного точения
6. Мощность резания:
; (1.32)
Для чернового точения (кВт);
для чистового точения (кВт).
для точного точения (кВт)
7. Частота оборотов:
; (1.32)
где:D – диаметр обработанной заготовки.
Для чернового точения: (об/мин);
для чистового точения: (об/мин).
для тонкого точения: (об/мин).
8. Корректировка значений.
На основе расчетов частоты вращения шпинделя принимаем:
об/мин., об/мин. об/мин
По принятым значениям частоты вращения шпинделя корректируем скорость резания и мощность резания, при этом величина расчетной мощности резания должна удовлетворять условию:
,
где:N – расчетная мощность резания; NПР – мощность привода станка;
η – КПД станка (η=0,8…0,85).
(кВт).
Из формулы выражаем скорость резания:
; (1.33)
где: nПРИН – принятое значение оборотов из паспортных данных станка; D–диаметр детали на данном этапе обработки.
Принятая скорость резания:
- для чернового точения (м/мин);
- для чистового точения (м/мин).
- для тонкого точения (м/мин).
Принятая мощность резания:
- при черновом точении (кВт);
- при чистовом точении (кВт).
- при тонком точении (кВт).
Во всех случаях условие выполняется.
9. Минутная подача:
; (1.34)
где:n – частота оборотов, S0 – подача.
Для чернового точения (мм/мин);
для чистового точения (мм/мин).
для тонкого точения (мм/мин).
1.11 Определение режимов резания для токарной обработки (торцевые поверхности)
Для примера рассчитаем поверхности №4, 70 h9 (остальные расчеты занесем в таблицу 1):
1. Глубина резания:
- для черновой подрезки торца (мм);
- для чистовой подрезки торца(мм).
2. Для черновой подрезки торца
,
где:k = 0,150; x = 0,330; y = 0,190; z = 0,200 для углеродистых и легированных сталей; Dmax, D0 максимальный диаметр изделия и диаметр обрабатываемой в данном переходе поверхности, мм
Dmax=140 мм, D0=70 мм.
(мм/об).
Для чистовой подрезки торца
; (1.35)
где:Dmax - наибольший диаметр обрабатываемой поверхности детали, мм; Rz- параметр шероховатости, мкм; k1, k2, b – коэффициенты.
Для углеродистых и легированных сталей: k1 = 0,00012; k2  = 0,013; b = 0,012.
(мм/об).
3. Определение скорости резания:
; (1.36)
Т – период стойкости инструмента, Т=60мин.
- коэффициент; x, y, m - показатели степени для определения скорости резания;
для черновой и чистовой подрезки торца =350, x=0,15, y=0,35, m=0,2;
Коэффициент является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки Кмv, состояние поверхности Кпv, материала инструмента Киv, т.е.
; (1.37)
; (1.38)
Кг=1, nv=1, , Кпv=0,8, Киv=1, тогда Для черновой подрезки торца (м/мин);Для чистовой подрезки торца (м/мин).
4. Сила резания:
; (1.39Ср – постоянная, x, y, n - показатели степени для определения силы резания, Ср=300, x=1, y=0,75, n=-0,15; поправочный коэффициент kp представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания, т.е.
; (1.40)
; (1.41)
n=0,75; , Кφр=0,89; Кγр=1, тогда ;
Для черновой подрезки торца
(Н);
Для чистовой подрезки торца
(Н).
5. Крутящий момент:
; (1.42)
где:PZ – сила резания, D – диаметр детали на данном этапе обработки.
Для черновой подрезки торца(Н∙м);
Для чистовой подрезки торца(Н∙м).
6. Мощность резания:
; (1.43)
Для черновой подрезки торца (кВт);
Для чистовой подрезки торца (кВт).
7. Частота оборотов:
; (1.44)
где:D – диаметр обработанной заготовки.
Для черновой подрезки торца (об/мин);
Для чистовой подрезки торца (об/мин).
8. Минутная подача:
; (1.45)
где:n – частота оборотов;
Для черновой подрезки торцамм/мин;
Для чистовой подрезки торцамм/мин;
Таблица 1 - Определение режимов резания для токарной обработки

Пов-ти Р-р,
мм Наименование операции t, мм Snp,
мм/об np,
об/мин nnp,
об/мин Vnp,
м/мин Np,
кВт Sm, мм/мин
3 40 точение черновое 2,84 0,63 860 850 110 5,31 543
3 40 точение чистовое 0,35 0,37 1248 1240 156 0,59 456
6 80 точение черновое 0,42 1,08 450 450 82,4 2,53 387
6 80 точение чистовое 0,4 0,37 420 420 117 0,87 249
6 80 точение тонкое 0,2 0,11 1080 1080 263 0,2 94
9 140 з/ф черновое 3,04 0,79 225 220 100 6,21 178
9 140 з/ф чистовое 1,5 0,43 331 330 146 0,8 142
9 140 Шлифование 0,5 0,23 448 450 180 0,0 120
17 30 точение черновое 2,4 0,68 892 890 180 6,65 600
17 30 точение чистовое 1,7 0,36 1234 1230 230 3,63 440
17 30 точение тонкое 1,5 0,69 1842 1840 270 6,66 1270
4,14 70 подрезание торца черновая 1,3 0,9 131,6 190 82,4 2,53 131
4,14 70 подрезание торца чистовая 0,25 0,68 159,6 160 117 0,87 150
4,14 70 Шлифование однократное 0,5 0,35 285 280 160 0,61 190
16 30 подрезание торца однократная 1,3 0,82 453,3 450 90 2,34 370
11 95 подрезание торца однократная 0,25 0,68 622 620 120 0,49 420
7 110 подрезание торца черновая 1,9 0,84 215 220 80 2,5 180
7 110 подрезание торца чистовая 0,5 0,68 299 300 120 0,49 200
7 110 Шлифование однократное 0,25 0,38 389 400 160 0,25 260
1.12 Определение режимов резания для токарной обработки для торцевых поверхностей
Глубина резания
подрезка торца черновая t1=1,55мм;
подрезка торца чистовая t2=0,11 мм;
Величина подачи на станках с ЧПУ для технологических операций определяем по эмпирическим формулам
Для черновой подрезки торца
;(1.46)
где:k = 0,150; x = 0,330; y = 0,190; z = 0,200 для углеродистых и легированных сталей; Dmax, D0 максимальный диаметр изделия и диаметр обрабатываемой в данном переходе поверхности, мм
мм/об;
Для чистовой подрезки торца
;(1.47)
где:Dmax - наибольший диаметр обрабатываемой поверхности детали, мм; Rz- параметр шероховатости, мкм; k1, k2, b – коэффициенты.
Для углеродистых и легированных сталей: k1 = 0,00012; k2  = 0,013; b = 0,012.
мм/об;
Определение скорости резания
;(1.48)
Т – период стойкости инструмента, Т=60мин.
- коэффициент;
x, y, m - показатели степени для определения скорости резания;
для черновой и чистовой подрезки торца =340, x=0,15, y=0,45, m=0,2;
Коэффициент является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки Кмv, состояние поверхности Кпv, материала инструмента Киv, т.е.
;(1.49)
;(1.50)
Кг=1, nv=1, , Кпv=0,8, Киv=1.15, тогда К;
подрезка торца черновая м/мин;
подрезка торца чистовая м/мин;
Частота оборотов
;(1.51)
где D – диаметр обработанной заготовки;
подрезка торца черновая об/мин;
подрезка торца чистовая об/мин;
об/мин,
260 об/мин.
Для бесступенчатого регулирования скорости вращения шпинделя, вибираем ближайшее к расчетным меньшее значение оборотов подачи из паспортных данных станка.
Пересчет


Сила резания
;(1.52)
Ср – постоянная, x, y, n - показатели степени для определения силы резания, Ср=300, x=1, y=0,75, n=-0,15; поправочный коэффициент kp представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания, т.е.
; (1.53)
;(1.54)
n=0,75; , Кφр=0,89; Кγр=1, тогда ;
подрезка торца черновая ;подрезка торца чистовая Н;
Мощность
;(1.55)
подрезка торца черновая кВт;
подрезка торца чистовая кВт;
Минутная подача
;(1.56)
где n – частота оборотов;
подрезка торца черновая мм/мин;
подрезка торца чистовая мм/мин;
Крутящий момент
; (1.57)
подрезка торца черновая Нм;
подрезка торца чистовая Нм;
Значения расчетов режимов резания по остальным диаметральным поверхностям приведены в табл.6
1.13 Определение режимов резания для сверлильной обработки
1.Глубина резания определяется по формуле
t=0.5D
где:D - диаметр отверстия
Например, для поверхности №20 D=15 тогда t=0.5∙15=7.5мм
где k=0,025; x=0,77;Dсв,- диаметр отверствия, мм
(мм/об).
3. Определение скорости резания:
; (1.58)
где:Т – период стойкости инструмента (Т=45мин.),
- коэффициент;
q, y, m – показатель степени
=7, q=0,4, y=0,7, m=0,2.
Коэффициент KV является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки KMV, состояние поверхности КПV, материала инструмента KИV:
; (1.59)
; (1.60)
КГ=1, nv=0,9, , КПV=1, КИV=0,6, тогда .
(м/мин);
4. Сила резания:
; (1.61)
где:Ср – постоянная, q, y, – показатели степени для определения силы резания, Ср=68, q=1, y=0,7, поправочный коэффициент

=; (1.62)
где:n=0,75; ,
тогда (Н);

5. Крутящий момент:
; (1.63)
где: См – коэффициент, q, y, – показатель степени для определения крутящего момента, См =0,0345, q=2, y=0,8
Нм
6. Мощность резания:
; (1.64)
(кВт);
7. Частота оборотов:
; (1.65)
(об/мин).
8. Корректировка значений.
На основе расчетов частоты вращения шпинделя принимаем:
об/мин.,
9. Минутная подача:
; (1.66)
где:n – частота оборотов, S0 – подача. (мм/мин);
Таблица 2 - Определение режимов резания для сверлильной обработки
Номер и
наименование
перехода № D,mm t,MM So, мм/об V, м/мин п, об/мин Рг,
н N, кВт мм/мин мкр,
Нм
Сверление 20 15 6 0,251 15,41 1060 2590,1 4,11 200,5 50,23
1.14 Определение режимов резания для фрезерования
Для примера рассчитаем поверхность №22 (остальные расчеты занесем в таблицу 3):
Глубина резания:
QUOTE
2. Величина подачи на станках с ЧПУ для технологических операций определяем по эмпирическим формулам:
; (1.67)
где:к=0,007, х=1,27, у=-0,64, р=-0,44 - соответственно коэффициент пропорциональности и показатели степени; kSz=0,6 - поправочный коэффициент на подачу в зависимости от параметров шероховатости; Dф=25, мм; Z=4 - число зубьев фрезы.
Sz = 0,007-0,6-251,25 ·40,64 -3,2-0,44 =0,06 мм/об.
3. Определение скорости резания:
; (1.68)
Где:Cv=234, m=0,37, х=0,24, у=0,26, q=0,44, u=0,l, p=0,13 - соответственно коэффициент пропорциональности, поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы и показатели степени; Т=80мин -период стойкости режущего инструмента; В=20мм - ширина фрезерования. Коэффициент к„ является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки KMV, состояние поверхности Knv, материала инструмента КИУ, т.е.
V1=27 м/мин V2=34м/мин
4. Сила резания:
; (1.69)
где: Ср – постоянная, x, y, n – показатели степени для определения силы резания, поправочный коэффициент Кp представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания:
; (1.70)
; (1.71)
где:n=1; , Кφр=1; Кγр=1
тогда . Ср=300, x=1, y=0,75, n=-0,15.
(Н);
(Н).
5. Крутящий момент:
; (1.72)
где:PZ – сила резания, D – диаметр детали на данном этапе обработки.
(Н∙м);
6. Мощность резания:
; (1.73)
(кВт);
(кВт).
7. Частота оборотов:
; (1.74)
где:D – диаметр обработанной заготовки.
(об/мин);
8. Корректировка значений.
На основе расчетов частоты вращения шпинделя принимаем:
об/мин., По принятым значениям частоты вращения шпинделя корректируем скорость резания и мощность резания, при этом величина расчетной мощности резания должна удовлетворять условию:
,
где:N – расчетная мощность резания; NПР – мощность привода станка;
η – КПД станка (η=0,8…0,85).
(кВт).
Из формулы выражаем скорость резания:
; (1.75)
где: nПРИН – принятое значение оборотов из паспортных данных станка; D–диаметр детали на данном этапе обработки.
Принятая скорость резания:
(м/мин);
Принятая мощность резания:
(кВт);
Во всех случаях условие выполняется.
9. Минутная подача:
; (1.76)
где:n – частота оборотов, S0 – подача.
(мм/мин);
Таблица 3 - Определение режимов резания для фрезерной обработки
Номер и
наименование
перехода № L,mm t,MM So, мм/об v,
м/мин п, об/мин Рг, Н N, кВт мм/мин Мкр, Нм
Фрезерование
черновое 22 30 3,2 0,34 100 1361 873,75 11,22 340,25 109,22
1.15 Определение норм времени при работе на станках с ЧПУ
Нормой времени согласно ГОСТ 3.1109-82 называют регламентированное время выполнения некоторого объема работ (операций) в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.
1.16 Определение норм времени для токарной обработки на станках с ЧПУ
Норму штучного времени на операцию при работе на станках с ЧПУ находят по формуле
Тшт = Та + ТвКtb + Тоб; (1.77)
где:Та – время автоматической основной работы по программе;
Время автоматической работы вычисляют по формуле
Та = Тоа + Тва; (1.78)
где:Тоа – время основной автоматической работы.
; (1.79)
где:Li – длина пути, проходимого инструментом или деталью в направлении подачи при обработке i-го технологического участка с учетом длины врезания и перебега; SMi – минутная скорость подачи на данном участке, мм/мин; i = 1, 2, 3, ..., m – число технологических участков обработки;
Расчетную длину определяют в виде суммы:
L = l + l1 + l2
где l – длина обрабатываемой поверхности; l1 - длина врезания, l2 =5мм –длина перебега инструмента;
; (1.80)
t – глубина резания, мм; - угол в плане лезвия режущего инструмента;
для чернового точения мм;
для чистового точения мм;
для чернового точения мин;
для чистового точения мин;
Тва – время вспомогательной автоматической работы
Тва = Тх + Тост
где:Тх – время вспомогательной автоматической работы на подвод детали или инструментов от исходных точек в зоны обработки и отвод из зоны, установки инструмента на размер, изменения величины и направления подачи; Тост – время технологических пауз-остановок подачи и вращения шпинделя для проверки размеров, осмотра или смены инструмента, перезакрепления детали.
для чернового точения Тва=0,0015мин;
для чистового точения Тва=0,001 мин;
для чернового точения Та=5,932+0,0015=5,9335 мин;
для чистового точения Та=6,35+0,001=6,351мин;
Тв – время выполнения ручной вспомогательной работы, не перекрываемое временем автоматической работы станка:
Тв = Тву + Твсп + Тви; (1.81)
Время Тву предусматривает выполнение следующих работ: установку, выверку (при необходимости) и закрепление детали; открепление и снятие детали; очистку приспособления от стружки.
Тву = аQХ
Q – масса детали, кг; а=0,18, Х=0,42 – коэффициент пропорциональности и показатель степени.
мин; Твсп=0,64мин;
Вспомогательное время на контрольные измерения при работе на токарных, сверлильных и фрезерных станках
; (1.82)
Du, Lu – диаметр и длина измеряемых поверхностей; К=00187, Х=0,21, Y=0,33 – коэффициент пропорциональности и показатели степени.
мин; Тв=0,197+0,64+1,35=2,187 мин;
Кtb=0,76 – поправочный коэффициент на вспомогательное время для учета характера серийности работ;
Тоб – время, затрачиваемое на обслуживание рабочего места
Тоб=0,01(Та+ТвКtb)
для чернового точения мин;
для чистовогo точения мин;
для чернового точения мин;
для чистовогo точения мин;
Норма времени на обработку партии деталей Тпарт определяется формулой
Тпарт = ТштNd + Тп.з; (1.83)
Где:Nd – количество деталей в партии, обрабатываемых на одном станке; Тп.з – время подготовительно-заключительной работы на одном станке.
Тпз = а + вnи + СРр + dРпп; (1.84)
Где:а=11,3, в=0,8, С=0,5, d=0,4 – коэффициенты пропорциональности; Рр – число режущих инструментов или блоков; nи – число устанавливаемых размеров, набираемых переключателями на пульте управления станком.
Тпз=15,6 мин;
; (1.85)
для чернового точения Тпарт=156,56 мин;
для чистовогo точения Тпарт=161,15 мин;
Норма штучно-калькуляционного времени
Тшк = Тшт Тпз / Nd; (1.86)
для чернового точения Тшк=3,16мин;
для чистовогo точения Тшк=3,245 мин;
для тонкого точения Тшк=1,468 мин.
1.17 Определение норм времени для фрезерной обработки на станках с ЧПУ
Норму штучного времени на операцию при работе на станках с ЧПУ находят по формуле
Тшт = Та + ТвКtb + Тоб,; (1.87)
где:Та – время автоматической основной работы по программе;
Та = Тоа + Тва,; (1.88)
Время автоматической работы вычисляют по формуле
где:Тоа – время основной автоматической работы.
; (1.89)
где:Li – длина пути, проходимого инструментом или деталью в направлении подачи при обработке i-го технологического участка с учетом длины врезания и перебега, мм; SMi – минутная скорость подачи на данном участке, мм/мин; i = 1, 2, 3, ..., m – число технологических участков обработки;
Расчетную длину определяют в виде суммы:
L = l + l1 + l2; (1.90)
где:l – длина обрабатываемой поверхности; l1 - длина врезания, l2 =5 мм –длина перебега инструмента;
;(1.91)
мм;
мин;
Тва – время вспомогательной автоматической работы
Тва = Тх + Тост;(1.92)
где:Тх – время вспомогательной автоматической работы на подвод детали или инструментов от исходных точек в зоны обработки и отвод из зоны, установки инструмента на размер, изменения величины и направления подачи; Тост – время технологических пауз-остановок подачи и вращения шпинделя для проверки размеров, осмотра или смены инструмента, перезакрепления детали.
мин; Тост – не учитываем; Тва=0,01мин;
Та=0,57 мин;
Тв – время выполнения ручной вспомогательной работы, не перекрываемое временем автоматической работы станка;
Тв = Тву + Твсп + Тви;(1.93)
Тв=1,575
Время Тву предусматривает выполнение следующих работ: установку, выверку (при необходимости) и закрепление детали; открепление и снятие детали; очистку приспособления от стружки.
Тву = [aQXNdY + 0,4(nБ – 2)];(1.94)
Q – масса детали, кг; а=0,527, Х=0,236,У=0,86 – коэффициент пропорциональности и показатель степени.
мин; Твсп=0,64мин;
Вспомогательное время на контрольные измерения при работе на токарных, сверлильных и фрезерных станках, мин
(1.95)
Du, Lu – диаметр и длина измеряемых поверхностей; К=0,187, Х=0,21, Y=0,3 – коэффициент пропорциональности и показатели степени.
мин;
Кtb=0,15 – поправочный коэффициент на вспомогательное время для учета характера серийности работ;
Тоб – время, затрачиваемое на обслуживание рабочего места
Тоб=0,01(Та+ТвКtb)(1.96)
мин;
мин;
Норма времени на обработку партии деталей Тпарт определяется формулой
Тпарт = ТштNd + Тп.з(1.97)
Где:Nd – количество деталей в партии, обрабатываемых на одном станке; Тп.з – время подготовительно-заключительной работы на одном станке.
Тпз = а + вnи + СРр + dРпп (1.98)
а=11,5, в=1,2, С=0,3, d=0,5 – коэффициенты пропорциональности; Рр – число режущих инструментов или блоков; nи – число устанавливаемых размеров, набираемых переключателями на пульте управления станком.
Тпз= 13,01 мин;
Тпарт= 13,16 мин;
В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляцион-ного времени Тшк = Тш т Тпз / Nd
1.18 Выбор режущего инструмента для токарной обработки
Выбираем марку инструментального материала – твердый сплав Т15К6 . Химический состав и физико-механические характеристики:
- содержание основных компонентов порошков: WC – 79%, TiC – 15%, Co -6%;
- плотность γ=11,1-3-11,6-3кг/м3;
- предел прочности при изгибе изг=1150103МПа;
- твердость HRA 90;
- размер основной массы зёрен 2-5 мкм;
- модуль упругости Е=2110-4МПа;
- теплопроводность 23 Вт/мК;
- теплостойкость 950 ˚С;
- микротвёрдость 13 ГПа.
Сборной проходной резец для контурного точения с механическим креплением многогранных пластин на Рисунке 5

Рисунок 5 - Сборной проходной резец для контурного точения с механическим креплением многогранных пластин

Рисунок 5.1 - Съемная пластина с твердого сплава ВК8
Размер пластины приведен в таблице 3 согласно ГОСТ19043-80.
Таблица 5 - Размер пластины
l, mm d, mm s, mm r, mm m, mm
Черновой 22 12,7 4,76 2,4 16,55
Чистовой 22 12,7 4,76 0,4 18,653
1.19 Выбор режущего инструмента для сверлильной обработки
Для сверлильной обработки выбираем сверло спиральное из быстрорежущей
стали (Р18) с коническим хвостовиком рисунок 6, для станков с ЧПУ (средняя серия), ГОСТ 2 И20-1-80 со следующими геометрическими размерами:
- диаметр сверла d=15мм;
- длина сверла L=205мм;
- длина рабочей части l=140мм;
Физико-механические свойства быстрорежущей стали Р18;
- твердость HRC 63…64;
- ударная вязкость после термообработки 30-40 кгс м/см
- термостойкость (при HRC 620 ° С)
- удельная производительность шлифования 1
- предел прочности при растяжении =3,45ГПа
- предел прочности при изгибе = 3ГПа
- микротвердость 7,9 ГПа
- теплопроводность 20…30 Вт/мК
- плотность 8,39 10 кг/м
- модуль упругости Е=21 10 МПа

