Курсовая работа: Разработка роботизированного технологического комплекса механической обработки деталей типа фланец

Курсовая работа: Разработка роботизированного технологического комплекса механической обработки деталей типа фланец

Федеральное Агентство по образованию

Политехнический институт Сибирского Федерального Университета

Кафедра "Технология машиностроения"

Курсовая работа

Тема: Разработка роботизированного технологического комплекса механической обработки деталей типа фланец

Пояснительная записка

Выполнил:

студент группы МТ 05-01

Решетников А.С.

Проверил:

преподаватель

Гузов В.Ф.

Красноярск 2009 г.

Федеральное агентство по образованию

Политехнический институт Сибирского федерального университета

Кафедра Технология машиностроения”

Задание

На курсовую работу по дисциплине “Автоматизация производственных процессов в машиностроении”

Студенту Решетникову А.С. Группы МТ 13-1

Факультет механико-технологический Шифр 032552

Тема: Проектирование роботизированного технологического комплекса механической обработки деталей типа фланец.

Исходные данные: 1.Годовая программа, в шт. - 31000

2.Габаритные размеры детали, в мм – L=145-250,

D=400-520

3. Материал детали: Чугун ВЧ 38-17

4.Исходная заготовка - отливка

5.Исполнение промышленного робота - портальный

По теме разработать: Поворотное магазинное загрузочное устройство (МЗУ)

Срок защиты: 31.05.2009 Выдано: 12.02.2007

Аннотация

В технологической части курсовой работы определен тип и форма организации производства, произведена классификация и кодирование деталей по конструкторско-технологическим признакам, разработан технологический процесс изготовления детали типа фланец, затем выбрано основное технологическое оборудование, промышленный робот и вспомогательные устройства для выполнения операций, на основании данных, построена циклограмма работы механизмов РТК, и разработана его планировка.

В конструкторской части разработано техническое задание на поворотное магазинно-загрузочное устройство, обоснована конструкция данного устройства, приведены расчеты, на основании которых определен окончательный вид устройства.

В организационно-технической части приведены основные предложения по усовершенствованию РТК с применением дополнительного, более производительного оборудования.

Объем курсовой работы:

- объем пояснительной записки составляет 40 листов;

- количество чертежей - 3 (2 чертежа - А2, 1 чертеж - А1)

Содержание

2.1 Тип и форма организации производства

2.2 Классификация и кодирование деталей

2.3 Разработка последовательности изготовления детали

2.4 Выбор технологического оборудования, промышленного робота и вспомогательных устройств

2.5 Проектирование технологических операций

2.6 Разработка планировки РТК

2.7 Составление циклограммы работы механизмов РТК

3 Конструкторские разработки

3.1 Разработка технического задания на проектирование поворотного магазинного загрузочного устройства

3.2 Обоснование разрабатываемой конструкции

3.3 Расчет и проектирование поворотного МЗУ

Введение

Автоматизация производства в машиностроении является многосторонней задачей, которую необходимо решить в данной курсовой работе. Решение данной задачи направлено на создание совершенно нового современного промышленного оборудования, технологической оснастки, нового типажа инструмента, новых решений в реализации и организации технологических процессов и систем производства, функционирование которых связано с улучшением условий труда, ростом качества выпускаемой продукции, а также частичное освобождение человека от монотонной работы.

В курсовой работе производится разработка нового автоматизированного технологического комплекса, который позволяет повысить производительность, надежность и точность обработки детали типа фланец, при обеспечении определенной гибкости производства.

Наряду с разработкой РТК, решается конструкторская задача путем сравнительного анализа, для последующего выбора базового проектируемого устройства (поворотное магазинное загрузочное устройство) и осуществляется доработка роботизированного технологического комплекса с учетом выбранного устройства.

1 Анализ исходной информации для разработки РТК

Раздел является подготовительным этапом выполнения курсовой работы. Цель этапа уяснить задачу, изучить состояние вопроса и подготовить техническое обоснование разрабатываемого РТК.

Уяснение задачи требует изучения и анализа задания. Особое внимание необходимо обратить на габаритные размеры детали, квалитеты точности и параметры шероховатости поверхностей, от которых зависит выбор основного и вспомогательного оборудования.

Определим, к какому типу тел вращения относится разрабатываемая деталь. Условие принадлежности к той или иной группе можно определить из выражения: L/D > 3 – вал; 1 < L/D < 2,5 - втулка; L/D < 0,5 - фланец.

Сначала определим, к какому типу тел вращения относится деталь из исходного задания. Для этого подставим в формулу максимальные значения длины и диаметра детали:

таким образом, деталь относится к группе тел вращения типа фланец.

Определим массу заготовки:

где D max - максимальный диаметр заготовки, см;

L max – максимальная длина заготовки, см;

ρ - плотность материала заготовки, для чугуна ρ=7,6 г/см3.

Подставляя известные значения, получим максимальную массу заготовки:

Приближенно массу заготовки для деталей типа фланец можно определить:

;

По максимальной массе заготовки необходимо выбрать промышленного робота (ПР) для выполнения операций. Главным критерием при выборе ПР является грузоподъемность. Основываясь на этом условии, а также учитывая исполнение ПР (портальный) , выбираем для сравнения ПР модели УМ160Ф2.81.01 /1, с. 62/, и ПР модели СМ160Ф2.05.01 /1, с. 64/. Основные характеристики ПР представим в виде таблицы 1.1.

Таблица 1.1. Основные технические характеристики ПР моделей УМ160Ф2.81.01 и СМ160Ф2.05.01

Выбираем ПР модели УМ160Ф2.81.01, свой выбор обоснуем по следующим критериям:

для деталей типа фланец, необходимо выбирать робота с одной рукой, т. к. детали этой группы из-за малой длины трудно зажимать с помощью большего числа захватов;

ПР модели УМ160Ф2.81.01 является наиболее оптимальным по грузоподъемности.

2 Технологические разработки

2.1 Тип и форма организации производства

Тип производства (единичный, серийный, массовый) определяют согласно ГОСТ 14.004-83, используя коэффициент закрепления операций:

, /10.c.8/

где ΣПо - суммарное число различных технологических операций, выполняемых на РТК в течении месяца (указано в задании);

С - количество единиц оборудования, выполняющего эти операции.

Коэффициент Kз.о. определяет число переналадок производства в течении месяца. При Kз.о.≤1 - производство массовое; если 10≥Kз.о. >1 - крупносерийное; 20≥ Kз.о. >10 - среднесерийное; 40≥ Kз.о. >20 - мелкосерийное; Kз.о. >40- единичное.

Определим