Рисунке 6- сверло спиральное
1.20 Выбор режущего инструмента для фрезерной обработки
Для фрезерования хвостовика выбираем фрезу с коническим хвостовиком (ГОСТ 20537-75) со следующими геометрическими размерами:

Рисунок 7 – Фреза с коническим хвостовиком
Для фрезерования хвостовика выбираем фрезу с коническим хвостовиком (ГОСТ 20537-75) со следующими геометрическими размерами:
- диаметр фрезы D=20 мм;
- длина фрезы L=92мм;
- длина рабочей части l=22 мм;
- конус Морзе 4;
- число зубьев z=4.Материал - твердый сплав Т15К6.
Конструкция фрезы приведена на рисунке 7
2. Конструкторская часть
2.1. Определение количества оборудования основного производства
Программа запуска определяется по формуле:
N=tг/to , (2.1)
где tг - годовая трудоёмкость изготовления детали, to – штучное время изготовления одной детали.
N = tг/to = 28000*60/45 = 36000 (шт.)
Расчётное количество оборудования определяется по формуле:
Срi = toi ∙Nz/Ф∆∙60 (2.2)
где toi– оперативное время изготовления детали на данном типе оборудования, (мин), Ф∆ – действительный фонд времени работы оборудования. Эта величина связана с режимом работы оборудования. Для автоматизированного производства и двухсменного режима работы, Ф∆ = 4025 ч.
Поскольку количество оборудования должно выражаться целым числом, расчётные значения следует округлить до ближайшего целого значения Спi.
Расчёт количества токарных станков:
Срт = toт∙Nz/Ф∆∙60 =
Принимаем один токарный станок: Спт = 2.
Расчёт количества фрезерных станков:
Срф = tоф∙Nz/Ф∆∙60 =
Принимаем один фрезерный станок: Срф = 1.
Расчёт количества сверлильных станков:
Срс = toс∙Nz/Ф∆∙60 =
Принимаем один сверлильный станок: Срс = 2.
Расчёт количества зубофрезерных станков:
Срз = toз∙Nz/Ф∆∙60 =
Принимаем один зубофрезерный станок: Срз = 1.
Расчёт количества шлифовальных станков:
Срш = tош∙Nz/Ф∆∙60 =
Принимаем один шлифовальный станок: Срш = 1.
Расчёт количества моечного оборудования:
Срм = tом∙Nz/Ф∆∙60 =
Принимаем одну единицу моечного оборудования: Срм = 1.
Расчёт количества контрольного оборудования:
Срк = tок∙Nz/Ф∆∙60 =
Принимаем одну единицу контрольного оборудования: Срк = 1.
Коэффициент загрузки оборудования.
Средний коэффициент загрузки оборудования на участке определяется
по формуле:
Кz = ∑Cpi/∑Cпi (2.3)
Подставляя полученные ранее значения, определяем
Кz = ∑Cpi/∑Cпi =
Расчётное значение коэффициента загрузки соответствует концепции гибкого производства.
Полученные данные используем для построения диаграммы загрузки рисунке 8:

Рисунке 8. - Коэффициент загрузки станка.
2.2. Расчёт системы инструментального обеспечения
Количество необходимого инструмента в год определяется по формуле:
ntooli = ttooli∙Nz/Tres∙(1+∆l/∆n), (2.4)
где ttooli – штучное время работы инструмента при I – й операции; Tres – период стойкости инструмента
ttooli = toi /notooli (2.5)
Определим количество инструмента, необходимого для каждого станка в течении года.
Время работы инструмента на токарных операциях:
ttoolт = toт /notoolт = (мин)
Количество инструмента:
ntoolт = ttoolт∙Nz/Tres∙(1+∆l/∆n) = (инструментов)
Для токарного станка необходимо в год 443 инструментов.
Время работы инструмента на фрезерных операциях:
ttoolф = toф /notoolф = (мин)
Количество инструмента:
ntoolф = ttoolф∙Nz/Tres∙(1+∆l/∆n) = (инструментов)
Для фрезерного станка необходимо в год 108 инструментов.
Время работы инструмента на сверлильных операциях:
ttoolс = toс /notoolс = (мин)
Количество инструмента:
ntoolс = ttoolс∙Nz/Tres∙(1+∆l/∆n) = (инструментов)
Для сверлильного станка необходимо в год 48 инструментов.
Время работы инструмента на зубофрезерных операциях:
ttoolз = to /notoolсз= (мин)
Количество инструмента:
ntoolз = ttoolз∙Nz/Tres∙(1+∆l/∆n) = (инструментов)
Для зубофрезерного станка необходимо в год 61 инструментов.
Время работы инструмента на шлифовальных операциях:
ttoolш = ttoolш /notoolсш=(мин)
Количество инструмента:
ntoolш = ttoolш∙Nz/Tres∙(1+∆l/∆n)=(инструментов)
Для шлифовального станка необходимо в год 103 инструментов.
Число инструментов на один день для каждого типа станков:
ntooli = ntooli/253 (2.6)
Число инструментов на один день для токарного станка:
ntoolт = ntoolт/253 = 443/253 = 1,75
Число инструментов на один день для фрезерного станка:
ntoolф = ntoolф/253 = 108/253 = 0,43
Число инструментов на один день для сверлильного станка:
ntoolс = ntoolс/253 = 48/253 = 0.19
Число инструментов на один день для зубофрезерного станка:
ntoolз = ntoolз/253 = 60/253 = 0.24
Число инструментов на один день для шлифовального станка:
ntoolш = ntoolш/253 = 103/253 = 0,4
Для всех типов станков достаточно оснащения.
Масса детали определяется по формуле:
m∆ = V∆∙ρ∆ = 7,13 (кг), (2.7)
где V∆ - объём детали, ρ∆ - плотность детали.
2.3. Расчёт массы стружки
Определим количество стружки от одной детали:
Qst = mz - m∆ = 9-7,13 = 1,87 (кг)
Определим массу стружки за один день:
Q٭st = Q∆∙ Qst = 57*1,87 = 67(шт.)
Где:Q∆ - количество деталей, обрабатываемых за один день:
Q∆ = Nz/253 = 36000/253 = 146 (шт.)
Определяем среднее количество стружки возле одного станка:
Q٭٭st = Q٭st /Nm = 114/5 = 22,8 (кг)
Где:Nm - количество станков, обрабатывающих со снятием стружки.
2.4. Подбор оборудования
Под основным технологическим оборудованием (ОТО) понимаем металлообрабатывающие станки входящие в ГПС, набор станков зависит от технологического назначения системы.
Основным критерием определяется возможность включения станка в ГПС его уровень автоматизации по этому критерию можно определить какие станки, каких доработок требуют.
Исходя из этого, при создании ГПМ отбираются станки, которые имеют автоматический цикл обработки включения переключения скоростей и подач, а также автоматический либо механический зажим изделия в приспособлении.
Для возможности стыковки ПР необходимо следующие модернизации станков:
- автоматизированного зажима и освобождения изделий на станке (наличие автоматического зажимного приспособления);
- возможность диалога между станком и роботом (УЧПУ);
- автоматизированной очистки базовых поверхностей установочного приспособления или стола станка – для станков с горизонтальным столом и токарных станков вертикальной компоновки. (Наличие устройства смыва или сдува стружки);
- автоматизированное перемещение ограждения или изменение его конструкции для станков с ограждением;
- автоматизированного поджима заготовки к торцу патрона. (Для токарных станков горизонтальной компоновки);
-автоматический поджим заготовки к опорной плоскости, устанавливаемого приспособления для сверлильно-фрезерно-расточных станков;
- наличие устройства дробления стружки для токарных станков;
- наличие торцевых или поводковых патронов для кругло-торце- шлифовальных и шлицеобрабатываемых станков;
- автоматизированной запрессовки заготовок на оправку или применениедругих методов базовой заготовки для зубообработки станков;
- автоматизированное перемещение и фиксация положения изделия на позиции загрузки.
2.5 Токарный станок модели ИРТ180ПМФ4
Токарный станок с ЧПУ модели ИРТ180ПМФ4 рисунок 9 предназначен для выполнения различных токарных операций на заготовках, установленных в центрах или в патроне. На станках можно обрабатывать изделия цилиндрическими, коническими и фасонными поверхностями, производить наружное точение, сверление, растачивание, нарезание резьбы. Диапазоны регулирования частоты вращения шпинделя и подач позволяют производить обработку изделий из черных и цветных металлов и жаропрочных сталей. Станок оснащен четырехсторонним резцедержателем с быстросменными блоками инструментов, поворот которых осуществляется по программе. Конструкция резцедержателя позволяет устанавливать до восьми инструментов.

Рисунок 9 – Габаритный план токарного станка модели ИРТ180ПМФ4
2.6 Горизонтальный многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточной станок модели ИР320ПМФ4
Горизонтальный многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточной станок с ЧПУ модели ИР320ПМФ4 рисунок 10 предназначен для обработки с высокой степенью точности, обеспечивает шероховатость обработанной поверхности Ra 1,25 мкм, среднегабаритных деталей в серийном производстве.
На станке выполняют различные виды обработки, свойственные станкам сверлильно-фрезерно-расточной группы. Широкий диапазон частот вращения шпинделя и скоростей подач позволяет производить обработку изделийиз черных и цветных металлов. Станок оснащен контурно-позиционным устройством ЧПУ, механизмами автоматической смены инструмента. ИР320ПМФ4 снабжается устройством для удаления стружки, установкой подачи смазочно-охлаждающей жидкости гидростанцией, предназначенной для осуществления движений вспомогательных механизмов. Привод главного движения – двухступенчатый с электродвигателем постоянного тока. Конструкция направляющих качения обеспечивает плавные перемещения подвижных узлов и высокую точность позиционирования. Время разгона и торможения подвижных узлов – минимальное. Фиксация подвижных узлов при резании осуществляется следящим приводом, исключающим необходимость применения специальных зажимных устройств. Отсчет перемещений подвижных узлов по координатным осям производиться высокоточными линейными датчиками.


Рисунок 10 – Габаритный план горизонтального многоцелевого сверлильно-фрезерно-расточного станка модели ИР320ПМФ4
2.7 Станок круглошлифовальный 3М153У
Исходя из характеристик детали, для круглошлифовальной операций подбираем ст. мод. 3М153У.
Предназначен для наружного шлифования цилиндрических, конических и торцевых поверхностей деталей при установке их в центрах. Изготовляется для нужд народного хозяйства и на экспорт.
Класс точности станка по ГОСТ 8-77.
Габаритный план круглошлифовального станка представлен на рисунке 11

Рисунок 11 - Габаритный план круглошлифовального станка модели 3М153У
2.8 Зубофрезерный станок 5В371
Исходя из характеристик детали, для зубофрезерной операций подбираем станок особо высокой точности. Основные характеристики станка модели 5В371.Габаритный план горизонтального зубофрезерного станка представлен на рисунке 12

Рисунок 12 - Габаритный план горизонтального зубофрезерного станка
2.9 Устройство автоматической смены инструмента
В ГПС смена инструмента происходит автоматически. Основная цель – сократить время простоя дорогостоящих станков. Смену инструмента осуществляют следущие устройства:
- накопители, револьверные головки(РГ), магазины инструментальных гильз, инструментальные магазины;
- загрузочно-разгрузочные устройства для смены и установки инструмента в шпиндель станка;
- промежуточные конвейеры.
РГ представляют собой несколько инструментальных шпинделей смонтированных в поворотном корпусе. Смена инструмента происходит за 2-3 сек. Различают РГ с перпендикулярным расположением к оси головки, представлены на рисунке 13, и с параллельным, представлены на рисунке 13.1.

Рисунок 13 -. Перпендикулярная револьверная головка

Рисунок 13.1 - Параллельная револьверная головка
Используются они в основном на токарных операционных станках.
Недостатки:
- ограниченное число инструментов(6-8);
- малая зона обработки;
- небольшая жесткость шпинделей;
- срабатывание головки.
В много операционных и операционных токарных станках используются револьверные магазины на 12-16 инструментов, представлено на рис. 14.

Рисунок 14 - Револьверный магазин
Оправки соостны со шпинделем станка. При выдвижении шпиндель захватывает оправку и выносит её из магазина. При возврате инструмента оправка отсоединяется от него и закрепляется в магазине. После этого магазин поворачивается. Время смены инструмента 5 сек. В серийном производстве обработка на токарных станках занимает меньше времени чем на сверлильно-фрезерно-расточных (СФРС). Один токарный = 4 СФРС. Кроме того на токарном станке изменение приспособления для зажима заготовки обозначает только смену кулачков, поэтому разрыв по производительности еще больше возрастает. Следовательно в мелкосерийном производстве целесообразно полностью обрабатывать заготовку на одном много целевом токарном станке. При этом цикл обработки сокращается как за счет концентрации операций на одном станке , так и за счет сокращения времени на переустановку заготовки.
В случае ГПС еще более перспективно применение инструментальных магазинов. Их емкость 18-60 инструментов (иногда до 120).Еще одно приимущество6 возможность расположения неработающего инструмента, в данный момент, вне зоны резания.
По программе инструмент в специальных оправках захватывается и магазина роботом или автооператором и загружается в шпиндель. После операции возвращается на прежнее место. Имеется три типа ИМ: поворотные и цепные . Поворотные – дисковые и барабанные.
В наших станках будут установлены перпендикулярные револьверные головки, так как они полностью обеспечат количество необходимого инструмента.
2.10 Модульное оборудование системы. Удаления отходов производства. Технологические проблемы удаления стружки
Для обслуживания станков всех типов подбираем пылестружкоотсасывающий агрегат ВЦНИИОТ – 900
В условиях автоматического режима обработки удаление стружки из зоны резания является одним из важных условий надежной, качественной и высокопроизводительной обработки изделий на металлорежущем оборудовании ГПС. Наличие стружки может привести к появлению дефектов на обрабатываемой поверхности, вызвать преждевременный износ режущего инструмента, его затупление и поломку.
Для удаления стружки используются системы (рис. 15), состоящие из следующих составных элементов:
- пылестружкоотводчиков, которые осуществляют удаление пыли и стружки из зоны резания;
- устройств транспортирования стружки за пределы станка или участка;
из циклонов и фильтров, которые обеспечивают отделение стружки от воздуха и СОЖ;
- системы магистрального транспортирования стружки к устройствам переработки;
- системы переработки стружки, осуществляющей обезжиривание, дробление и брикетирование стружки.
Рисунок 15 - Структурная схема системы удаления отходов производства
Для надежной работы системы удаления и переработки стружки должна быть обеспечена однородная фракция стружки (обычно длинной 1-2 см).

Рисунок 16 - Передвижной отсасывающий агрегат ВЦНИИОТ 900.
2.11 Назначение и принцип работы РТК ионно-плазменного нанесения покрытий
Данный РТК, предназначен для нанесения ионно-плазменного покрытий (TiN, Ti) на зубья вала-шестерни, с целью повышения их износостойкости. А, следовательно, увеличения времени их работы.
В данном РТК реализуются все необходимые операции для получения качественных покрытий, а именно достижение нужной чистоты поверхностного слоя путем промывки и последующей сушки исходных деталей, а далее нанесение покрытия в установке «Украина - 3». Загрузку установки и транспортировку деталей осуществляет промышленный робот М20П40.01-02. Детали расположены по одной в специальном деталедержателе. Робот принимает детали и после ионно-плазменной обработки слаживает на тактовый стол.
2.12 Промышленный робот М20П
Для обслуживания станков всех типов подбираем промышленный робот М20П, схема которого приведена на рисунке 17

Рисунок.17 Промышленный робот М20П
Промышленный робот с ЧПУ М2ОП предназначен для автоматизации установки – снятия заготовок и деталей, смены инструментов и других вспомогательных операций при обслуживании станков с ЧПУ. Устройство данного типа может обслуживать одни или два станка и образовывать вместе с накопительными и транспортными устройствами гибкий производственный обрабатывающий комплекс, предназначенный для продолжительной работы без участия оператора.
. 2.13 Исходные данные по проектирование гибкого автоматизированного участка
месячный фонд работы оборудования 0 (зависит от коэффициента сменности); ч.
число операций, выполняемых на участке в течение месяца, О=210, шт.
средняя масса и габариты обрабатываемых деталей; m=50кг, lbh=300400350
среднее месячное количество наименований деталей (номенклатура), обрабатываемых на автоматизированном комплексе kнаим = 50 шт.;
средняя трудоемкость обработки одной детали tоб= 2,0 ч;
средняя месячная программа выпуска деталей одного наименования  Nнаим = 28 шт.;
среднее время установки заготовки в приспособление tЗ= 2 мин.
среднее время разгрузки заготовки из приспособления tР= 2 мин.
время на промежуточный контроль tKп= 4 мин.
время на окончательный контроль tKо= 15 мин.
число деталей, через которое деталь выводится на контроль по требованию технолога, n1 = 9 шт.
среднее время работы инструмента tИН = 110 мин;
среднее число дублеров инструмента на одну деталь nДБ= 2 шт.
коэффициент партионности деталей, m = 1,5
число инструментов, не размещающихся в магазине станка nИН = 2 шт.
число наименований деталей, последовательно обрабатываемых на станке nД=4 шт.
2.14 Определение количества и состава оборудования основного производства.
Средний такт выпуска деталей на участке определяется по формуле:
ч (1.1)
где kнаим - среднее месячное количество наименований деталей (номенклатура), обрабатываемых на автоматизированном комплексе;
Nнаим - средняя месячная программа выпуска деталей одного наименования;
0 - месячный фонд работы оборудования, 0 = 305 ч.
Средняя станкоемкость обработки одной детали, приходящаяся на один станок, определяется по формуле:
T0i = 0i  tоб, (1.2)
где tоб - средняя трудоемкость обработки одной детали;
0i – доля оперативного времени для данного типа станков, определяемая для следующих операций:
Для данной группы деталей было сделано такое распределение:
фрезерно-расточные – 0,48; сверлильные и резьбонарезные – 0,28; шлифовальные – 0,17.
T0фр = 0,48  2,0 = 0,97 ч
T0Св = 0,28  2,0 = 0,58 ч
T0Ш = 0,17  2,0 = 0,35 ч
Расчетное количество оборудования каждого типа определяется по формуле:
(1.3)
Поскольку количество оборудования должно выражаться целым числом, расчетные значения следует округлить до ближайшего целого значения .
Определение количества фрезерно-расточных станков.


Определение количества сверлильных и резьбонарезных станков.

= 3
Определение количества шлифовальных станков.


Определение коэффициента загрузки оборудования
Коэффициент загрузки для каждого типа оборудования определяется по формуле:
(1.4)



Средний коэффициент загрузки оборудования на участке определяется по формуле:
(1.5)
Полученные данные используем для построения диаграммы загрузки:

Рисунок 1.1 - Диаграмма загрузки станков
Производим подбор оборудования. Полученные результаты сводим в таблицу.
Таблица 1 - Состав и количество оборудования
Модель станка Модель УЧПУ Средняя станкоемкость T0i Количество оборудования в комплексе Коэффициент загрузки
KЗi
расчетное CРi принятое CПi ИР500ПМФ4 Н5-5 0,97 4,85 5 0,97
ИР500ПМФ4 Н5-5 0,58 2,9 3 0,96
3Н764Ф1 Н5-5 0,35 1,75 2 0,87

Таблица 1.2 - Параметры станка ИР500ПМФ4
Параметр ИР500ПМФ4
Размеры стола-спутника l×b, мм 500x500
Наибольшая масса обрабатываемой детали, кг 700
Перемещение подвижных узлов, мм:
- по оси Х
- по оси Y
- по оси Z 800
500
500
Мощность главного привода, кВт 22
Число инструментов в магазине, шт. 36
Время смены инструмента, с. 12,5
Число столов-спутников в накопителе, шт. 4;12
Время смены столов-спутников в накопителе, с. 35
Масса станка без оборудования, т. 10

Рисунок 1.2 - Фрезерно-расточной станок ИР500ПМФ4
В таблице 1.3. приведены параметры карусельно-шлифовального станка 3Н764Ф1.
Таблица 1.3 - Параметры карусельно-шлифовального станка
Параметр 3Н764Ф1
Наибольший диаметр шлифуемого изделия, мм 2500
Наибольшая высота шлифуемого изделия, мм 800
Наибольшая масса обрабатываемой детали, кг 2500
Диаметр планшайбы, мм 2500
Горизонтальная и вертикальная непрерывные подачи (бесступенчатое регулирование), мм/мин 10-1500
Количество ступеней горизонтальных и вертикальных врезных подач 11
Горизонтальные и прерывистые вертикальные врезные подачи, мкм 2,5-50
Габарит станка, мм 8800×8500×5800
Масса станка с электрооборудованием, кг 64000

Рисунок .1.3 - Крусельно-шлифовальный станок 3Н764Ф1
Концепция производства зависит от типа производства. Ориентировочно тип производства устанавливают на начальной стадии проектирования. Основным критерием при этом служит коэффициент закрепления операций. Это отношение числа всех технологических операций О, выполняемых в течение месяца на механическом участке, к числу рабочих мест этого участка Р:
(1.6)
Типы машиностроительных производств характеризуются следующими значениями коэффициента закрепления операций:
КЗО  1 – массовое производство;
1  КЗО  10 – крупносерийное производство;
10 < КЗО  20 – среднесерийное производство;
20 < КЗО  40 – мелкосерийное производство;
КЗО > 40 – единичное производство;
Таким образом, = 21, мы имеем мелкосерийное производство и экономически целесообразно является проектирование гибкого автоматизированного участка.
2.15 Расчет и проектирование межоперационного склада заготовок и деталей
В условиях серийного производства целесообразно использовать для каждой типа деталей отдельный спутник с приспособлением. Детали каждого наименования устанавливаются на спутник с конкретным устройством базирования и закрепления, т.е. каждому наименованию деталей соответствует «свой» спутник. Это позволяет сократить капитальные затраты, связанные с изготовлением дополнительных комплектов оснастки, и уменьшить размер стеллажа для хранения спутников.
Спутник располагается в отдельной ячейке стеллажа. Таким образом, число наименований деталей определяет число ячеек в стеллаже. Минимальное число ячеек стеллажа соответствует числу наименований деталей при условии, что для обработки одного наименования деталей используется один и тот же спутник.
Так как автоматизированные комплексы позволяют обрабатывать широкую номенклатуру деталей, которая может меняться в процессе эксплуатации, то целесообразно иметь запас ячеек в стеллаже (например, 10 %) на случай увеличения числа обрабатываемых деталей, т.е. число ячеек стеллажа принимается:
КСТЕЛ  1,2   Кнаим.  = 1,2 ∙ 50 = 62. (2.1)
Определяем габаритные размеры стеллажа.
Необходимо определить размеры, занимаемые партией деталей каждого наименования вместе с ложементом.
Далее необходимо определить размеры спутника из стандартного ряда. Известные число ячеек стеллажа и размеры спутника позволяют определить параметры клеточных стеллажей.
Комплекс (рис. 2.2) включает десять станков (СТ1– СТ10), nСТ = 10 шт., стеллаж-накопитель спутников с ячейками позиции загрузки, разгрузки, контроля, внешний и внутренний штабелеры. Средняя трудоемкость обработки одной детали tОБ = 2,0 ч; средняя месячная программа выпуска деталей одного наименования NНАИМ = 50 шт.; месячный фонд работы одного станка в две смены Ф0 = 305 ч. ; среднее месячное количество наименований деталей (номенклатура), KНАИМ = 28 шт.
Рисунок 2.1 - План комплекса
Так как размеры спутника 500×500×130 мм, m = 50кг то выбираем ячейки для свободного расположения спутника: (АСТ=670 мм, ВСТ=670 мм, Ня=600мм, Нст=1210мм).
Из конструктивных соображений количество ячеек, расположенных по длине стеллажа Y=15шт. Соответственно количество ячеек, расположенных в высоту стеллажа:
2 шт.
Длина стеллажа определяется по формуле:
мм.
Высота стеллажа определяется как:
(2.2)
где Z – количество ячеек, расположенных в высоту стеллажа; СЯ – высота ячейки; hH – расстояние от пола до первого ряда ячеек.
Масса детали: mдет =50кг
Масса спутника: mспут =300кг
Нагрузка на одну ячейку будет: мнагр = 50 + 300 = 350кг
Площадь одной ячейки S=670 ∙ 670 = 44890 0,4489 тогда удельная масса будет:
1,5 т/м2 (2.3)
2.16 Расчет числа позиций загрузки и разгрузки
Функционально позиции загрузки, где производится установка заготовки в приспособление, и разгрузки, где обработанная деталь снимается с приспособления, могут быть либо разделены, либо объединены. При разделении функций должно быть на участке минимум два рабочих места. При объединении на одном рабочем месте обеих операций таких позиций может быть и одна, если на ней успевают по времени выполнить весь объем работ.
Расчет необходимого числа позиций nПОЗ производят по формуле
; (3.1)
где t – средняя трудоемкость операций на позиции (только загрузки или разгрузки, если операции разделены, или суммарная, если обе операции выполняются на одной позиции), мин; KДЕТ – число деталей, проходящих через позицию в течение месяца, шт.; ФПОЗ – месячный фонд времени работы позиции, ч.
KДЕТ = KНАИМ  . NНАИМ = 50 .  28 = 1400шт; (3.2)
В рассматриваемом примере среднее время установки заготовки в приспособление равно tЗ = 2 мин, разгрузки tР = 2 мин.
Позиции функционально разделены (1-й вариант).
Согласно (3.2) в течение месяца через каждую позицию проходит деталей KДЕТ = 1400 шт.
Необходимое число позиций загрузки согласно (3.1)
;
а позиций разгрузки

Итак, требуется одна позиция загрузки (коэффициент использования ее 0,15) и одна позиция разгрузки (коэффициент использования 0,15).
Позиция выполняет обе функции: загрузки и разгрузки (2-й вариант)

Для обеспечения нормальной работы комплекса, исходя из расчета, достаточно одной позиции, которая выполняет функции загрузки и разгрузки
В 1-м варианте при выходе из строя одной позиции вторая не может принять на себя, ее функции. Поэтому для надежности работы комплекса целесообразно иметь две одинаковые позиция, выполняющие одновременно загрузку и разгрузку деталей.
2.17 Расчет числа позиций контроля
В производстве, как правило, первая деталь, а затем каждая n-я проходят контроль. При этом если деталь обрабатывается на нескольких станках, то контроль производится после обработки на каждом из них. Это необходимо для своевременного принятия мер по недопущению брака в связи с потерей размеров режущего инструмента и станков.
В автоматизированных комплексах, у которых отсутствует активный контроль на станках в процессе обработки деталей, необходимо вести проверку получаемых размеров деталей на специальной позиции контроля, оборудованной необходимым мерительным инструментом. На этой позиции наладчик, отвечающий за качество выпускаемых деталей, проверяет полученные размеры. Если размеры находятся в требуемых пределах, то он разрешает обработку следующих деталей этим инструментом. В противном случае наладчик вводит в систему управления коррекцию на инструмент или дает команду о его замене. Число деталей, через которое производится плановый вывод детали на контроль, устанавливается технологом. Однако, наладчик отвечающий за качество деталей, может вызвать на контроль любую деталь в промежутке между заданными технологом, если есть подозрение на возможный выход размеров за пределы допусков. Такая необходимость возникает в момент обработки поверхности первый раз новым инструментом и в период работы инструмента, выработавшего установленную стойкость.
(4.1)
где tК – суммарное время контроля одной детали, мин.
KДЕТ.К – число деталей, проходящих контроль за месяц, шт.
ФПОЗ – месячный фонд работы позиции, ч.
(4.2)
где n1 – число деталей, через которое деталь выводится на контроль, шт.; K1, K2 поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно контроль первой детали, обработанной в начале смены, и вывод на контроль в связи с работой нового инструмента.
шт, (4.3)
где KДЕТ – число деталей, обрабатываемых на комплексе за месяц, шт.; n число деталей, через которое деталь выводится на контроль, шт.
Суммарное время контроля одной детали tК определяется как сумма времени на промежуточный контроль tKп (контролируется только часть поверхностей) и времени tKо на окончательный контроль всех поверхностей:
Принимаем tK1 tK2 4 мин; tK3 15 мин. Тогда суммарное время контроля одной детали
tK = tK1 ∙ tK3=4 + 15 = 19 мин. (4.4)

Для обеспечения нормальной работы комплекса, исходя из расчета, достаточно одной позиции, которая.
2.17 Определение состава оборудования для транспортирования деталей
Работа автоматизированного комплекса во многом зависит от работы его транспортной системы. Транспортная система автоматизированного комплекса может состоять только из системы транспортирования деталей или включать в себя еще и систему транспортирования инструмента. Транспортная система деталей связывает между собой станки и позиции загрузки и разгрузки деталей, обеспечивая своевременную подачу заготовок к станкам и вывод со станков, обработанных деталей.
Транспортная система инструмента осуществляет своевременную доставку и замену инструментальных наладок или всего магазина инструментов станков для оснащения его необходимым инструментом. Транспортная система располагается вдоль станков с одной стороны (прямолинейная) или вокруг их (круговая), а транспортирование спутников с (заготовками) и обработанными деталями осуществляется либо с помощью роликовых конвейеров (непрерывный транспорт), либо подвижных механизмов – штабелеров, промышленных роботов и т. д. (дискретный транспорт).
Работа автоматизированного комплекса, оснащенного накопителем для хранения спутников, позициями загрузки-разгрузки спутников и позициями контроля для проверки результатов обработки, требует организации доставки спутников с позиций на станки и обратно. Эти функции выполняют подвижные транспортные механизмы штабелеры, расположенные по обе стороны стеллажа.
Штабелер, расположенный со стороны станков, должен передавать спутники с заготовками со стеллажа на станки и со станка на станок, если деталь обрабатывается на нескольких станках последовательно, а также спутники с обработанными деталями со станка в стеллаж.
Для определения числа штабелеров, расположенных со стороны станков, на стадии технического предложения необходимо знать усредненный маршрут обработки деталей по станкам. Это позволит определить общее число перемещений спутников со станка на станок в течение определенного отрезка времени (удобнее всего месяца). Зная число обрабатываемых деталей, число установок, выходящих на контроль и возвращающихся для продолжения обработки, а также маршрут движения установок по станкам, можно подсчитать число перемещений штабелера, расположенного со стороны станков.
Для случая «чистого» ГАУ после обработки на станке деталь обязательно возвращается на межоперационный склад, а затем уже на другой станок (каждое наименование деталей по одному разу подается на каждый станок и по одному разу возвращается на склад). Тогда суммарное время ТОБСЛ работы штабелера со стороны станков примерно можно выразить формулой:
(5.1)
где nтипСТ=2 число различных типов станков в комплексе; NСПУТ - количество деталей одного наименования, которое планируется разместить на одном спутнике.
Время выполнения штабелером одной передачи спутника (будь то tСТЕЛ-СТ или tСТ-СТ) определяется временем отработки им двух кадров. Время передачи (мин) спутника штабелером
tПЕР = 2tК + 2 ∙ tПОД + 2   tВ.С (5.2)
где tК время расчета и передачи кадра от ЭВМ на локальную систему ЧПУ, управляющую штабелером, мин; tПОД – время подхода к заданному месту, мин; tВ.С – время работы цикловой автоматики телескопического стола штабелера по выполнению операции «Взять спутник» (из ячейки, из загрузочного устройства станка), мин; tП.С – время работы цикловой автоматики телескопического стола штабелера по выполнению операции «Поставить спутник» (в ячейку, на загрузочное устройство станка), мин.
Время tК зависит от быстродействия локальной системы ЧПУ и от системы программного обеспечения и колеблется в пределах 1,5..10 с. Время tВ.С = tП.С зависит от времени отработки цикла телескопическим (выдвижным) столом штабелера и находится в пределах 0,15..0,3 мин. Время подхода штабелера к заданной точке
tПОД = (5.3)
где V скорость перемещения штабелера вдоль осей Х и У, м/мин. Для расчета этих величин необходимо произвести подбор моделей транспортного оборудования
Выбираем рельсовый - подвесной кран-штабелер, параметры которого приведены в табл.5.1.
Таблица 5.1 - Параметры кран-штабелера
Параметр РШ П-500
Грузоподъемность, кг 500
Высота стеллажа, м 1,21
Размеры, мм
Расстояние от рельсового пути до нижнего
рабочего положения грузозахвата, мм 450
Скорость передвижения крана-штабелера, м/мин 15
Скорость подъема грузозахватного органа, м/с 0,3
Скорость выдвижения грузозахватного органа, м/с 0,26
Суммарная мощность, кВт 6

Рисунок 5.1 – робот-штабелер мод. РШ П-500
Для оценочных расчетов среднего перемещения штабелера можно использовать формулу
20 м (5.4)
где СЯ и А – соответственно высота и длина ячейки стеллажа, м; КСТ – число принятых ячеек стеллажа.
tПОД = = 79с
tПЕР = 2(2 + 79 + 0,26) = 162c = 2,7 мин
ч
Рассчитав суммарное время обслуживания станков, можно определить число штабелеров для выполнения этой работы. Коэффициент загрузки штабелера
(5.5)
где ФШ – фонд работы штабелера.
Если КЗАГР =0,99≤ 1, то необходимо иметь один штабелер расположен со стороны станков.
После того как определено число штабелеров, расположенных со стороны станков, желательно рассчитать допустимое суммарное время простоев штабелера во время смены. Это необходимо для того, чтобы знать время, которым будет располагать обслуживающий персонал комплекса на устранение неисправностей штабелера, не допуская при этом простоев оборудования. Суммарное время простоев включает в себя время простоя как в результате неисправности самого штабелера (механической и электронной частей), так и по вине оператора, не успевшего загрузить или разгрузить спутник, и задержавшего передачу его на станок.
Штабелер расположенный со стороны позиций загрузки, разгрузки, должен подавать пустые спутники на позицию загрузки, устанавливать загруженные спутники в стеллаж, доставлять спутники с деталями на позиции контроля и разгрузки. Для определения числа штабелеров со стороны позиций необходимо, прежде всего, устанавливать число перемещений штабелера в этой зоне. Это несложно сделать, зная число деталей, обрабатываемых на автоматизированном комплексе, и число деталей, выходящих на позицию контроля.
Время на передачу спутника, затрачиваемое штабелером, работающим со стороны позиций, определяется аналогичным образом для расчета времени, затрачиваемого штабелером, работающим со стороны станков. Оно складывается из тех же величин. Станки, заменяются позициями загрузки, разгрузки и контроля.
Определяем среде перемещение штабелера:
20 м (5.6)
Время подхода штабелера к заданной точке:
tПОД = = 79с (5.7)
Время передачи спутника штабелером:
tПЕР = 2tК + 2 ∙ tПОД + 2 ∙ tВ.С = 2 ∙ (2 + 79 + 0,26) = 162 c = 2,7 мин (5.8)
Предполагая, что штабелер с позиции обязательно возвращается на межоперационный склад, а затем уже на другую позицию (каждое наименование деталей по одному разу подается с позиции загрузки на склад, со склада на позицию контроля, а также некоторые детали подаются на позицию контроля). Тогда суммарное время ТОБСЛ работы штабелера стороны позиций примерно можно выразить формулой:
ч (5.9)

где nПОЗ.К, nПОЗ.З, nПОЗ.Р число позиций контроля, загрузки и разгрузки в комплексе; КСТЕЛ принятое число ячеек стеллажа.
Тогда коэффициент загрузки штабелера:
(5.10)
Так как КЗАГР =0,3≤ 1, то необходимо иметь один штабелер расположен со стороны позиций загрузки, разгрузки, контроля.
2.18 Определение состава оборудования для транспортирования инструмента
Многономенклатурные автоматизированные комплексы с высокой степенью автоматизации включают в себя помимо системы транспортирования деталей также систему транспортирования инструмента.
На стадии технического предложения необходимо произвести расчеты по определению основных параметров транспорта инструмента и определить:
1) характеристику центрального магазина инструментов (склада);
2) число и функции подвижных транспортных механизмов.
Основной расчетной характеристикой центрального магазина инструментов является его вместимость, которая определяется числом инструмента, требуемого для обработки заданного числа деталей, и размерами комплекса. Как правило, склад инструмента располагают либо рядом со станками (такая компоновка представлена на рис. 6.1), либо над станками (это позволяет экономить производственную площадь).
При таком расположении склад выполняется одноярусным (по аналогии со складом деталей), а число рядов может быть различным и зависит от числа инструментальных гнезд, которое в нем должно быть.
На стадии технического предложения суммарное число инструментов, необходимых для обработки всей номенклатуры деталей в течение месяца рассчитывается по формуле
КИН = К1 + КД, (6.1)
где К1 – число инструментов для обработки всей номенклатуры деталей, шт.;
шт, (6.2)
здесь КНАИМ =50 – число наименований деталей, шт.; tОБ =2,0– среднее время обработки одной детали, мин; NНАИМ  =28 – средняя месячная программа выпуска деталей одного наименования; tИН = 110– среднее время работы одного инструмента, мин;
Рисунок 6.1 - Схема транспортирования инструмента
Число дублеров инструмента для обработки месячной программы деталей, шт.
КД = nДБ ∙ NНАИМ ∙ КНАИМ, (6.3)
где nДБ = 2– среднее число дублеров на одну деталь, шт.
Дублеры необходимы для инструмента с малой стойкостью, к числу которых относятся метчики, развертки и т. д.
На рассматриваемом автоматизированном комплексе обрабатываются детали 50 наименований, размер партии NНАИМ = 28. Средняя трудоемкость
Время обработки детали составляет 2,0 ч, среднее время работы одного инструмента 110 мин. Среднее число дублеров инструментов на каждую деталь 2 шт.
КД =2 ∙ 28 ∙ 50 = 2800
1527 шт.; КД =2800 шт.
Для обработки 28 наименований деталей необходимо суммарное число инструментов, которое рассчитывается по формуле:
КИН = 1527 + 2800 = 4327 шт.
Шаг расположения инструментальных гнезд магазина tГ выбирается с таким расчетом, чтобы инструменты в общем случае не мешали друг другу при установке в соседние гнезда. Исключением может быть крупный инструмент, который перекрывает соседние гнезда.
При шаге tГ = 126 мм вдоль всех восьми станков на длине 46000 мм (см. рис. 6.1) в один ряд располагаются 250 инструментов. В магазинах восьми станков располагаются 240 инструментов (по 30 инструментов в магазине каждого станка).
Если стеллаж выполнить двухрядным, то на комплексе одновременно может находиться 2502+240=740 инструментов. Чтобы установить весь оставшийся инструмент, то понадобится еще один ряд. В таком стеллаже организация доставки инструмента с крайних накопителей к станкам потребует установки дополнительных подвижных передающих механизмов, что снижает надежность работы системы и значительно увеличивает время поиска и доставки инструмента.
В этом случае система транспортирования инструмента строится в соответствии с планировкой (см. рис. 6.1) и включает: накопитель инструментов центрального магазина ИЦ1 (ближайший к станкам СТ1 – СТ7), задний накопитель инструментов центрального магазина ИЦ2, роботы-автооператоы ИА1-ИА4, работающие со стороны станков. Работа инструментальной системы с центральным многорядным накопителем инструмента, расположенным над станками, и магазинами инструментов станков, требует наличия подвижных устройств для доставки инструмента к станкам и вывода его с комплекса.
Одним из таких устройств являются кассеты. Кассеты обеспечивают вертикальное перемещение инструмента от рабочего места оператора к центральному магазину инструментов и обратно. Разгрузку и загрузку кассет вверху, а также передачу инструмента и магазины станков осуществляют роботы-автооператоры.
Основной характеристикой кассеты является число гнезд под инструмент, которое определяется из необходимости обеспечить за один подъем кассеты доставку к верхнему стеллажу не менее двух инструментов. В противном случае возможности роботов-автооператоров, имеющих два захватных устройства, не будут полностью использованы при работе с кассетой. Наличие в кассете шести гнезд (два из которых предназначены для установки инструмента со специальными хвостовиками) позволяет в любом случае за один вертикальный ход подать в магазин инструментов минимум два инструмента. При необходимости подать в магазин подряд два инструмента большого диаметра или два инструмента со специальным хвостовиком (например, для глубокого сверления) в худшем случае работают только два гнезда кассеты. В лучшем случае, кассета за один ход подает в инструментальный магазин шесть инструментов. Наличие в кассете большего числа гнезд утяжеляет конструкцию кассеты и снижает производительность роботов-автооператоров, так как кассета длительное время находится внизу на загрузке.
Производительность, которую должна обеспечить кассета (шт/ч), рассчитывают по формуле:
, (6.5)
где КИН – число инструментов, необходимое для обработки всей номенклатуры деталей, шт.; m – коэффициент, учитывающий партийность деталей; ФК – месячный фонд работы кассеты, принятый 305 ч.
Робот-автооператор, расположенный со стороны станков, обеспечивает доставку инструмента из ближайшей к станкам линии накопителя центрального магазина инструментов в магазины станков и обратно. Чтобы определить необходимое число роботов-автооператоров, работающих со стороны станков, необходимо знать хотя бы приблизительно число смен инструментов в магазинах станков в течение месяца и среднее время выполнения одной смены. В качестве автооператора представлен робот-автооператор.

Рисунок 6.1 - Робот-автооператор: 1 – сварная конструкция со встроенными роликами для перемещения по направляющим; 2- манипулятор; 3 – редуктор; 4 – электродвигатель; 6 – механизм поворота манипулятора; 7 – вращающийся фланец, на котором размещены захватние устройства; 8 – ЗУ манипулятора; 9 – насосная установка
КСМ - суммарное число смен инструмента на комплексе в течение месяца
КСМ = КИН + КД = 4327 + 2800 = 7127 шт, (6.6)
где КИН =4327– число инструментов, необходимое для обработки всей номенклатуры деталей, шт; КД.СМ =2800– число дополнительных смен инструмента на станках, шт.
Суммарное время (ч), затрачиваемое роботом-автооператором на обслуживание станков
ч, (6.7)
где КСМ – число смен инструмента на одном станке в течение месяца, шт.; tСМ – среднее время смены одного инструмента, мин; nC – число станков в комплексе, шт.
На стадии технического предложения точно установить число смен инструмента в станках не представляется возможным, оно зависит от нескольких факторов, еще не определенных к этому времени:
1) последовательности подачи деталей на станок;
2) числа инструментов, необходимых для обработки каждой из деталей;
3) комплектности размещения в магазине станка инструмента, необходимого для обработки заданной последовательности деталей;
4) месячной программы выпуска деталей и партийности запуска;
5) трудоемкости обработки на каждом станке.
Поскольку на одном спутника установлено несколько деталей одного наименования, имеется возможность обработать все эти детали последовательно и тем самым сократить количество смен инструмента. Однако, исходя из требований сборочного производства, обработка деталей всех наименований осуществляется параллельно. Т.е. обрабатывается одна деталь одного наименования, затем одна деталь другого наименования и т.д. Затем спутники поступают на позицию разгрузки, и обработанные детали снимаются с них, а необработанные остаются на спутника. Это приводит к тому, что в течение месяца инструмент на одну деталь должен подаваться на станок несколько раз.
Минимальное число замен инструмента в месяц равно числу инструментов, необходимых для обработки всей номенклатуры деталей. Однако в связи с некомплектностью заполнения магазина станка инструментом, число замен возрастает. Если предположить, что в магазине станка размещается на два инструмента меньше, чем требуется для обработки трех деталей различных наименований, то тогда при обработке каждых двух из них будет дополнительно проводиться четыре смены. Два инструмента, предназначенных для обработки первой детали, будут выниматься, а взамен вставляться два инструмента для каждой третьей детали.
Число дополнительных смен инструмента в магазинах станков в течение месяца, связанное с некомплектностью размещения его,
шт (6.8)
где 2 – коэффициент, учитывающий ввод и вывод одного инструмента; nИН – число инструментов, не размещающихся в магазине станка, шт; N – месячная программа выпуска деталей, шт.; КНАИМ =50 – число наименований деталей, обрабатываемых на комплексе, шт.; nД =4 число наименований деталей, последовательно обрабатываемых на станке, шт.
Коэффициент, учитывающий партийность деталей, m 1,5.
Итак, роботу-автооператору, обслуживающему станки, в течение месяца необходимо произвести КСМ =7127 смен инструментов.
Среднее время смены одного инструмента в станке определяется временем отработки роботом-автооператором четырех кадров:
tСМ = 4tк + 3tпод + tпов + 2( tв.и + tп.и ) (6.9)
tпов = l|v = 45/60 = 0,75 мин
где tк =0,025 мин – время расчета и передачи кадра из ЭВМ в локальное устройство автооператором; tв.и+ tп.и =0,12мин – время отработки кадра «взять инструмент и поставить инструмент»; tпод – время на подход к заданному гнезду; tпов =0,25мин – время на поворот робота на 180; l =45м - длина перемещения робота-автооператора; v = 60м/мин – скорость перемещения робота-автооператора.
tСМ = 4  0,025 + 3+0,75 ∙ 0,25 + 2  (0,12 + 0,12) = 1,8 мин
Рассчитав суммарное время, необходимое на обслуживание станков, можно определить число роботов-автооператоров для выполнения этой работы. Для этого рассчитывается коэффициент загрузки автооператора
, (6.10)
Если КЗАГР =4,1 ≥ 1, то необходимо иметь четыре робота-автооператора для обслуживания станков, входящих в комплекс.
После того как определено число роботов-автооператоров, работающих со стороны станков, желательно рассчитать допустимое суммарное время их простоев в течение смены. Это необходимо для того, чтобы определить время для ремонтных служб.
Допустимое суммарное время простоя tПР (ч) автооператора в месяц
44 ч или 2683 мин, (6.11)
где ФА – фонд работы автооператора, ч; Т’ОБСЛ – время выполнения работ автооператором, ч; КДН – число рабочих дней в месяце; nСМ число рабочих смен в течение дня; mУ – коэффициент, учитывающий число устройств, управляемых от одной системы ЧПУ.
Если за это время неисправность будет устранена, то простои робота-автооператора не повлияют на производительность комплекса.
Роботы-автооператоры, расположенные между линиями накопителей центрального магазина инструментов (см. рис. 6.1), чаще всего выполняют две функции: ввод и вывод из комплекса инструмента и обмен инструмента между линиями накопителем центрального магазина.
Для определения числа роботов-автооператоров, работающих между линиями центрального магазина инструментов, необходимо установить требуемое число перемещений робота-автооператора в этой зоне и среднее время одного перемещения.
Суммарное время (ч), затрачиваемое роботом-автооператором, работающим между линиями центрального магазина инструментов,
Т’ОБСЛ = TВ-В + TИ.Ц (6.12)
TВ-В время на обслуживание кассет при вводе и выводе инструмента с комплекса, ч; TИ.Ц – время на обмен инструмента между линиями центрального магазина инструментов, ч
TВ-В = tИ.Ц ∙ КИН = 3,6 ∙ 4327 = 259 (6.13)
здесь КВ-В – суммарное число инструментов, вводимых и выводимых с комплекса в течение месяца, шт. согласно формулы (6.1); tВ-В – среднее время одного ввода-вывода, мин.
Если инструмент, необходимый для обработки всей номенклатуры деталей, обрабатываемых на комплексе, находится в магазинах, то
КВ-В =КИН = КИЗН , (6.14)
КИ.Ц = КВ-В . (2/3) = 4327 ∙ (2/3) = 2596 шт. (6.15)
где КИ.Ц – суммарное число смен инструментов между линиями центрального магазина, шт.; tИ.Ц – среднее время одной смены. Исходя из вышесказанного о распределении поступающего инструмента между линиями накопителя,
tИ.Ц = 4tК + 3tПОД + tПОВ + 2(tВ.И + tП.И), (6.16)
tИ.Ц = 4 ∙ 0,025 + 3 + 0,25 + 2 (0,12 + 0,12) = 3,6 мин
где tк =0,025 мин – время расчета и передачи кадра из ЭВМ в локальное устройство автооператором; tв.и+ tп.и =0,12мин – время отработки кадра «взять инструмент и поставить инструмент»; tпод – время на подход к заданному гнезду; tпов =0,25мин – время на поворот робота на 180; tч.п = 0,1 мин; l =45м - средняя длина перемещения робота-автооператора; v = 60м/мин – скорость перемещения робота-автооператора.
TИ.Ц = (КИ.Ц   .tИ.Ц) / 60 = 2596 ∙ 3,6 / 60 = 144 ч, (6.17).
Среднее время выполнения одной операции при подаче нового инструмента в целиком заполненные магазины складывается из отработки шести кадров и времени на чтение и проверку номера инструмента в гнезде с кодовым устройством
tВ-В = 6tК + 4tПОД + 2tПОВ + 3(tВ.И + tП.И) + tЧ.П, (6.18)
tВ-В = 6∙0,025 + 4∙(30/60)+ 2∙0,25 + 3(0,12+0,12) +0,1=3,04мин,
При двухлинейном накопителе инструмент, необходимый для деталей, обрабатываемых в первую очередь на станке, желательно располагать на линии накопителя, находящегося у станков. На дальней от станков линии располагается инструмент, который подготавливается для деталей, поступающих на обработку вслед за обрабатываемой партией. При таком варианте 1/3 инструмента из кассет подается сразу же в линию центрального магазина инструментов, расположенную у станков (ИЦ1). Другая часть (2/3 подаваемого инструмента) устанавливается предварительно в заднюю линию (ИЦ2) и по мере необходимости обменивается с инструментом, находящимся в первой линии. Время, необходимое на обмен инструмента между линиями центрального магазина инструментов,
Суммарное время (ч), затрачиваемое роботом-автооператором, работающим между линиями центрального магазина инструментов равно
Т’ОБСЛ = 259 + 144 = 403ч
Рассчитав суммарное время, необходимое на ввод и вывод инструмента и на обмен между линиями центрального магазина инструментов, можно определить требуемое число роботов-автооператоров для выполнения этой работы. Для этого рассчитываем коэффициент загрузки робота-автооператора по формуле:
(6.19)
Если КЗАГР 1,1≥1, то предполагается, что можно взять один робот-автооператор для выполнения этой работы. Один робот-автооператор работает только с кассетами и с гнездом, в котором установлен кодовый датчик, другой – с линиями центрального магазина. При этом каждый из них берет и ставит инструмент в гнезда передаточной зоны одной линии. Если один из роботов-автооператоров выйдет из строя, то другой должен выполнять обе функции.
Центральный магазин инструментов прямолинейного типа расположен над станками вдоль всего комплекса и состоит из двух линий ИЦ1 и ИЦ2 инструментальных гнезд (рис. 6.2). Две кассеты К1 и К2, вместимостью по шесть гнезд каждая, подают инструмент в центральный магазин инструментов и удаляют из него ненужный инструмент.
2.19 Определение состава оборудования для транспортирования стружки
При выборе способов удаления и переработки стружки определяют ее количество как разность массы заготовок и деталей. При укрупненных расчетах массу стружки можно принимать равной 10..15 % массы готовых деталей. Техническое решение по организации сбора и транспортирования стружки зависит от годового количества стружки, образованного на 1 м2 цеха (корпуса). Критерием оценки выбранного варианта являются минимальные приведенные затраты на годовой выпуск. При количестве стружки до 0,3 т в год, приходящейся на 1 м2 площади цеха, целесообразно собирать стружку в специальные емкости и доставлять к месту сбора или переработки напольным транспортом. В ГПС для этой цели используют транспортные роботы. Указанный способ транспортирования всегда применяют, когда на участке обрабатывают заготовки из разнородных материалов.
При количестве стружки 0,3..0,65 т в год на 1 м2 площади цеха предусматривают линейные конвейеры вдоль станочных линий со специальной тарой в конце конвейера в углублении на подъемнике. Заполненная стружкой тара вывозится на накопительную площадку или участок переработки.
Если на 1 м2 площади цеха приходится 0,65..1,2 т стружки в год при общем количестве не менее 3000 т в год, рекомендуется создавать систему линейных и магистральных конвейеров, которые транспортируют стружку на накопительную площадку или бункерную эстакаду, расположенную за пределами цеха для погрузки в автосамосвалы.
Для крупных цехов при количестве стружки более 1,2 т в год на 1 м3 площади цеха и при общем количестве более 5000 т в год экономически целесообразно создавать комплексно-автоматизированную систему линейных и магистральных конвейеров с выдачей стружки в отделение переработки.
Грузопоток стружки за месяц определяем по зависимости:
= 0,15∙50∙1400=10,5т, (7.1)
где mдет – масса детали, т; Кдет – количество деталей, обрабатываемых на комплексе за месяц.
Определим количество стружки в год, приходящейся на 1 м2 цеха. Для этого сначала определим грузопоток стружки за год работы цеха. Так как грузопоток стружки за месяц составляет 10,5 т., то за год – QСгод=126 т. Определим площадь цеха. Sцеха=1199,25 м2. Количество стружки в год, приходящейся на 1 м2 цеха, определим по зависимости:
т/м2·год. , (7.2)
При количестве стружки 0,10 т в год на 1 м2 площади цеха предусматривают собирать стружку в специальные емкости и доставлять к месту сбора или переработки напольным транспортом. В ГПС для этой цели используют транспортные роботы. Указанный способ транспортирования всегда применяют, когда на участке обрабатывают заготовки из разнородных материалов.
Определим ТЦ среднюю длительность одного рейса. Средняя длина транспортного пути приблизительно равна двум длинам цеха и составляет lCP=119 м. Скорость перемещения V=60 м/мин. Время погрузки и разгрузки составляет tП-Р=1,5 мин. Зная эти величины, определяем длительность одного рейса по зависимости:
ч (7.3)
Если стружка собирается в специальные емкости и доставляется к месту сбора или переработки транспортным средством, то необходимо определить количество транспортных средств. Это количество определяется исходя из машиноемкости ТМЕ транспортных операций, которую определяют по следующей формуле:
ч, (7.4)
где QС грузопоток стружки за месяц, т; ТЦ средняя длительность одного рейса или одного цикла работы транспортного средства, мин; qС  средняя транспортная партия (количество стружки, перевозимое за один рейс), т.
В табл. 7.1 приведены конвейеры для уборки стружки.
Таблица 7.1 - Конвейер для стружки
Материал стружки Линейные конвейеры Магистральные конвейеры
Вид Ширина, мм Вид Ширина, мм
Сталь Пластинчатые, винтовые, с бегущим магнитным полем 400..500 Пластинчатые 800
Величина ТЦ определяется с учетом выполнения следующих транспортных операций: движения транспорта к месту погрузки; погрузки; движения с грузом; разгрузки; непредвиденных затрат, время которых принимают равным 0,15 времени движения с грузом. Время движения определяют исходя из средней длины транспортного пути и скорости перемещения.
Количество транспортных средств определяют по формуле
, (7.5)
где КЗ = 0,7..0,8 коэффициент загрузки транспортного средства; КСПР = 1,2..1,6 коэффициент спроса, учитывающий неравномерность поступления требований на обслуживание в единицу времени; ФТРС  фонд работы транспортного средства, ч.
Осуществляем подбор оборудования для транспортирования стружки.
Подбираем тару, с учетом грузопотока стружки за день, который составляет 0,563 т/день. Подбираем тару модели 4НПД-866-2,0. Габариты и технические характеристики приведены в табл. 7.3.
Таблица 7.3 - Тара для стружки
Модель 4НПД-866-2,0
Габариты:
наружные L×B×H, мм;
внутренние L1×B1×H1, мм; 600×800×600
555×755×545
Грузоподъемность, т. 1,0
Масса тары, кг. 60
Грузопоток стружки за день составляет 0,268 т., поэтому qП  среднюю транспортную партию принимаем равной половине этому значению, qП =134 т.
Определение ТМЕ транспортных операций машиноемкости (7.4):
2,034ч.
Следовательно, количество транспортных средств равно (7.5):
0,000259
На комплексе будет одно транспортное средство, коэффициент работы которого равен 3,1 %.
Для сбора пыли возле карусельно-шлифовального станка модели 3Н764Ф1 будем применять передвижной пылестружкоотсасывающий агрегат ВЦНИИОТ 900, который представлен на рис. 7.1. Агрегат состоит из корпуса, в котором вмонтированы: укороченный циклон 5, кассетный фильтр 4, вентилятор 3, электродвигатель 2, бункер для сбора стружки 7, механизм встряхивания фильтра 8, глушитель 1. Агрегат посредством гибкого металлорукава 6 подсоединяется к соответствующему пылестружкоприемнику в зоне резания.

Рисунок 7.1 - Передвижной пылестружкоотсасывающий агрегат ВЦНИИОТ 900
Технические характеристики агрегата приведены в таблице 7.4.
Таблица 7.4 - Технические характеристики агрегата
Производительность 900
Полное разряжение,
создаваемое вентилятором 340
Мощность 1,7 кВт
Частота вращения 2850
Фильтрующая поверхность ткани 2,2 м2Воздушная нагрузка
на ткань 410
Габариты 8007161665
2.20 РАСЧЕТ ГОДОВОЙ ПРОГРАММЫ ЗАПУСКА
В цехе предусмотрен один участок для выпуска детали типа «вал-шестерня» и два участка для выпуска детали типа корпус. Для расчета годовой программы выпуска для цеха необходимо просуммировать годовые программы выпуска отдельных участков.
, (1.1)
где NНАИМ – средняя месячная программа выпуска деталей одного наименования, KНАИМ – среднее месячное количество наименований деталей (номенклатура), n – количество участков в цеху.
NНАИМ.КОРПУС = 28 шт., KНАИМ.КОРПУС =50 шт., nКОРПУС =1, РВЫП.ВАЛ =18000 шт., nВАЛ =2.
шт.
РАСЧЕТ ГОДОВОЙ СУММАРНОЙ ТРУДОЕМКОСТИ ДЛЯ ЦЕХА
Годовая суммарная трудоемкость цеха определяется по зависимости:
, (2.1)
где tГОД.1 – годовая суммарная трудоемкость участка выпуска вала-шестерни, tГОД.2 – годовая суммарная трудоемкость участка выпуска корпуса, n1 – количество участков для выпуска вала в цехе, n2 – количество участков для выпуска корпуса в цехе.
, (2.2)
где tОБ - штучное время изготовления детали, час.
час.
час.
Определяем годовую суммарную трудоемкость цеха по зависимости (2.1):
час.
РАСЧЕТ ГРУЗОПОТОКОВ
Грузопоток деталей рассчитывается по зависимости:
, (3.1)
где mДЕТ – масса детали, NВЫП.СУТКИ – программа выпуска в сутки.
Для участков выпуска вала-шестерни:
кг/сут.
Для участков выпуска корпуса:
кг/сут.
Определяем суммарный грузопоток деталей для цеха по зависимости (3.1):
кг/сут.
Грузопоток заготовок рассчитывается по зависимости:
, (3.2)
где mЗАГ – масса заготовки, NВЫП.СУТКИ – программа выпуска в сутки.
Для участков выпуска вала-шестерни:
кг/сут.
Для участков выпуска корпуса:
кг/сут.
Определяем суммарный грузопоток заготовок для цеха по зависимости (3.2):
кг/сут.
Грузопоток стружки для одного участка:
, (3.3)
где mЗАГ – масса заготовки, mДЕТ – масса детали, NВЫП.СУТКИ – программа выпуска в сутки.
Для участков выпуска вала-шестерни:
кг/сут.
Для участков выпуска корпуса:
кг/сут.
Определяем суммарный грузопоток стружки для цеха по зависимости (3.3):
кг/сут.
На автоматизированном участке для выпуска корпусов обрабатываются детали 50 наименований, размер партии NНАИМ = 28. Средняя трудоемкость обработки детали составляет 2 ч, среднее время работы одного инструмента 1,8 ч. Среднее число дублеров инструментов на каждую деталь 2 шт. Тогда суммарное число инструментов, необходимых для обработки всей номенклатуры деталей в течение месяца рассчитывается по формуле
КИН = К1 + КД, (3.4)
где К1 – число инструментов для обработки всей номенклатуры деталей, шт.;
, (3.5)
где КНАИМ – число наименований деталей, шт.;
tОБ – среднее время обработки одной детали, мин;
NНАИМ  средняя месячная программа выпуска деталей одного наименования;
tИН – среднее время работы одного инструмента, мин;
Число дублеров инструмента для обработки месячной программы деталей, шт.
КД = nДБ NНАИМ КНАИМ, (3.6)
где nДБ – среднее число дублеров на одну деталь, шт.
шт.; КД =2∙28∙50=2800 шт.
Для обработки 28 наименований деталей необходимо суммарное число инструментов:
КИН = 1527+2800 4327 шт.
Следовательно, в год на двух участках эта величина равна 4355,7 шт.
На автоматизированной линии для выпуска валов, где годовая программа составляет 18857 шт., средняя трудоемкость обработки 1,3 ч, среднее время работы одного инструмента 1,5 ч., грузопоток инструмента в год будет равно:
шт.
Определим грузопоток инструмента в год для цеха по зависимости:
(3.7)
где КИН.КОРПУС – количество инструмента в год, необходимого для обработки корпусов на двух участках, КИН.ВАЛ – количество инструмента в год, необходимого для обработки валов на одном участке в год.
шт.
Таким образом, грузопоток инструмента в сутки будет равен 84952/253≈335 шт./сут.
3.5. Расчет грузопотока вспомогательных материалов (СОЖ)
К вспомогательным материалам относятся смазочные масла, обтирочные материалы и др. Потребность во вспомогательных материалах определяется по нормативам расхода на инструмент в м/мин или для масел на один станок.
Годовой расход СОЖ определяется по зависимости:
(3.8)
где СП – количество станков, qСОЖ – расход СОЖ на один станок в сутки.
Рассчитаем для каждого типа станков количество потребляемого СОЖ, результаты расчетов запишем в табл. 3.1.
Таблица 3.1 - Определим общее количество СОЖ для цеха в год
Название участка Операция qСОЖ,
кг/день СП,
шт. QСОЖ,
т/год.
ГАЛ Токарная 2,3 4 5,8
Фрезерно-сверлильно-расточная 2,3 4 6,4
Зубофрезерная 2,3 2 3,5
Шлифовальная 4 2 2,1
Σ 12 17,8
ГАУ Фрезерно-сверлильно-расточная 2,3 8 4,7
Шлифовальная 4 2 2,1
Σ 10 6,8
т/год.
Расчет и проектирование межоперационного склада заготовок и деталей
В условиях серийного производства целесообразно использовать для каждой типа деталей отдельный спутник с приспособлением. Детали каждого наименования устанавливаются на спутник с конкретным устройством базирования и закрепления, т.е. каждому наименованию деталей соответствует «свой» спутник. Это позволяет сократить капитальные затраты, связанные с изготовлением дополнительных комплектов оснастки, и уменьшить размер стеллажа для хранения спутников.
Спутник располагается в отдельной ячейке стеллажа. Таким образом, число наименований деталей определяет число ячеек в стеллаже. Минимальное число ячеек стеллажа соответствует числу наименований деталей при условии, что для обработки одного наименования деталей используется один и тот же спутник.
Так как автоматизированные комплексы позволяют обрабатывать широкую номенклатуру деталей, которая может меняться в процессе эксплуатации, то целесообразно иметь запас ячеек в стеллаже (например, 10 %) на случай увеличения числа обрабатываемых деталей, т.е. число ячеек стеллажа принимается:
КСТЕЛ  1,2   Кнаим.  = 1,2 ∙ 50 = 62. (4.1)
Определяем габаритные размеры стеллажа.
Необходимо определить размеры, занимаемые партией деталей каждого наименования вместе с ложементом.
Далее необходимо определить размеры спутника из стандартного ряда. Известные число ячеек стеллажа и размеры спутника позволяют определить параметры клеточных стеллажей.
Комплекс (рис. 2.2) включает десять станков (СТ1– СТ10), nСТ = 10 шт., стеллаж-накопитель спутников с ячейками позиции загрузки, разгрузки, контроля, внешний и внутренний штабелеры. Средняя трудоемкость обработки одной детали tОБ = 2,0 ч; средняя месячная программа выпуска деталей одного наименования NНАИМ = 50 шт.; месячный фонд работы одного станка в две смены Ф0 = 305 ч. ; среднее месячное количество наименований деталей (номенклатура), KНАИМ = 28 шт.
Рисунок 4.1 - План комплекса
Так как размеры спутника 500×500×130 мм, m = 50кг то выбираем ячейки для свободного расположения спутника: (АСТ=670 мм, ВСТ=670 мм, Ня=600мм, Нст=1210мм).
Из конструктивных соображений количество ячеек, расположенных по длине стеллажа Y=15шт. Соответственно количество ячеек, расположенных в высоту стеллажа:
2 шт.
Длина стеллажа определяется по формуле:
мм.
Высота стеллажа определяется как:
(4.2)
где Z – количество ячеек, расположенных в высоту стеллажа; СЯ – высота ячейки; hH – расстояние от пола до первого ряда ячеек.
Масса детали: mдет =50кг
Масса спутника: mспут =300кг
Нагрузка на одну ячейку будет: мнагр = 50 + 300 = 350кг
Площадь одной ячейки S=670 ∙ 670 = 44890 0,4489 тогда удельная масса будет:
1,5 т/м2 (4.3)
Расчет состава оборудования для транспортирования деталей между операциями
Штабелер, расположенный со стороны станков, должен передавать спутники с заготовками со стеллажа на станки и со станка на станок, если деталь обрабатывается на нескольких станках последовательно, а также спутники с обработанными деталями со станка в стеллаж.
Для определения числа штабелеров, расположенных со стороны станков, на стадии технического предложения необходимо знать усредненный маршрут обработки деталей по станкам. Это позволит определить общее число перемещений спутников со станка на станок в течение определенного отрезка времени (удобнее всего месяца). Зная число обрабатываемых деталей, число установок, выходящих на контроль и возвращающихся для продолжения обработки, а также маршрут движения установок по станкам, можно подсчитать число перемещений штабелера, расположенного со стороны станков.
Для случая «чистого» ГАУ после обработки на станке деталь обязательно возвращается на межоперационный склад, а затем уже на другой станок (каждое наименование деталей по одному разу подается на каждый станок и по одному разу возвращается на склад). Тогда суммарное время ТОБСЛ работы штабелера со стороны станков примерно можно выразить формулой:
(5.1)
где nтипСТ=2 число различных типов станков в комплексе; NСПУТ - количество деталей одного наименования, которое планируется разместить на одном спутнике.
Время выполнения штабелером одной передачи спутника (будь то tСТЕЛ-СТ или tСТ-СТ) определяется временем отработки им двух кадров. Время передачи (мин) спутника штабелером
tПЕР = 2tК + 2 ∙ tПОД + 2   tВ.С (5.2)
где tК время расчета и передачи кадра от ЭВМ на локальную систему ЧПУ, управляющую штабелером, мин; tПОД – время подхода к заданному месту, мин; tВ.С – время работы цикловой автоматики телескопического стола штабелера по выполнению операции «Взять спутник» (из ячейки, из загрузочного устройства станка), мин; tП.С – время работы цикловой автоматики телескопического стола штабелера по выполнению операции «Поставить спутник» (в ячейку, на загрузочное устройство станка), мин.
Время tК зависит от быстродействия локальной системы ЧПУ и от системы программного обеспечения и колеблется в пределах 1,5..10 с. Время tВ.С = tП.С зависит от времени отработки цикла телескопическим (выдвижным) столом штабелера и находится в пределах 0,15..0,3 мин. Время подхода штабелера к заданной точке
tПОД = (5.3)
где V скорость перемещения штабелера вдоль осей Х и У, м/мин. Для расчета этих величин необходимо произвести подбор моделей транспортного оборудования
Выбираем рельсовый - подвесной кран-штабелер, параметры которого приведены в табл.5.1
Таблица 5.1 - Параметры кран-штабелера
Параметр РШ П-500
Грузоподъемность, кг 500
Высота стеллажа, м 1,21
Размеры, мм
Расстояние от рельсового пути до нижнего
рабочего положения грузозахвата, мм 450
Скорость передвижения крана-штабелера, м/мин 15
Скорость подъема грузозахватного органа, м/с 0,3
Скорость выдвижения грузозахватного органа, м/с 0,26
Суммарная мощность, кВт 6

Рисунок 5.1 – робот-штабелер мод. РШ П-500
Для оценочных расчетов среднего перемещения штабелера можно использовать формулу
20 м (5.4)
где СЯ и А – соответственно высота и длина ячейки стеллажа, м; КСТ – число принятых ячеек стеллажа.
tПОД = = 79с
tПЕР = 2(2 + 79 + 0,26) = 162c = 2,7 мин
ч
Рассчитав суммарное время обслуживания станков, можно определить число штабелеров для выполнения этой работы. Коэффициент загрузки штабелера
(5.5)
где ФШ – фонд работы штабелера.
Если КЗАГР =0,99≤ 1, то необходимо иметь один штабелер расположен со стороны станков.
После того как определено число штабелеров, расположенных со стороны станков, желательно рассчитать допустимое суммарное время простоев штабелера во время смены. Это необходимо для того, чтобы знать время, которым будет располагать обслуживающий персонал комплекса на устранение неисправностей штабелера, не допуская при этом простоев оборудования. Суммарное время простоев включает в себя время простоя как в результате неисправности самого штабелера (механической и электронной частей), так и по вине оператора, не успевшего загрузить или разгрузить спутник, и задержавшего передачу его на станок.
Штабелер расположенный со стороны позиций загрузки, разгрузки, должен подавать пустые спутники на позицию загрузки, устанавливать загруженные спутники в стеллаж, доставлять спутники с деталями на позиции контроля и разгрузки. Для определения числа штабелеров со стороны позиций необходимо, прежде всего, устанавливать число перемещений штабелера в этой зоне. Это несложно сделать, зная число деталей, обрабатываемых на автоматизированном комплексе, и число деталей, выходящих на позицию контроля.
Время на передачу спутника, затрачиваемое штабелером, работающим со стороны позиций, определяется аналогичным образом для расчета времени, затрачиваемого штабелером, работающим со стороны станков. Оно складывается из тех же величин. Станки, заменяются позициями загрузки, разгрузки и контроля.
Определяем среде перемещение штабелера:
20 м (5.6)
Время подхода штабелера к заданной точке:
tПОД = = 79с (5.7)
Время передачи спутника штабелером:
tПЕР = 2tК + 2 ∙ tПОД + 2 ∙ tВ.С = 2 ∙ (2 + 79 + 0,26) = 162 c = 2,7 мин (5.8)
Предполагая, что штабелер с позиции обязательно возвращается на межоперационный склад, а затем уже на другую позицию (каждое наименование деталей по одному разу подается с позиции загрузки на склад, со склада на позицию контроля, а также некоторые детали подаются на позицию контроля). Тогда суммарное время ТОБСЛ работы штабелера стороны позиций примерно можно выразить формулой:
ч (5.9)

где nПОЗ.К, nПОЗ.З, nПОЗ.Р число позиций контроля, загрузки и разгрузки в комплексе; КСТЕЛ принятое число ячеек стеллажа.
Тогда коэффициент загрузки штабелера:
(5.10)
Так как КЗАГР =0,3≤ 1, то необходимо иметь один штабелер расположен со стороны позиций загрузки, разгрузки, контроля.
2.25 ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Многономенклатурные автоматизированные комплексы с высокой степенью автоматизации включают в себя помимо системы транспортирования деталей также систему транспортирования инструмента.
На стадии технического предложения необходимо произвести расчеты по определению основных параметров транспорта инструмента и определить:
1) характеристику центрального магазина инструментов (склада);
2) число и функции подвижных транспортных механизмов.
Основной расчетной характеристикой центрального магазина инструментов является его вместимость, которая определяется числом инструмента, требуемого для обработки заданного числа деталей, и размерами комплекса. Как правило, склад инструмента располагают либо рядом со станками (такая компоновка представлена на рис. 6.1), либо над станками (это позволяет экономить производственную площадь).
При таком расположении склад выполняется одноярусным (по аналогии со складом деталей), а число рядов может быть различным и зависит от числа инструментальных гнезд, которое в нем должно быть.
На стадии технического предложения суммарное число инструментов, необходимых для обработки всей номенклатуры деталей в течение месяца рассчитывается по формуле
КИН = К1 + КД, (6.1)
где К1 – число инструментов для обработки всей номенклатуры деталей, шт.;
шт, (6.2)
здесь КНАИМ =50 – число наименований деталей, шт.; tОБ =2,0– среднее время обработки одной детали, мин; NНАИМ  =28 – средняя месячная программа выпуска деталей одного наименования; tИН = 110– среднее время работы одного инструмента, мин;
Рисунок 6.1 - Схема транспортирования инструмента
Число дублеров инструмента для обработки месячной программы деталей, шт.
КД = nДБ ∙ NНАИМ ∙ КНАИМ, (6.3)
где nДБ = 2– среднее число дублеров на одну деталь, шт.
Дублеры необходимы для инструмента с малой стойкостью, к числу которых относятся метчики, развертки и т. д.
На рассматриваемом автоматизированном комплексе обрабатываются детали 50 наименований, размер партии NНАИМ = 28. Средняя трудоемкость
Время обработки детали составляет 2,0 ч, среднее время работы одного инструмента 110 мин. Среднее число дублеров инструментов на каждую деталь 2 шт.
КД =2 ∙ 28 ∙ 50 = 2800
1527 шт.; КД =2800 шт.
Для обработки 28 наименований деталей необходимо суммарное число инструментов, которое рассчитывается по формуле:
КИН = 1527 + 2800 = 4327 шт.
Шаг расположения инструментальных гнезд магазина tГ выбирается с таким расчетом, чтобы инструменты в общем случае не мешали друг другу при установке в соседние гнезда. Исключением может быть крупный инструмент, который перекрывает соседние гнезда.
При шаге tГ = 126 мм вдоль всех восьми станков на длине 46000 мм (см. рис. 6.1) в один ряд располагаются 250 инструментов. В магазинах восьми станков располагаются 240 инструментов (по 30 инструментов в магазине каждого станка).
Если стеллаж выполнить двухрядным, то на комплексе одновременно может находиться 2502+240=740 инструментов. Чтобы установить весь оставшийся инструмент, то понадобится еще один ряд. В таком стеллаже организация доставки инструмента с крайних накопителей к станкам потребует установки дополнительных подвижных передающих механизмов, что снижает надежность работы системы и значительно увеличивает время поиска и доставки инструмента.
Основной характеристикой кассеты является число гнезд под инструмент, которое определяется из необходимости обеспечить за один подъем кассеты доставку к верхнему стеллажу не менее двух инструментов. В противном случае возможности роботов-автооператоров, имеющих два захватных устройства, не будут полностью использованы при работе с кассетой. Наличие в кассете шести гнезд (два из которых предназначены для установки инструмента со специальными хвостовиками) позволяет в любом случае за один вертикальный ход подать в магазин инструментов минимум два инструмента. При необходимости подать в магазин подряд два инструмента большого диаметра или два инструмента со специальным хвостовиком (например, для глубокого сверления) в худшем случае работают только два гнезда кассеты. В лучшем случае, кассета за один ход подает в инструментальный магазин шесть инструментов. Наличие в кассете большего числа гнезд утяжеляет конструкцию кассеты и снижает производительность роботов-автооператоров, так как кассета длительное время находится внизу на загрузке.
Производительность, которую должна обеспечить кассета (шт/ч), рассчитывают по формуле:
, (6.5)
где КИН – число инструментов, необходимое для обработки всей номенклатуры деталей, шт.; m – коэффициент, учитывающий партийность деталей; ФК – месячный фонд работы кассеты, принятый 305 ч.
Робот-автооператор, расположенный со стороны станков, обеспечивает доставку инструмента из ближайшей к станкам линии накопителя центрального магазина инструментов в магазины станков и обратно. Чтобы определить необходимое число роботов-автооператоров, работающих со стороны станков, необходимо знать хотя бы приблизительно число смен инструментов в магазинах станков в течение месяца и среднее время выполнения одной смены. В качестве автооператора представлен робот-автооператор.

Рисунок 6.1 - Робот-автооператор: 1 – сварная конструкция со встроенными роликами для перемещения по направляющим; 2- манипулятор; 3 – редуктор; 4 – электродвигатель; 6 – механизм поворота манипулятора; 7 – вращающийся фланец, на котором размещены захватние устройства; 8 – ЗУ манипулятора; 9 – насосная установка
КСМ - суммарное число смен инструмента на комплексе в течение месяца
КСМ = КИН + КД = 4327 + 2800 = 7127 шт, (6.6)
где КИН =4327– число инструментов, необходимое для обработки всей номенклатуры деталей, шт; КД.СМ =2800– число дополнительных смен инструмента на станках, шт.
Суммарное время (ч), затрачиваемое роботом-автооператором на обслуживание станков
ч, (6.7)
где КСМ – число смен инструмента на одном станке в течение месяца, шт.; tСМ – среднее время смены одного инструмента, мин; nC – число станков в комплексе, шт.
На стадии технического предложения точно установить число смен инструмента в станках не представляется возможным, оно зависит от нескольких факторов, еще не определенных к этому времени:
1) последовательности подачи деталей на станок;
2) числа инструментов, необходимых для обработки каждой из деталей;
3) комплектности размещения в магазине станка инструмента, необходимого для обработки заданной последовательности деталей;
4) месячной программы выпуска деталей и партийности запуска;
5) трудоемкости обработки на каждом станке.
Поскольку на одном спутника установлено несколько деталей одного наименования, имеется возможность обработать все эти детали последовательно и тем самым сократить количество смен инструмента. Однако, исходя из требований сборочного производства, обработка деталей всех наименований осуществляется параллельно. Т.е. обрабатывается одна деталь одного наименования, затем одна деталь другого наименования и т.д. Затем спутники поступают на позицию разгрузки, и обработанные детали снимаются с них, а необработанные остаются на спутника. Это приводит к тому, что в течение месяца инструмент на одну деталь должен подаваться на станок несколько раз.
Минимальное число замен инструмента в месяц равно числу инструментов, необходимых для обработки всей номенклатуры деталей. Однако в связи с некомплектностью заполнения магазина станка инструментом, число замен возрастает. Если предположить, что в магазине станка размещается на два инструмента меньше, чем требуется для обработки трех деталей различных наименований, то тогда при обработке каждых двух из них будет дополнительно проводиться четыре смены. Два инструмента, предназначенных для обработки первой детали, будут выниматься, а взамен вставляться два инструмента для каждой третьей детали.
Число дополнительных смен инструмента в магазинах станков в течение месяца, связанное с некомплектностью размещения его,
шт (6.8)
где 2 – коэффициент, учитывающий ввод и вывод одного инструмента; nИН – число инструментов, не размещающихся в магазине станка, шт; N – месячная программа выпуска деталей, шт.; КНАИМ =50 – число наименований деталей, обрабатываемых на комплексе, шт.; nД =4 число наименований деталей, последовательно обрабатываемых на станке, шт.
Коэффициент, учитывающий партийность деталей, m 1,5.
Итак, роботу-автооператору, обслуживающему станки, в течение месяца необходимо произвести КСМ =7127 смен инструментов.
Среднее время смены одного инструмента в станке определяется временем отработки роботом-автооператором четырех кадров:
tСМ = 4tк + 3tпод + tпов + 2( tв.и + tп.и ) (6.9)
tпов = l|v = 45/60 = 0,75 мин
где tк =0,025 мин – время расчета и передачи кадра из ЭВМ в локальное устройство автооператором; tв.и+ tп.и =0,12мин – время отработки кадра «взять инструмент и поставить инструмент»; tпод – время на подход к заданному гнезду; tпов =0,25мин – время на поворот робота на 180; l =45м - длина перемещения робота-автооператора; v = 60м/мин – скорость перемещения робота-автооператора.
tСМ = 4  0,025 + 3+0,75 ∙ 0,25 + 2  (0,12 + 0,12) = 1,8 мин
Рассчитав суммарное время, необходимое на обслуживание станков, можно определить число роботов-автооператоров для выполнения этой работы. Для этого рассчитывается коэффициент загрузки автооператора
, (6.10)
Если КЗАГР =4,1 ≥ 1, то необходимо иметь четыре робота-автооператора для обслуживания станков, входящих в комплекс.
После того как определено число роботов-автооператоров, работающих со стороны станков, желательно рассчитать допустимое суммарное время их простоев в течение смены. Это необходимо для того, чтобы определить время для ремонтных служб.
Допустимое суммарное время простоя tПР (ч) автооператора в месяц
44 ч или 2683 мин, (6.11)
где ФА – фонд работы автооператора, ч; Т’ОБСЛ – время выполнения работ автооператором, ч; КДН – число рабочих дней в месяце; nСМ число рабочих смен в течение дня; mУ – коэффициент, учитывающий число устройств, управляемых от одной системы ЧПУ.
Если за это время неисправность будет устранена, то простои робота-автооператора не повлияют на производительность комплекса.
Роботы-автооператоры, расположенные между линиями накопителей центрального магазина инструментов (см. рис. 6.1), чаще всего выполняют две функции: ввод и вывод из комплекса инструмента и обмен инструмента между линиями накопителем центрального магазина.
Для определения числа роботов-автооператоров, работающих между линиями центрального магазина инструментов, необходимо установить требуемое число перемещений робота-автооператора в этой зоне и среднее время одного перемещения.
Суммарное время (ч), затрачиваемое роботом-автооператором, работающим между линиями центрального магазина инструментов,
Т’ОБСЛ = TВ-В + TИ.Ц (6.12)
TВ-В время на обслуживание кассет при вводе и выводе инструмента с комплекса, ч; TИ.Ц – время на обмен инструмента между линиями центрального магазина инструментов, ч
TВ-В = tИ.Ц ∙ КИН = 3,6 ∙ 4327 = 259 ч (6.13)
здесь КВ-В – суммарное число инструментов, вводимых и выводимых с комплекса в течение месяца, шт. согласно формулы (6.1); tВ-В – среднее время одного ввода-вывода, мин.
Если инструмент, необходимый для обработки всей номенклатуры деталей, обрабатываемых на комплексе, находится в магазинах, то
КВ-В =КИН = КИЗН , (6.14)
КИ.Ц = КВ-В . (2/3) = 4327 ∙ (2/3) = 2596 шт. (6.15)
где КИ.Ц – суммарное число смен инструментов между линиями центрального магазина, шт.; tИ.Ц – среднее время одной смены. Исходя из вышесказанного о распределении поступающего инструмента между линиями накопителя,
tИ.Ц = 4tК + 3tПОД + tПОВ + 2(tВ.И + tП.И), (6.16)
tИ.Ц = 4 ∙ 0,025 + 3 + 0,25 + 2 (0,12 + 0,12) = 3,6 мин
где tк =0,025 мин – время расчета и передачи кадра из ЭВМ в локальное устройство автооператором; tв.и+ tп.и =0,12мин – время отработки кадра «взять инструмент и поставить инструмент»; tпод – время на подход к заданному гнезду; tпов =0,25мин – время на поворот робота на 180; tч.п = 0,1 мин; l =45м - средняя длина перемещения робота-автооператора; v = 60м/мин – скорость перемещения робота-автооператора.
TИ.Ц = (КИ.Ц   .tИ.Ц) / 60 = 2596 ∙ 3,6 / 60 = 144 ч, (6.17).
Среднее время выполнения одной операции при подаче нового инструмента в целиком заполненные магазины складывается из отработки шести кадров и времени на чтение и проверку номера инструмента в гнезде с кодовым устройством
tВ-В = 6tК + 4tПОД + 2tПОВ + 3(tВ.И + tП.И) + tЧ.П, (6.18)
tВ-В = 6∙0,025 + 4∙(30/60)+ 2∙0,25 + 3(0,12+0,12) +0,1=3,04мин,
При двухлинейном накопителе инструмент, необходимый для деталей, обрабатываемых в первую очередь на станке, желательно располагать на линии накопителя, находящегося у станков. На дальней от станков линии располагается инструмент, который подготавливается для деталей, поступающих на обработку вслед за обрабатываемой партией. При таком варианте 1/3 инструмента из кассет подается сразу же в линию центрального магазина инструментов, расположенную у станков (ИЦ1). Другая часть (2/3 подаваемого инструмента) устанавливается предварительно в заднюю линию (ИЦ2) и по мере необходимости обменивается с инструментом, находящимся в первой линии. Время, необходимое на обмен инструмента между линиями центрального магазина инструментов,
Суммарное время (ч), затрачиваемое роботом-автооператором, работающим между линиями центрального магазина инструментов равно
Т’ОБСЛ = 259 + 144 = 403ч
Рассчитав суммарное время, необходимое на ввод и вывод инструмента и на обмен между линиями центрального магазина инструментов, можно определить требуемое число роботов-автооператоров для выполнения этой работы. Для этого рассчитываем коэффициент загрузки робота-автооператора по формуле:
(6.19)
Если КЗАГР 1,1≥1, то предполагается, что можно взять один робот-автооператор для выполнения этой работы. Один робот-автооператор работает только с кассетами и с гнездом, в котором установлен кодовый датчик, другой – с линиями центрального магазина. При этом каждый из них берет и ставит инструмент в гнезда передаточной зоны одной линии. Если один из роботов-автооператоров выйдет из строя, то другой должен выполнять обе функции.
Центральный магазин инструментов прямолинейного типа расположен над станками вдоль всего комплекса и состоит из двух линий ИЦ1 и ИЦ2 инструментальных гнезд (рис. 6.2). Две кассеты К1 и К2, вместимостью по шесть гнезд каждая, подают инструмент в центральный магазин инструментов и удаляют из него ненужный инструмент.
2.27 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ МЕХАНОСБОРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Система технического обслуживания механосборочного производства предусматривается для удаления и переработки стружки и обеспечения рабочих мест охлаждающими жидкостями.
При выборе способов удаления и переработки стружки определяют её количество как разность массы заготовок и деталей.
В условиях автоматического режима обработки удаление стружки из зоны резания является одним из важных условий надежной, качественной и высокопроизводительной обработки изделий на металлорежущем оборудовании ГПС. Наличие стружки может привести к появлению дефектов на обрабатываемой поверхности, вызвать преждевременный износ режущего инструмента, его затупление и поломку. Наибольшую помеху в автоматическом режиме работы оборудования создают различные виды сливной и спиральной стружки.
Стружку из рабочей зоны станков удаляют смывом (подачей эмульсии), сжатым воздухом или путём перемещения подвижными элементами конвейеров.
Для удаления стружки от отдельных станков в ГПС целесообразно использовать скребковый конвейер.
Скребковый цепной конвейер (рис. 7.1) имеет желоб 9 (смонтированный в бетонном канале 10), к боковым стенам которого приварены верхние 11 и нижние 12 направляющие уголки. На уголках смонтированы (на осях 7) ролики 8 пластинчатой цепи 2. Цепь натянута на звёздочки 1 и 5. Звёздочка 5 приводится во вращение (через редуктор) от электродвигателя. На цепи жёстко укреплены скребки 6. При движении цепи ни нижние скребки перемещают поступающую от станков 4 стружку по желобу 9, который сверху закрыт крышками 3.

Рисунок 7.1 - Скребковый конвейер для отвода стружки
Отвод стружки производится в специальную тару − ящик модели 4НДП −0,25.
От шлифовального станка сбор стружки и пыли осуществляется передвижным пылестружкоотсасывающим агрегатом модели ВЦНИИОТ-900. Схема агрегата приведена на рис. 7.2.
Технические характеристики агрегата:
Производительность, м3/ч 900
Полное разрежение, создаваемое вентилятором, кг/ м3 340
Мощность, кВт 1,7
Частота вращения, об/мин 2850
Фильтрующая поверхность ткани, м2 2,2
Воздушная нагрузка на ткань, м3/м2*ч 410
Габариты, мм 800х716х1665

Рисунок 7.2 - Передвижной отсасывающий агрегат ВЦНИИОТ – 900
Агрегат состоит из корпуса, в котором вмонтированы: укороченный циклон 5, кассетный фильтр 4, вентилятор 3, электродвигатель 2, бункер для сбора стружки 7, механизм встряхивания фильтра 8, глушитель 1.
Агрегат посредством гибкого металлорукава 6 подсоединяется к соответствующему пылестружкоприемнику в зоне резания.
Произведём расчёт массы стружки:
Рассчитанный суммарный грузопоток стружки для цеха:
кг/сут.
Определяем среднее количество стружки возле одного станка:
(7.1)
где - количество станков, обрабатывающих со снятием стружки.
кг
Так как дневная масса стружки возле станка превышает 100 кг, делаем вывод о достаточности установки ящиков для стружки, удаление стружки производится на транспортной тележке, с помощью которой стружка будет вывозиться в конце каждой смены.
Лучшим способом переработки стружки является брикетирование. Для этого используют специальные горизонтальные прессы, на которых стружку прессуют в брикеты цилиндрической формы диаметром 140..180 мм, высотой 40…100 мм и массой 5…8 кг. Так как интенсивность образования стружки на участке очень мала (для стали – 2,7 т/ч), то брикетирование стружки будет происходить в отделении по переработке стружки для цеха.
Приготовление и раздача смазочно-охлаждающей жидкости производится централизованно-циркуляционным способом. Наиболее универсальной СОЖ, применяемой при различных методах обработки заготовок из различных материалов, является Укринол 1М. При централизованно-циркуляционном способе в состав подсистемы входит центральная корпусная станция для приготовления, регенерации и утилизации СОЖ, несколько циркуляционных установок и сеть трубопроводов для подачи жидкости к станкам и отвода в циркуляционную установку для фильтрации (рис. 7.3).

Рисунок 7.3 - Схема централизованно-циркуляционной системы снабжения станков охлаждающей жидкостью:
1 – станок; 2 – бак-отстойник; 3 – пластинчатый конвейер; 4 – приемник для шлама; 5 – насос; 6 – фильтр; 7 – бак для очищенной жидкости
В процессе работы происходит постепенное разложение и загрязнение охлаждающих жидкостей и масел. Периодичность общей замены СОЖ зависит от состава жидкости, её свойств, режимов работы станков, периодичность долива. Однако чем больше объём системы охлаждения, тем больше срок службы жидкости, поэтому при централизованно-циркуляционном способе обеспечивается наибольшая продолжительность работы без замены СОЖ.
На рис. 7.4 показана централизованная система отвода СОЖ и стружки, используемая в ГПС. Поток СОЖ смывает стружку, образующуюся при обработке детали на станке 1, и направляет её (вместе с жидкостью) в канал 2. В канале размещён скребковый конвейер 4, перемещающий стружку на конвейер 5. Наклонный участок конвейера 4 обеспечивает отделение стружки от СОЖ. Под конвейером 4 установлен металлический лист с отверстиями, через которые жидкость стекает в канал, соединённый с баком-отстойником 3, откуда очищенная СОЖ перекачивается в систему для повторного использования.

Рисунок 7.4 - Централизованная система отвода СОЖ и стружки
8. СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ
Система контроля качества изделий предназначена для своевременного определения с требуемой точностью параметров качества изделий механосборочного производства. В связи с этим на неё возлагаются следующие функции:
Хранение информации об изготовляемых изделиях (их конфигурации, технических требованиях к ним и т.д.);
Проведение настройки контрольно-измерительных приборов;
Обеспечение своевременной изоляции обнаруженного брака;
Приёмочный и операционный контроль качества изделий с проверкой соответствия чертежам и техническим требованиям;
Выдача информации по результатам контроля качества изделий.
В механосборочном производстве имеются специальные службы отдела технического контроля (ОТК) завода, включающего центральную измерительную лабораторию (ЦИЛ), которая разрабатывает схемы и планы контрольных проверок средств измерений и выполняет наиболее сложные из них, контрольно-поверочные пункты (КПП) и испытательные отделения.
В разработанном цехе есть такие отделения контроля: отделение контроля качества валов, отделение контроля качества изделий и изолятор брака, испытательное отделение.
В механических и сборочных цехах располагают контрольные отделения, которые являются частями общезаводского отдела технического контроля. На них возлагаются те же функции, что и на всю систему контроля качества изделий.
Правильность размеров после изготовления определяют с помощью измерительных инструментов общего назначения (калибровками, скобами, индикаторами и т.д.), специальных измерительных инструментов (шаблонами, контрольными оправками и т.п.) и средств автоматического контроля. К ним относятся контрольно-измерительные машины.
Собранные изделия в ряде случаев должны подвергаться испытаниям с целью установления согласованности работы отдельных механизмов и отдельных параметров качества в динамике.
Изделия, подвергаемые испытаниям, устанавливают на специальные испытательные стенды.
Испытательные стенды, оснащённые генераторами постоянного тока, применяются в производственных условиях чаще, так как они позволяют бесступенчато регулировать требуемую нагрузку двигателя по любому закону, а также потому, что ток, вырабатываемый генератором, может быть использован для питания электромагнитных плит, патронов, приспособлений и т.д.
В двухсторонних стендах испытуемые двигатели устанавливаются с двух сторон от генератора, что приводит к сокращению числа испытательных стендов, сокращению производственных площадей и сокращению цикла испытаний благодаря совмещению времени испытания со временем приёмки, установки и снятия двигателей.
9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДЕЙ СКЛАДОВ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ОТДЕЛЕНИЙ
Механосборочное производство, состоящее из комплекса производственных участков и вспомогательных подразделений, в котором протекают производственные процессы изготовления изделий, представляет собой сложную динамическую систему, структура и параметры которой находятся в непосредственной зависимости от сложности конструкции, номенклатуры выпускаемой продукции и характеристик производственного процесса её изготовления.
Механосборочный цех включает в себя производственные участки, вспомогательные подразделения, служебные и бытовые помещения, а также помещения общественных организаций.
Вспомогательные подразделения создают для обслуживания и обеспечения бесперебойной работы производственных участков. К ним относятся:
Цеховой склад материалов, заготовок и деталей;
Мастерская энергетика цеха;
Слесарная мастерская;
Отделение по приготовлению и раздаче СОЖ;
Отделение переработки отходов;
Склад инструментов и приспособлений;
Отделение разборки инструмента;
Отделение сборки и настройки инструмента;
Заточная мастерская;
Испытательного отделения;
Контроль качества готовых изделий и изолятор брака;
Отделение узловой сборки;
Отделение общей сборки;
Участок термообработки;
Участок для нанесения покрытия;
Трансформаторная;
Вентиляционная;
Серверная;
Склад дополнительных материалов;
Склад абразивных инструментов;
Компрессорная
Энергетическая установка
Стенд для испытания редукторов
Номенклатура вспомогательных отделений и их размер зависят от масштаба и характера производства.
Площадь склада определяется исходя из необходимости хранения определенного количества запаса заготовок, учитывая допустимую грузонапряженность пола складского помещения. Эта величина берется из процентного соотношения (10-15% от общей площади участков).
Общая площадь участков равна:
(9.1)
где L0 – расстояние между колоннами (L0=24 м.), n – количество пролетов (n=3), LЦЕХА=122 м.
м2.
Таким образом, площадь склада равна 0,1∙8784=878,4 м2.
Площадь отделения для приготовления и подачи СОЖ может быть укрупненной. Определяется в зависимости от количества производственного оборудования (табл.9.1).
Таблица 9.1 – Площадь отделения СОЖ определяется в зависимости от количества производственного оборудования
Количество оборудования Площадь отделения, м2
30−60 35−40
61−100 40−45
Так как количество оборудования не превышает 60 станков, принимаем площадь отделения м2.
Переработка стружки в зависимости от объема отходов может производиться в отделениях, создаваемых при механических цехах или при заводском утильцехе. В отделениях устанавливается комплект оборудования для дробления, промывки, обеззараживания, сушки и брикетирования, или пакетирования. Площадь отделения для сбора и переработки стружки можно определить в зависимости от количества производственного оборудования механического цеха (таблице 9.2).
Таблица 9.2 – Определение в зависимости от количества производственного оборудования механического цеха
Количество оборудования Площадь отделения, м2
10−60 65−76
61−100 75−85
101−200 85−105
Принимаем м2.
Площадь для хранения режущих инструментов определяется как:
(9.2)
где − число обслуживаемых станков,
− коэффициент, учитывающий хранение инструмента на высотных стеллажах (), − площадь, необходимая для хранения инструмента для одного станка, которая выбирается в зависимости от серийности выпуска и вида оборудования ().Определим площадь инструментального склада:
м2Разборку отработавшего инструмента осуществляет слесарь-инструментальщик, заменяя при этом затуплённые пластины в инструментах с механическим креплением.
Площадь, необходимую для разборки инструмента, для кладовщиков-комплектовщиков определяют исходя из количества работающих в смену, а также площади, занимаемой кладовщиком-комплектовщиком (5м2) и слесарем-инструментальщиком по разборке инструмента (7м2).
В данном цехе в отделении разборки инструмента работают 5 кладовщиков-комплектовщиков и 4 слесаря-инструментальщика. Необходимая площадь для этих работ равна:

Чтобы определить площадь заточной мастерской необходимо посчитать количество заточных станков для восстановления режущего инструмента. Число заточных станков принимается равным 4% от числа обслуживаемых станков (в их количество не входят шлифовальные станки).
Определим число заточных станков:

Принимаем количество станков равное двум.
Определим площадь заточной мастерской по формуле 9.3:
(9.3)
где − число заточных станков,
− средняя площадь на один станок.
Рассчитаем площадь:

Секцию сборки и настройки режущего инструмента оснащают приборами для настройки, стеллажами для хранения инструмента, технической документации и программоносителей, контрольными плитами, верстаками, тележками и дисплеями.
Число приборов для настройки инструментов:
(9.4)
где − число обслуживаемых станков,
− число инструментов, которые требуется настроить за смену на один станок,
− норма времени настройки одного режущего инструмента (≈5мин),
− время одной смены,
− коэффициент загрузки прибора (=0,8),
− коэффициент, учитывающий возможность автоматизации настройки на одном станке (=0,5).
Определим число приборов по формуле 9.4:

Площадь, необходимая для сборки и настройки инструментов определяется по формуле 9.5:
(9.5)
где − удельная площадь для одного прибора.

Площадь отделения узловой сборки зависит от количества установок сборки. Так как в год цех выпускает 16800 редукторов, то для узловой сборки необходимо иметь 12 установок. С учётом того, что производственная площадь одного рабочего места равна 20м2,
(9.6)
где − число установок,
− средняя площадь на одной установкой.
Рассчитаем площадь:

Площадь отделения сборки зависит от количества установок сборки. Так как в год цех выпускает 16800 редукторов, то для общей сборки необходимо иметь 10 установок. С учётом того, что производственная площадь одного рабочего места равна 18м2.
Рассчитаем площадь:

Также в этом отделении есть испытательная установка, поэтому площадь отделения общей сборки должна быть не менее 180м2.
Площадь участка термообработки зависит от количества и габаритов печи и закалочной ванны.
Наиболее подходящие по характеристикам печи представлены в таблице 9.3
Таблица 9.3 – характеристики печь

Исходя из габаритов корпуса ( 300400350мм) выбираем печь модели СНО 5.6.5/11. Для выполнения программы выпуска необходимо 3 печи. Берем две закалочную ванну модели ВМ 21.18.9/0,6, основные характеристики:
Закалочная среда:масло
Размеры рабочей зоны, мм:500х600х600
Масса садки, кг:300
Мощность, кВт:28
Рассчитаем площадь:

9.12. Участка для нанесения покрытия
Площадь участка для нанесения покрытия зависит от количества и габаритов установки.
Габариты ионно-плазменное установка «Булат-6» 3500х2000х2400мм и их необходимо 2 шт.

Рисунок 9.1 – Схема участка для нанесения покрытия.
Рассчитаем площадь:

9.13. Определим площади дополнительных отделения исходя из особенности производства и задания:
Площадь мастерской энергетика принимается ;
Площадь испытательного отделения: ;Площадь отделения контроля качества готовых изделий и изолятора брака: ;Площадь склада дополнительных материалов :
Площадь склада абразивных инструментов :
Площадь трансформаторной принимаем ;
Площадь вентиляционная принимаем ;
Площадь серверная принимаем ;
Площадь слесарная мастерская принимается ;
Площадь компрессорная принимаем
Площадь склад полуфабрикатов принимаем
Площадь склада заготовок принимаем
Площадь комнаты со стендами испытаний редукторов
Площадь энергетической установки принимается
Размеры площадей этих помещений зависят от состава и штатов административно−конторских служб цеха. В состав административно−конторских помещений входят площади технологического, конструкторского, планово−диспетчерского и других бюро, цеховой лаборатории, помещения для сменных мастеров, табельной, кабинета начальника цеха, его заместителей, представителя заказчика, а также других административно−хозяйственных служб цеха, утвержденных согласно его структуре.
Площадь конторских помещений принимается в зависимости от числа работающих в наиболее многочисленной смене из расчета 4 м2 на каждого служащего, площадь для конструкторов и чертежников – 6 м2 на один чертежный стол. Для залов собраний вместительностью до 100 человек планируется 1,2 м2 на одного человека (место). Указанные нормы не распространяются на кабинеты административно−технического персонала. Конторские помещения должны иметь естественное освещение и высоту не менее 3,3 м. Площадь административно−конторских помещений и помещений общественных организаций зависит от количества рабочих мест (табл. 9.4, 9.5). Обычно эти помещения отделяются от производственных помещений капитальной стеной. Типовые проекты административных зданий предусматривают унифицированные секции длиной 36, 48, 60 м, шириной 12, 24 м с шагом колон 6х6 м.
Таблица 9.4 – Состав административно−конторских помещений
Наименование помещения Площадь помещений, м2
малые цеха (до 150 рабочих) средние цеха (150…300 рабочих) крупные цеха (свыше 300 рабочих)
Кабинет начальника цеха
Кабинет зам. начальника цеха
Комната секретаря
Технологическое бюро цеха
Планово−диспетчерское бюро
Бюро труда и зарплаты
Бюро цехового контроля
Кабинет цехового механика
Кабинет старших мастеров
Диспетчерский пульт
Табельная 20
15
12
20
10
10
10
12
10
12
10 25
15
12
25
14
14
14
15
10
12
14 35
18
15
35
18
18
18
18
12
15
16
Таблица 9.5 – Состав и площадь помещений цеховых общественных организаций
Наименование помещения Площадь помещений, м2
до 300 рабочих 300…500 рабочих свыше 500 рабочих
Профсоюзная организация
а) кабинет председателя профкома
б) рабочая комната 12
12 12
12 18
18
Бытовые помещения цеха необходимы для санитарно−гигиенического,
медицинского, культурного и другого обслуживания, а также для служб питания.
Размеры, состав и оборудование бытовых помещений устанавливаются санитарными нормами проектирования промышленных предприятий. При расположении нескольких цехов в одном здании бытовые помещения должны кооперироваться. В состав санитарно−гигиенических служб входят умывальни, гардеробные, душевые, ручные и ножные ванны, комнаты гигиены женщин, для сушки, обезвреживания и обеспыливания одежды, прачечные, курительные помещения и т.п. Медицинская служба должна иметь помещения здравпунктов, профилактории, поликлиники, которые располагаются вне территории завода, а служба культурного обслуживания – комнаты отдыха, библиотеки, красные уголки. Служба общественного питания должна иметь комнаты приема пищи, буфеты, столовые.
Бытовые помещения располагают обычно на первом этаже вместе с административно−конторскими помещениями с учетом направленности людских потоков в цехе.
Для крупных цехов эти помещения располагают в два или три этажа. В этом случае на первом этаже располагают уборные, душевые, медпункты, умывальные. Второй, третий этажи используют для гардеробных, административно−конторских помещений, комнат для принятия пищи, буфетов, столовых, красных уголков и т.п.
Площади бытовых помещений определяются согласно нормам (табл. 9.4). Гардеробные проектируются с закрытым и открытым способом хранения одежды, количество мест принимается равным количеству рабочих во всех сменах. Закрытый способ хранения одежды применяется при количестве рабочих менее 50 человек каждого пола, при большем количестве людей − открытый. Шкафы в гардеробной располагаются в два ряда, перпендикулярно продольной оси помещения, т.е. перпендикулярно стене с окнами, чтобы создать освещенность естественным светом. Ширина прохода между шкафами не менее 0,6 м. При самообслуживании и длине прохода более 9 м ширина прохода принимается 1,5 м, а между шкафами и стеной – 2 м.
Душевые располагаются в изолированных помещениях, смежных с гардеробными. При душевых должны быть предусмотрены скамейки шириной 0,3 и длиной 0,4 м для переодевания. Душевые помещения должны иметь вытяжную вентиляцию. Расчетное время работы душевой – 45 мин после каждой смены.
Умывальные комнаты размещаются в отдельных помещениях, смежных с гардеробными. В них устанавливаются индивидуальные и групповые умывальники с подводом горячей (+35°С) и холодной воды. Расстояние между кранами должно быть не менее 0,6 м, ширина между двумя рядами – 1,6 м. Средняя расчетная норма площади – 1…1,2 м2 на один кран.
Уборные располагаются таким образом, чтобы расстояние от наиболее удаленных рабочих мест не превышало 75 м. В многоэтажных зданиях уборные для мужчин и женщин располагают на каждом этаже. Число унитазов в уборной назначается в зависимости от количества работающих в самой многочисленной смене. В мужских уборных проход между кабинами и писсуарами должен быть не менее 2 м. В уборных предусматриваются умывальники из расчета 1 умывальник на 4 унитаза, но не менее одного на уборную.
Входы в уборные предусматривают через тамбуры, с самозакрывающимися дверями. Средняя норма площади 2,8…3 м2 для женских и 3,3…3,5 м2 для мужских уборных.
Курительные комнаты предусматриваются в тех случаях, когда по условиям производства и противопожарной безопасности курение в производственных комнатах не допускается. Курительная располагается в помещениях, смежных с уборными, на расстоянии не более 75 м от рабочего места. Площадь курительной принимается из расчета 0,02 м2 на одного работающего, но не более 8 м2. При количестве рабочих менее 100 человек, допускается использование шлюзов при уборных в качестве курительной.
Помещение для личной гигиены женщин предусматривается в каждом здании, если количество работающих женщин в смене не менее 15. Размещаются эти помещения смежно с уборными. В составе этих помещений должны быть приемная площадью 10 м2 с уборной и умывальником; процедурная с индивидуальными кабинами, оборудованными фонтанирующими душами. Размер кабины 1,6х1,2 м. Количество индивидуальных кабин определяется из расчета 1 кабина на 100 женщин, работающих в одной смене. Площадь мест для раздевания принимается не менее 4 м2 из расчета 0,02 м2 на одну женщину.
Пункты питания для промышленных предприятий могут быть следующих видов:
а) открытые столовые (вне территории);
б) закрытые столовые, размещенные на территории завода;
в) закрытые буферы в составе производственных и вспомогательных площадей.
Расстояние от цеха до пункта питания не должно превышать 300 м, а при одночасовом перерыве – 600 м. В пунктах питания должны быть умывальники из расчета 1 кран на 50 посадочных мест. Площадь буфета принимается 30…60 м2.
На каждом промышленном предприятии со списочным количеством работающих от 300 до 800 человек должен быть один фельдшерский здравпункт, а при 800…2000 работающих – один общезаводской здравпункт. Они располагаются на первых этажах производственных и вспомогательных зданий. Размеры площадей здравпунктов машиностроительных заводов принимается по установленным нормам.
В производственных помещениях должны быть устроены питьевые установки в виде фонтанчиков с температурой воды не выше +20°С или установки с газированной водой. Расстояние рабочих мест от установки раздачи воды не должно превышать 75 м.
Таблица 9.6 – Средние величины площадей бытовых помещений для цехов
с нормальными условиями труда
Наименование площадей Площадь, м2 Принимаемая норма Расчетное количество людей
Гардеробные:
− с открытым способом хранения 0,3…0,4 На 1 рабочего Общее количество рабочих (100м2)
− с закрытым способом хранения 0,6…0,7 На 1 рабочего Общее количество рабочих(152м2)
Умывальные 1,0...1,2 На 1 кран Число работающих в самую многочисленную смену(15м2)
Уборные:
− женские 2,8…3 На 1 унитаз 1 унитаз на 15 человек. Количество женщин в наиболее многочисленную смену(20м2)
− мужские 3,3…3,5 На 1 унитаз 1 унитаз и 1 писсуар на 30 человек. Количество мужчин в самую многочисленную смену
(15м2)
Душевые 2,2…2,5 На 1 душ (с учетом тамбура) 15 человек на один душ. Число работающих в наиболее многочисленную смену(37м2)
Пункты питания (буфеты, столовые) 1,0 На 1 посадочное место Число посадочных мест принимается в зависимости от числа работающих в наиболее многочисленную смену
(150м2)
10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ИТР
Состав и число работающих механических и сборочных цехов определяются характером производственного процесса, степенью его автоматизации, уровнем кооперации специализации вспомогательных служб в масштабах корпуса или завода, структурой и степенью автоматизации системы управления производством.
Расчёт числа рабочих в зависимости от этапа проектирования, степени детализации проектных решений ведут по-разному.
При технико-экономическом обосновании проектов принимают укрупнённые методы расчётов числа работающих. Далее в процессе проектирования полученные результаты корректируют по мере уточнения структуры цеха, планировки оборудования, схемы управления производством.
К производственным рабочим механических и сборочных цехов относят наладчиков оборудования, слесарей для выполнения ручных и механизированных операций обработки, пригонки и сборки и других рабочих, непосредственно занятых выполнением операций технологического процесса обработки деталей и сборки.
Численность персонала гибкого производственного цеха, для обслуживания операций технологического процесса обработки деталей, определяется при детальном проектировании и конструкторской проработке отдельных её подсистем. Для изготовления редукторов используются 49 станков. Используя нормы численности на один станок, приведенные в таблице 10.1, определим число производственных рабочих механических операций в смену.
Таблица 10.1 – Нормы численности рабочих на один станок
Должность Раб/ст.
Операторы 0,8
Слесари-ремонтники 0,07
Электрики 0,045
Электронщики 0,1
Программисты 0,25
Служащие 0,01
Подсчитаем число производственных рабочих:

Численность персонала гибкого производственного цеха, для обслуживания операций сборки зависит от количества установок сборки. Так как в год цех выпускает 54514 редукторов, то для общей их сборки необходимо иметь 10 установок. Для осуществления узловой сборки необходимы 12 установок. С учётом этих данных определим количество рабочих на участках сборки в смену:

Численность персонала гибкого производственного цеха в смену, для обслуживания операций упрочнения определяется по таблице 10.1. Она равна:

Численность вспомогательного персонала, включает в себя рабочих, которые выполняют техническое обслуживание производственных участков и линий: рабочие ремонтных и инструментальных служб, транспортные и подсобные рабочие, уборщики производственных помещений, рабочие складов и кладовых и др.
Определим численность вспомогательного персонала по каждому отделу в смену:
Цеховой склад материалов, заготовок и деталей − 9 чел;
Отделение по приготовлению и раздаче СОЖ − 2 чел;
Отделение переработки отходов − 2 чел;
Склад инструментов и приспособлений − 3 чел;
Отделение разборки инструмента − 7 чел;
Заточная мастерская − 2 чел;
Отделение сборки и настройки инструмента − 8 чел;
Склада абразивных инструментов – 2 чел;
Мастерская энергетика цеха − 2 чел;
Склад дополнительных материалов – 2 чел;
Лаборатория контроля качества − 5 чел;
Отделение контроля качества готовых изделий и изолятор брака − 5 чел;
Отделения узловой и общей сборки − 18 чел.
Слесарная мастерская – 2 чел.
Испытательного отделения – 2 чел.
Участок термообработки – 3 чел.
Участок для нанесения покрытия – 3чел
Трансформаторная – 1 чел.
Вентиляционная – 1 чел.
Серверная – 1 чел.
Энергетическая установка – 1
Стенды для испытания редукторов – 5
Итого имеем 68 вспомогательных рабочих
Также необходимо наличие в цехе водителей электрокранов для перевозки деталей, инструментов, стружки, СОЖ и т.д. Их численность принимаем равной 8 чел.
К категории инженерно-технических работников относятся лица, осуществляющие руководство цехом и его структурными подразделениями (начальник цеха, его заместители, начальники отделений, участков, лабораторий, мастера), а также инженеры-технологи, техники, экономисты, нормировщики, механики, энергетики и т.д. Численность ИТР представлена в табл. 10.2.
Таблица 10.2 – ИТР цеха
Подразделение цеха Должность Количество, чел.
Руководство цеха Начальник цеха
Зам. нач. цеха по производству 1
2
Подготовка производства Нач. техбюро
Технолог
Инженер по инструменту
Сменный мастер
Мастер ПРИН 2
4
2
4
2
Планово− диспетчерское бюро Начальник ПДБ
Плановик
Диспетчер
Техник по материалам 1
4
2
1
Бюро труда и зарплаты Начальник БТЗ
Нормовщик 1
2
Экономическое бюро Экономист 1
Бюро цехового контроля Начальник БЦК
Старший контрольный мастер
Контрольный мастер 1
2
2
Производство Начальник ПУ
Зам. Начальника ПУ 1
1
Численность ИРТ механосборочного цеха составляет 36 чел.
Общая численность персонала в механосборочном цехе выпуска редукторов габаритными размерами 300400350мм, годовой программой запуска 54514 редукторов при двух сменном режиме работы составляет 138 человек.
11. РАСЧЁТ ОБЩИХ ПОТРЕБНОСТЕЙ ЦЕХА
Электроэнергия расходуется в цехе на питание электродвигателей основного и вспомогательного оборудования (силовое) и на освещение цеха.
Для расчета электроэнергии все токоприемники цеха разбиваются на группы по однородности характера работы и для каждой группы определяют суммарную установленную мощность. Затем, учитывая коэффициент использования оборудования по мощности Кс, находят активную мощность каждой группы.
Годовой расход электроэнергии, потребляемой основным оборудованием, определяется по зависимости:
, (кВт) (11.1)
где ФΔ =3810 (час) – действительный фонд времени работы оборудования;
КС=0,95 – коэффициент потерь в сети;
Wa – установочная мощность станков.
Установочная мощность станков определяется по зависимости:
, (кВт) (11.2)
где Wgeti – суммарная установочная мощность станков i−той группы, которая определяется по формуле:
, (кВт) (11.3)
где Wcti – мощность станка i−той группы,
Cni – принятое количество станков каждой группы.
Для гибкого автоматизированного участка, который вмещает в себя 8 сверлильно−фрезерно−расточных станков и 2 шлифовальный станок расчет необходимой мощности определим как:
(кВт/час)
(кВт/час)
(кВт/час)
Таким образом, годовой расход участка равен:
(кВт)
Для гибкой автоматической линии, которая включает в себя 4 токарных станка, 4 сверлильно-фрезерно-расточных станка, 2 зубофрезерных станока и 2 шлифовальных станока, расчёт необходимой мощности определяется как:
(кВт/час)
(кВт/час)
(кВт/час)
(кВт/час)
(кВт/час)
Таким образом, годовой расход ГАЛ равен:
(кВт)
Рассчитаем годовой расход электроэнергии, потребляемой основным оборудованием:
(кВт/ч)
Годовой расход электроэнергии на освещение определяется по нормам расхода на 1м2 площади пола и продолжительности осветительного сезона в год :
,(кВт) (11.4)
где F – площадь пола.
Нормы расхода энергии (Вт) на освещение 1м2 площади цеха принимают следующие:
для механических, механосборочных цехов, технологических отделов 20…22;
для складов 8…10;
для бытовых помещений 8…10;
для конторских помещений 15.
Продолжительность осветительного сезона при двухсменной работе для производственных и вспомогательных цехов, бытовых помещений М=2100 часов; для лабораторий, складских зданий, технологических отделов – М=500 часов.
Определим расход энергии на освещение площадей механических цехов и технологических отделений в год:
кВт
Определим расход энергии на освещение площадей складов в год:
кВт
Определим расход энергии на освещение площадей бытовых помещений в год:
кВт
Определим расход энергии на освещение площадей конторских помещений в год:
кВт
Определим расход энергии на освещение в год:
кВт
Сжатый воздух расходуется для зажима деталей в приспособлениях, для обдува деталей после мойки, перед сборкой и т.д. Давление подаваемого воздуха (4…6)∙105 Па. Потребность в сжатом воздухе определяется при непрерывной работе всех воздухоприемников QНЕПР с учетом коэффициента использования Ки в каждой смене и годового фонда времени работы.
Действительный среднечасовой расход сжатого воздуха Qд определяется по формуле:
, (11.5)
где Qср – теоретический средний расход воздуха по цеху, м3;
Ки – коэффициент использования воздухоприемников в смену.
, (11.6)
где ТФ – число часов фактической работы в смену,
m – число часов в рабочей смене,
ТСР – среднечасовой расход воздуха при непрерывной работе воздухоприемника (берется по паспортным данным):
− для пневмопатронов – 0,3 м3/ч;
− для пневмоприспособлений – 0,15 м3/1 зажим;
− для пневмодрели – 3 м3/ч;
− сопла для обдува – 10 м3/ч;
− для гайковерта – 6 м3/ч и т.д.
м3/час.
(Па).
Годовой расход сжатого воздуха Qг по цеху определяется по формуле:
, (11.7)
где Fд – действительный годовой фонд времени;
m – количество смен;
η – коэффициент загрузки оборудования в цехе.
При укрупненных расчетах для обдувки станков принимают в среднем расход воздуха 1,5…2 м3/ч на каждый станок. Количество станков, подвергающихся обдувке, принимают 5…10% от общего числа станков 2шт·2м3=4м3/ч.
На обдувку деталей расход воздуха на одно установленное сопло принимают 1…1,2 м3/ч; на пневмоинструменты – 2…4 м3/ч на каждый присоединенный инструмент. На пневмозажимы (с пневмозажимами берется 15…30% станков от общего количества), расходуется воздуха в среднем 4 м3/ч на один станок.
Па
Вода в цехе расходуется на бытовые и производственные нужды при давлении воды в водопроводе (2…3)∙105 Па. Производственные нужды: приготовление охлаждающих смесей, промывка деталей, охлаждение и закалка в установках ТВЧ, испытание узлов, изделий и т.д.
Годовой расход воды для приготовления эмульсии Qв при резании металлов определяют по числу станков в цехе:
, (11.8)
где qв – часовой расход воды на один станок, л (принимается в среднем 6 л);
S – количество станков;
m – количество рабочих смен;
ηз – коэффициент загрузки по времени.
т
Для промывки деталей в промывочных машинах расход воды берется по паспортным данным или принимается в среднем 0,12…0,5 м3 на 1 тонну промываемых деталей.
В установках ТВЧ расход воды определяют в зависимости от мощности установки: 15…30 кВт – 2,4 м3/ч; 60…100 кВт – 4…6 м3/ч.
Вода для хозяйственно−бытовых нужд – 25 л в смену на каждого работающего; при групповых умывальниках – 3…5 л на процедуру в зависимости от загрязненности производства. При наличии душа в цехе расходуется 40 л воды на каждого человека.
Ориентировочно можно принимать, что 70% от общего числа рабочих пользуются душем, а умывальниками – 100%.
Количество человек в цеху равно 132 человек.
Расход воды в смену:
л
Расход воды в год:
т
12. ВЫБОР ТИПА И КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЯ ЦЕХА
При проектировании механических и сборочных цехов выбирается тип, конструкция и размеры здания, которые служат основными данными при разработке строительной части проекта. Производственные здания могут быть одноэтажными (преимущественно) и многоэтажными, простой формы (квадрат, прямоугольник).
Одноэтажные производственные здания обычно состоят из нескольких параллельных однотипных пролетов, образуемых рядами железобетонных колонн. Размеры колонн зависят от несущей нагрузки: для бескрановых пролетов 500х500 или 500х600 мм; для крановых пролетов с грузоподъемностью крана до 10 т и более – 500х1400 и 600х1900 мм.
Рекомендуются унифицированные габаритные схемы одноэтажных промышленных зданий с определенной шириной пролета, шагом колонн, их высотой и различными комбинациями этих размеров. Ширина пролетов установлена: 12, 18, 24, 30 м, шаг колонн – 12 м, высота от пола до низа несущих конструкций ограждения от 3 до 6 м (через 0,6 м); от 6 до 10,8 (через 1,2 м). Сетку колонн наносят в масштабе 1:100. Длина здания может быть любой, но кратной шагу колонн.
В одноэтажных зданиях каркас помещения и наружные ограждения конструкции компонуются из типовых конструктивных элементов.
При обработке в цехах крупных деталей предусматриваются унифицированные типовые схемы (УТС) с сеткой колонн 18х12, 24х12 м и размерами в плане 48х72, 72х72 м. Здания большей площади компонуются из нескольких УТС.
Высота унифицированных секций в бескрановых пролетах и в пролетах с подвесным транспортом грузоподъемностью до 5 тонн принимается 7,2 или 8,4 м для механосборочных цехов; 9,6…12,6 – для сборочных. При проектировании здания принимается наименьшая из рекомендуемых высот. Одноэтажные многопролетные производственные здания следует проектировать с пролетами одного направления, одной высоты и ширины. Если по технологическим условиям часть пролетов должна быть с разной высотой, то допускаются перепады высот до 1,8 – 2,4 м. Проектирование зданий с пролетами двух взаимно перпендикулярных направлений допускается для отдельных производств при наличии существенных преимуществ в технологической планировке и организации производственных процессов механосборочных цехов.
Стены наружные выполняются из железобетонных панелей, красного или силикатного кирпича. Для повышения несущей способности стен и устойчивости их укрепляют пилястрами (ложными колонами).
Перегородки внутренние в производственных зданиях бывают: деревянные оштукатуренные, стеклянные с нижней деревянной частью, металлические застекленные, кирпичные и железобетонные.
Помещения для складов отделяют сетчатыми перегородками; заточные, шлифовальные отделения и участки особо точных станков – стеклянными перегородками с деревянной нижней частью высотой в 1 м, а также перегородками из легких материалов, допускающих демонтаж.
Полы производственных помещений должны иметь ровную, удобную для очистки поверхность, на рабочих местах полы должны быть утепленными. Открытые бетонные полы имеют большую теплопроводность и в случае их применения у станков и верстаков устраивают деревянные настилы. В служебных и конторских помещениях применяют линолеумные полы.
Покрытия цеха бывают следующих типов: плоские, скатные без фонарей, скатные с фонарями. Бесфонарные и плоские применяют в тех случаях, когда по условиям технологического процесса требуется искусственное регулирование температуры и влаги воздуха или предъявляются повышенные требования к чистоте воздуха. Несущие конструкции покрытия (плиты, фермы с пролетом 18, 24 м) применяют из железобетона.
Фонари применят в многопролетных зданиях. Они дают равномерную и хорошую освещенность естественным светом и одновременно служат для естественной вентиляции. Наиболее рациональная форма фонарей – прямоугольная. Конструкция фонарей простая, имеет вертикальное остекление, поэтому меньше загрязняется и не пропускает прямых солнечных лучей. Прямоугольный фонарь принимается для пролетов 24 и 30 м.
Для провозов грузов в цехи применяются откатные двухстворчатые ворота. Их размеры выбираются в зависимости от габаритов грузов, транспортных средств, категории пожарной безопасности производства и степени огнестойкости здания. Нормальный размер ворот для автотранспорта принимают равным 3х3 м. Для часто открываемых ворот предусматривают тамбуры, воздушные завесы и механизмы для открывания и закрывания.
Двери в помещениях цехов принимают одно− и двухстворчатые. Размеры по ширине принимают 0,9 м для одностворчатых и 1,4 м для двухстворчатых, высота – 2 м. Суммарная ширина дверей, коридоров или проходов на путях эвакуации принимается из расчета 0,6 м на 100 человек. Двери, предназначенные для эвакуации, должны открываться наружу. Расстояние от наиболее удаленного рабочего места до выхода не должно превышать 50…100 м для одноэтажных, 30…75 м для многоэтажных зданий. Число эвакуационных выходов должно быть не менее двух.
Окна цехов имеют размеры: по ширине от 1 до 6 м, по высоте от 2 до 4,8 м. При этом необходимо предусматривать устройства, защищающие производственных помещения от прямых солнечных лучей.
Лестничные клетки выполняются шириной от 1,2 до 2,4 м. Материал для них выбирается в соответствии с нагрузкой и огнестойкостью здания. Суммарная ширина лестничных маршей принимается в зависимости от количества людей, находящихся на этаже, из расчета 0,6 м на 100 человек. В каждом марше число ступенек принимается от 5 до 18, а его длина – 5,5; 6; 6,8 м в зависимости от назначения лестницы, количества проходящих людей.
Антресоли, устраиваемые в цехах, служат для размещения конторских и бытовых помещений.
При проектировании производственных зданий должны быть предусмотрены противопожарные мероприятия и мероприятия по технике безопасности.
При проектировании здания цеха необходимо учитывать требования гражданской обороны, т.е. стены должны иметь повышенную прочность и огнестойкость, кроме того, предусматривают сооружение убежища 3−го класса, которое вмещало бы всех рабочих многочисленной смены.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе был разработан гибкий автоматизированный цех со следующим техническими характеристиками:
общее количество производственных станков − 22 шт;
годовая программа запуска − 54514 шт;
годовая суммарная трудоёмкость цеха − 144852 шт;
коэффициент загрузки оборудования − 0,89;
коэффициент сменности оборудования − 2;
грузопоток деталей − 5692 кг/сутки;
грузопоток заготовок – 7133,4 кг/сутки;
грузопоток стружки − 2930 кг/сутки;
грузопоток инструментов − 355 шт/сутки;
грузопоток вспомогательных материалов (СОЖ)− 31,4 т/год;
площадь ГАЦ − 8784 м2;
численность рабочих − 138 чел;
повышение производительности оборудования в 5 раз.
Таким образом, можно сделать вывод об экономической эффективности предлагаемого проекта и возможности внедрения его на производстве.

3.Система управления3.Система управления движения по одной координате
Разработка функциональной схемы системы стабилизации скорости перемешения элемента робота .
Общие замечания:
- Система стабилизации скорости предполагает использование широтно-импульсного метода управления. Принцип метода представлен на листе 5.
В качастве генератора триугольных импульсов используем реверсивный счетчик DD2, DD3, и тригер DD7.
Счетчик формирует временную диаграму развертки в соответствии с законом представленом на рисунке 18

Рисунок 18 – временная диаграма развертки ШИМ
Компоратор ШИМ реализован на элементах DD4, DD5.
С выхода А=В компоратор через тригер DD6 и усилитель VT1 сигналы управления амплитудой 300В поступают на исполнительный двигатель M1.
Вал исполнительного двигателя совмещен с валом датчика скорости BR1 (тахогенератор постоянного тока).
Сигнал фактической скорости постунает в систему управления на вход усилителя ошибки DA2 на не инвертирующий вход которого поступает сигнал задания скорости.
На входе 6 усилителя ошибки формируется сигнал разности заданой и фактической скоростей механизма. Разности на сигналах поступает на ACP DA1 преобразователь (аналог-цифры) двухквадрантный режим.
Выходной код преобразователя поступает на компоратор ШИМ который должен функционировать в двухквадрантном режиме.
Ограничением схемы является однонаправленый режим.
Тригер DD6 осуществляет задержку выходного сигнала ШИМ на время работы преобразователя
3.1.Онисание элементов схемы
3.1.1Микросхема К555ИЕ7 
Представляет собой двоичный четырехразрядный синхронный счетчик. Положительный импульс по входу R устаналивает счетчик в нулевое состояние. Для предварительной установки счетчика в определенное состояние необходимо на его информационные входы подать соответствующие уровни, а на вход стробирования предварительной записи подать отрицательный импульс.
Для осуществления прямого счета на вход "-1” подается высокий уровень напряжения, а на вход "+1” - отрицательные импульсы. Счет будет вестись от того числа, которое предварительно было записано в счетчик. При заполнении счетчика выходы устанавливаются в состояние высокого уровня, а на выходе прямого переноса появится отрицательный импульс переноса в старший разряд. Аналогично счетчик работает в режиме обратного счета.

Рисунок 19 Условное обозначение м/с  К555ИЕ7  Таблица 4 Назначение выводов К555ИЕ7
 
01 D2 Информационный вход
02 Q2 Выход второго разряда
03 Q1 Выход первого разряда
04 -1 Вход "прямой счёт"
05 +1 Вход "обратный счёт"
06 Q3 Выход третьего разряда
07 Q4 Выход четвертого разряда
08 GND Общий вывод
09 D4 Информационный вход
10 D3 Информационный вход
11 PE Строб записи
12 >15 Выход прямого переноса
13 <0 Выход обратного переноса
14 R Установка "0" (сброс)
15 D1 Информационный вход
16 +Vcc Плюс питания 5В
Таблица 5 Основные параметры К555ИЕ7
 
Напряжение питания (Vcc) +5В ±5%
Входной ток ("0"), не более 0,38мА
Входной ток ("1"), не более 20мкА
Ток потребления (статический), max 31мА
Нагрузочная способность 10 входов ТТЛ
(К555)
Выходной уровень "0" < 0,5В
Выходной уровень "1" > 2,7В
Рабочий диапазон температур -10oC..+70oC
Корпус DIP-16
Импортный аналог 74LS193
3.1.2Микросхема К555ТМ2 
Содержит  два независимых D-триггера, срабатывающих по фронту тактового сигнала на входе C. Низкий уровень напряжения (лог."0") на входах установки (S) или сброса (R) устанавливает выходы триггера в соответствующее состояние вне зависимости от состояния других входов (C и D).
При наличии на входах установки и сброса лог. "1" требуется предварительная установка информации по входу данных относительно фронта тактового сигнала, а также соответствующая выдержка информации после подачи фронта синхросигнала.

Рисунок 20 Условное обозначение м/с К555ТМ2
Таблица 6 - Логическая таблица м/с К555ТМ2
Входы Выходы
_
S _
R C D Q _
Q
0 1 X X 1 0
1 0 X X 0 1
0 0 X X Н Н
1 1 _| 1 1 0
1 1 _| 0 0 1
1 1 0 X Qo __
Qo
3.1.3. Микросхемы К561ТЛ1
Содержат 4 элемента 2И-НЕ с триггерами Шмитта на входах.
Таблица 7 - Основные характеристики К561ТЛ1 (при +25oC):
Напряжение питания (Vdd) +3..+18V
(max. +20V)
Выходное напряжение лог. "0" 0..0,05
Выходное напряжение лог. "1" Vdd-0,05..Vdd
Напряжение гистерезиса Vн
(типовое при (Vdd=5V/10V/15V) 0,3..1,6V
1,2..3,4V
1,6..5,0V
Напряжение переключения Vt-
(типовое при (Vdd=5V/10V/15V) 0,9..3,2V
2,5..6,6V
4,0..9,6V
Напряжение переключения Vt+ (типовое при (Vdd=5V/10V/15V) 2,2..4,0V
4,6..8,2V
6,3..12,7V
Входной ток лог. "0"/"1" < 0,1uA
Выходной ток лог. "0"/"1" (Vdd=5V/10V/15V) > 0,51/1,3/3,4mA
Время задержки распространения
(не более, Vdd=5V/10V/15V) 380 / 180 / 130 nS
Рабочий диапазон температур -45oC..+85oC
Корпус DIP-14
Импортные аналоги HEF4093BP HCF4093BEY
 CD4093
MC14093BCP
IW4093BN
 
Параметры микросхем К561ТЛ1(А) иных произодителей могут несколько отличаться.
3.1.4. Микросхемы К111ЗПВ1
Микросхемы представляют собой функционально законченный 10-разрядный АЦП, сопрягаемый с микропроцессором. Обеспечивает преобразование как однополярного напряжения (вывод 15 соединяется с выводом 16) в диапазоне 0...9,95 В, так и биполярного напряжения в диапазоне -4,975...+4,975 В в параллельный доичный код. В состав ИС входят ЦАП, компаратор напряжения регистр последовательного приближения (РПП), источник опорного напряжения (ИОН), генератор тактовых импульсов (ГТИ), выходной буферный регистр с тремя состояниями, схемы управления. Выходные каскады с тремя состояниями позволяют считывать результат преобразования непосредственно на шину данных микропроцессора. По уровням входных и выходных логических сигналов сопрягаются с ТТЛ схемами. В ИС выходной ток ЦАП сравнивается с током входного резистора от источника сигнала и формируется логический сигнал РПП. Стабилизация разрядных токов ЦАП осуществляется встроенным ИОН. Тактирование РПП обеспечивается импульсами встроенного ГТИ с частотой следования 300...400 кГц. Установка РПП в исходное состояние и запуск его в режим преобразования производится по внешнему сигналу "гашение и преобразование". По окончанию преобразования АЦП вырабатывает сигнал "готовность данных" и информация из РПП поступает на цифровые входы через каскады с тремя состояниями.Корпус К1113ПВ1(A-B) типа 2104.18-1, масса не более 2,5 г, 1113ПВ1(A-B) типа 238.18-1, масса не более 2,5 г.
Рисунок 20 Условное обозначение м/с К111ЗПВ1
Разработка стенда для контроля крутящего момента на выходном валу редуктора
Для правильного замера мощности и момента вращения необходимо учитывать ряд факторов. В зависимости от цели и способа использования динамометрических стендов, можно выделить три принципиальных решения – инерционный замер (во время ускорения), мощностной замер (под нагрузкой – во время ускорения), замер с равновесием сил (торможение). Производимые нами динамометрические стенды могут работать во всех трех конфигурациях – в зависимости от их опций и оборудования. Динамометрические стенды, оборудованные электромагнитным тормозом или тормозами, называются мощностными динамометрическими стендами. Динамометрические стенды, работающие в инерционном режиме, не оборудованные тормозом, называются инерционными динамометрическими стендами
Для измерения момента да валу редуктора применяют инерционный стенд. Редуктор розганяется электродвигателем до максимальных оборотов и происходит замер силы момента динамометрическим датчиком

4.Охрана труда

3.1 Анализ вредных факторов на производстве
Условия труда на рабочих местах в производственных помещениях складываются под воздействием большого числа факторов, различных по своей природе, формам проявления, характеру воздействия на человека.
Вредный производственный фактор – производственный фактор, воздействие которого на работающего, в определённых условиях, приводит к заболеванию или снижению работоспособности. Опасный производственный фактор – производственный фактор, воздействие которого на работающего, в определённых условиях, приводит к травме или другому внезапному ухудшению здоровья.
Вредный производственный фактор, в зависимости от интенсивности и продолжительности воздействия, может стать опасным.
В гибком автоматизированном цехе возникают следующие факторы опасности и вредности:
- повышенный уровень шума на рабочем месте;
- повышенная температура воздуха рабочей зоны;
- повышенное напряжение в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;
- острие кромки, заусенцы, шероховатость на поверхности заготовок инструментов и оборудования.
Рассмотрим выше перечисленные факторы.
Шум.
Производственный шум отрицательно действует не только на людей, работающих на шумных производственных участках, он и на весь континент лиц, обслуживающих данное производство, и на население, проживающее вблизи территории завода.
Источниками шума являются клепальные операции, выполняемые, как правило, пневмомолотками, а также клепальными прессами. Кроме того, шум возникает от сверлильных и зенковальных операций. В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека, шум может оказывать на него различное действие.
Параметры микроклимата в производственном помещении.
Микроклимат в производственных условиях определяется следующими параметрами:
а) температурой воздуха, t28° (С);
б) относительной влажностью =40-60%;
в) скоростью движения воздуха на рабочем месте v (м/с) (зимой - 0.2... 0.5 м/с, летом - 0.2... 1 м/с).
Опасность поражения электрическим током.
В гибком автоматизированном цехе вероятность поражения электрическим током очень небольшая, ввиду отсутствия магистральных электроприводов и заземления.
Предотвращение и методы борьбы с опасными и вредными производственными факторами
На производстве применяются различные методы борьбы и предотвращения опасных и вредных факторов, в зависимости от источника возникновения используют соответствующие средства и способы.
Методы борьбы с шумом.
Инженерные методы борьбы с шумом на промышленных предприятиях заключается в следующем.
1. Уменьшение шума в источнике возникновения в процессе конструирования и изготовления машин, а также путем правильной эксплуатации оборудования.
2. Применение звукоизолирующих конструкций и звукопоглощающих материалов, локализация шумного оборудования в специальных выгородках или при помощи звукоизолирующих кожухов.
3. Применение глушителей струйных шумов.
Все эти мероприятия обычно осуществляются раздельно или (чаще) в комплексе, в зависимости от условий производства.
Организационно-технические мероприятия также значительно снижают шум производства:
а) замена шумного оборудования менее шумным;
б) рациональное расположение машин и агрегатов в цехе, вынос наиболее шумных в специальное помещение или выделение их в отдельную часть цеха, чтобы обеспечить в помещении допускаемый уровень шума;
в) такое планирование времени работы шумного оборудования, чтобы в это время в цехе работало меньше людей;
г) озеленение территории предприятий и прилегающей к ней территории.
Шум представляет собой нежелательное для человека сочетание звуков различной интенсивности и частоты в диапазоны 16...2000 Гц и негативно влияющих на человека.
Нормирование шума проводится в соответствии с ГОСТ 12.1.003-83
Предотвращение вибраций.
Различают гигиеническое и техническое нормирование вибраций. В соответствии с ГОСТ 12.1.012-78, при гигиеническом нормирование вибраций ограничивают среднеквадратичные величины вибростойкости или виброускорения, которые устанавливают в зависимости от вида вибрации, природы ее происхождения, направления действия и среднегеометрических частот октавных полос.
Методы борьбы с проблемами подъёмно-транспортного оборудования.
Безопасность труда при подъеме и перемещении грузов в значительной степени зависит от конструктивных особенностей подъёмно-транспортных машин и соответствия их правилам и нормам Госгортехнадзора Украины. В цехе используется кран-балка для перемещения частей панелей фюзеляжа к стапелям сборки. При эксплуатации кран-балки следует отражать все доступные движущиеся части механизмов, что и сделано в цехе. Это относится и к клепальным прессам и к сверлильно-зенковальным аппаратам. Кроме того, в цехе снижена возможность непредусмотренного контакта рабочих с перемещаемыми грузами и самими механизмами при их передвижении, а также обеспечена надежность механизмов, грузозахватных и страховочных приспособлений путем расчета на прочность этих приспособлений на динамичность и статику.
Это обеспечивается тем, что перемещение деталей из стапелей к месту вне стапельной сборки, а также отдельных узлов и агрегатов к стапелям сборки осуществляется на высоте, безопасной для человека, над местами с минимальным количеством рабочих мест и с отсутствием их. Перемещение сопровождается прерывающейся звуковой сигнализацией, предупреждающей об опасности.
Необходимые параметры микроклимата обеспечиваются выполнением ряда мероприятий, а именно:
Механизация и автоматизация производственных процессов, дистанционное управление ими
Совершенствование технологии производства (уменьшение тепловыделения оборудования, его рациональное размещениеуменьшение выделения вредных веществ в воздух, пылеподавление и т.д.)
Тепловая защита (экраны, изменение типа нагрева)
Устройство вентиляции и отопления (подогрев или охлаждение поступающего воздуха, кондиционирование)
Применение средств индивидуальной защиты.
Предотвращение поражения электрическим током
Возможные поражения: от прикосновения к оголенным проводам, питающим переносные лампы вследствие повреждения изоляции. Основными мерами защиты от поражения электрическим током являются по
(ГОСТ 12.1.019-79) :
Обеспечение недоступности токоведущих частей (изоляция токоведущих частей, размещение их на недоступной высоте, ограждение, помещение в специальные короба и др.);
Электрическое разделение сети (разделение электрической сети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью специальных разделяющих трансформаторов);
Двойная изоляция;
Защитное заземление (преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлически нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением, тем самым, устраняя опасность поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях оборудования, т.е. при замыкании на корпус);
Применение малого напряжения (в цехе применяются переносные лампы 36В).
Пожарная безопасность
В цехе для устранения очагов возгорания электропроводки используются огнетушители ОУ-2, находящиеся непосредственно возле стапельной сборки. Кроме того, используются ОХП-10 и имеется пожарный щит. На лестничной клетке в пристройке имеется пожарный кран. В цехе предусмотрено 5 выходов, расположенных рассредоточено суммарной шириной 19м, включая выход из пристройки. Правила пожарной безопасности по ГОСТ 12.4.009-83
Определение требуемого воздухообмена в помещении по вредным веществам.
Определить требуемый воздухообмен и его кратность для вентиляционной системы цеха при наличии и отсутствии местных отсосов. Цех имеет размеры А х В, высота Н = 8 м. В воздушную среду цеха выделяется пыль в количестве W, мг/мин. (предельно-допустимая концентрация пыли ПДК = 4 мг/м3). Концентрация пыли в рабочей зоне С принимается равной ПДК, онцентрация пыли в удаляемом из цеха воздуха равна 30% ее концентрации в рабочей зоне . Концентрация пыли в проточном воздухе С мг/м3. Количество воздуха, забираемого из рабочей зоны местными отосами, равно G= 4500 QUOTE Gм=4500 м3/час.
Решение:
1. Определяем объем цеха:

2. Найдем выделение пыли (в миллиграммах) за 1 час:

3. При наличии местных отсосов требуемый воздухообмен определяем по формуле:


4. Кратность воздухообмена в цехе составит:

то есть за 1 час воздух в цехе должен обмениваться 5 раз.
5. При отсутствии местных отсосов формула упрощается:

6. Кратность воздухообмена в цехе при отсутствии местных отсосов:

то есть за 1 час воздух в боксе должен обмениваться 2,5 раз.
Таким образом, из расчетов видно, что нужно выбирать механическую вентиляцию.
Кроме того, используются ОХП-10 и имеется пожарный щит. На лестничной клетке в пристройке имеется пожарный кран. В цехе предусмотрено 5 выходов, расположенных рассредоточено суммарной шириной 19м, включая выход из пристройки. Правила пожарной безопасности по ГОСТ 120.0.003.-74,п.1.1.1.
4. Экономика
4.1 Расчет себестоимости и цены вала-шестерни.
В данном разделе произведём расчёт себестоимости изготовления вала-шестерни.
При разработке плана по себестоимости продукции производятся расчёты годовой сметы затрат на производство цеха по калькуляционным статьям затрат изделия.
Смета затрат на производство цеха отражает все затраты цеха на годовую программу.
При составлении сметы затрат на производство цеха по калькуляционным статьям расходов затраты группируются следующим образом:
1. Сырьё и основные материалы.
2. Покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты.
3. Возвратные отходы.
4. Основная заработная плата производственных рабочих.
5. Дополнительнаязаработная плата производственных рабочих.
6. Отчисление на социальное страхование.
7. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.
8. Цеховые расходы.
9. Возмещение износа инструментов и приспособлений цехового
назначения.
10. Внепроизводственные расходы.
Затраты на производство продукции классифицируются на прямые и косвенные.
Прямые – связанные с изготовлением конкретных видов изделия, относятся на себестоимость единицы учёта и которые можно рассчитать на единицу изделия (материалы, заработная плата и др.).
Косвенные расходы одновременно связаны с несколькими технологическими процессами или работой цеха предприятия в целом (цеховые расходы, общезаводские расходы).
Смета затрат на производство цеха (завода) отражает все затраты цеха (завода) на годовую программу и составляется в двух разделах: по эксплуатационным элементам и по калькуляционным статьям расходов. Смета затрат поэксплуатационным элементам применяется для взаимосвязи бюджета цеха с бюджетом завода, бюджета завода с бюджетом вышестоящих инстанций. Перечень основных статей расходов, по которым рассчитывается смета затрат на производство продукции, приведена выше.
4.2 Полная себестоимость изготовления вала-шестерни
При расчёте себестоимости продукции различают цеховую, заводскую и полную себестоимость единицы изделия. При расчёте цеховой себестоимости изделия учитывают только те затраты, которые производятся в данном цехе, без учёта затрат других цехов данного завода по изготовлению этого изделия.
Цеховая себестоимость вала-шестерни.
Расчёт цеховой себестоимости вала-шестерни состоит в определении следующих статей затрат:
СЦ=РМ-ВО+ОЗПР+ДЗПР+НЗПР+РСЭО+ОЦР+ИСП+РОП
где РМ – расходы на сырьё и материалы;
РМ=НМ*ЦМ,
где НМ – масса заготовки вала-шестерни, кг:
ЦМ – средняя стоимость материалов, грн./кг.
РМ=8,9*30=267 грн.
ВО – возвратные отходы
ВО=(НМ - МГ)*ЦМ*0,1
где НГ – масса готовых деталей, кг.
ВО=(8,9-7,13)*267*0,1=47,3 грн.
ОЗПР- основная заработная плата производственных рабочих
ОЗПР=( 1+(НУТ+НИТ)/100)*Т*СЧС,
где НУТД1ИТ – нормативы доплат за условия и интенсивность труда, соответственно %;
Т- трудоёмкость изготовления вала-шестерни,
Т=1.08 час.
СЧС-средняя часовая ставка, грн./чел.-ч
ОЗПР=(1+(5+10)/100)*1.08*15=18.63 грн./чел.-ч
ДЗПР- дополнительная заработная плата производственных рабочих
ДЗПР=0,3*ОЗПР
где коэффициент 0,3 определяет среднюю величину дополнительной заработной платы (как норматив) относительно основной
ДЗПР=0,3*18.63=5.6 грн.
НЗПР – начисления на заработную плату производственных рабочих, включаемые в себестоимость вала-шестерни
НЗПР = (ОЗПР+ДЗПР)*ННЗП/100,
где ННЗП – норматив начислений,%
НЗПР=(18.63+5.6)*37,5/100=9.08грн.
РСЭО – расходы на содержание и эксплуатацию оборудования
РСЭО=ОЗПР*НРСЭО/100 грн.
где НРСЭО – норматив расходов на содержание и эксплуатацию оборудования,%
РСЭО=(18.63*40)/100=7.5 грн.
ОЦР – общецеховые расходы
ОЦР=ОЗПР*НОЦР/100
НОЦР – норматив на общецеховых расходов, %
ОЦР=(18.63*70)/100=13 грн.
ИСП – возмещение износа приспособлений и инструмента целевого назначения
ИСП=ОЗПР*НСО/100,
где НСО – норматив затрат на специальную оснастку, %
ИСП=(18.63*15)/100=2.8грн.
РОП- расходы на освоение производства изделий
РОП=(РМ+ОЗПР)*НОП/100,
где НОП – норматив затрат на освоение производства, %
РОП =(267+18.63)*10/100=28.5 грн.
Таким образом, цеховая себестоимость вала-шестерни:
СЦ=267+47,3+18.63+47+9.08+7.5+13+2.8+28.5=453.82грн.
Производственная себестоимость изделия:
Производственную или заводскую себестоимость рассчитывают по формуле:
СЗ=СЦ+ОЗР+СИ+МС+ППР,
где ОЗР – общезаводские расходы ОЗР для изделия
ОЗР= ОЗПР*НОЗР/100,
где НОЗР – норматив общезаводских расходов, %
ОЗР=(18.63*80)/100=15грн.
СИ- расходы на обязательное страхование имущества
СИ= ОЗПР*НИС/100,
где НИС – норматив расходов на страхование имущества, %
СИ=(18.63*5)/100=0.93грн.
ППР – прочие производственные расходы
ППР=ОЗПР*НПР/100;
где НПР- норматив прочих расходов, %
ППР=(18.63*10)/100=1.86грн.
Производственная (заводская) себестоимость изделия
СЗ=453.82+15+0.93+1.86=471.61грн.
Полная себестоимость
СП = СЗ+ВПР,
где ВПР – внепроизводственные расходы приходящиеся на одно изделие
ВПР=СЗ*НВПР/100;
где НВПР- норматив производственных расходов, %
ВПР=(471.61*3)/100=14.2 грн.
СП=471.61+14.2=485.81 грн.
Прибыль 20%
НДС-20% от оптовой цены
Виды затрат Формула Расчет
Основная заработная плата 03П 18.63
Дополнительная заработная плата 0,3*03П 5.58
Отчисление в соц.фонд 37,5 Стоимость основных материалов РМ 267
Возвратные расходы ВО -47,3
Амортизация 15% Цеховые расходы ОЦР 13
Итого цеховая себестоимость 453.82
Общезаводские расходы ОЗР 12
Производственная себестоимость СЗ 47.61
Внепроизводственные расходы ВПР 14.2
Итого себестоимость СП 485.81
Прибыль 20% от СП 97.1
Итого цена без НДС СП+П 583
НДС 20%(СП+П) 116.5
Итого цена с НДС (оптовая цена (СП+П)+(20%(СП+П)) 700
Вывод
Подведя итоги проделанной работы можно сделать следующие выводы: в ходе бакалаврского проекта был разработан технологический процесс изготовления группы деталей типа "вал - шестерня": разработана заготовка, маршрут обработки, определены припуски на механическую обработку, рассчитаны режимы резания для разных операций.
В конструкторской части дипломного проекта разработана гибкая автоматическая линия на базе семи РТК. РТК позволяет осуществлять автоматическую загрузку, обработку, разгрузку и транспортировку деталей, а также автоматически менять изношенный инструмент. При проектировании данного комплекса учитывалось требование к его максимальной универсальности и компактности. ГАЛ обладает определенной степенью гибкости - незначительное изменение управляющих программ, инструмента и оснастки позволяет перенастроить комплекс для обработки любых деталей группы.
Перечень источников
Балабанов А.Н. «краткий справочник технолога- машиностроителя», Москва, издательство стандартов,1992, 462 стр.
Методические указания к расчету припусков по дисциплине «технология машиностроения», Киев, КПИ,1991, 80 стр.
«Справочник технолога-машиностроителя», под редакцией Косиловой, в двух томах, Т. 1, М., «машиностроение», 1986 г, 656 стр.
«Справочник технолога-машиностроителя», под редакцией Косиловой, в двух томах, Т. 2, М., «машиностроение», 1986 г, 496 стр.
«Справочник конструктора-машиностроителя», под редакцией Анурьева, в трех томах, Т. 2, М, «машиностроение», 1983 г, 678 стр.
6. Учебное пособие к курсовому проектированию по технологии роботизированного производства авиационной техники, В.И. Маляковский, «ХАИ», Харьков, 1999 г., 28 стр.
7.В.В Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева “Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах“. Москва, 1990г.
8.Коровин, Г.И. Прокофьев, Л.Н. Рассудов “Системы программного управления промышленными устройствами и робототехническими комплексами”, Ленинград, 1990 г.
9.Сосонкин “Микропроцессорные системы числового программного управления станками”, Москва, 1985 г.
10.«Управление станками гибких производственных систем» Ратмиров В.А., Москва, Машиностроение, 1987 г.
11. Мельников Г.Н., Вороненко В.П. «Проектирование механосборчных цехов», Москва, «Машиностроение», 1990г.
12. Гавриш А.П., Ворнец Б.М. «Роботизированные механо-обрабатывающие комплексы машиностроительного производства», Киев, «Техніка», 1984г.
13. Конспект лекций по предмету «Проектирование РТС и РТК», лектор ст. преподаватель каф. 206 Баранов О.О.
14. Классификатор ЕСКД илюстрированый определитель деталей (Класс 71); Москва, издательство стандартов, 1986 г.
15. Классификатор ЕСКД илюстрированый определитель деталей (Класс 71,72,73,74,75,76); Москва, издательство стандартов, 1986 г.
16. Определение припусков на механическую обработку и расчет операционных размеров: Учебное пособие/В.Ю. Гранин, А.И. Далматов-Харьков, Харьк. авиац. ин-т, 1987, 102с.

Приложение

Приложенные файлы

  • docx 816062
    Размер файла: 6 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий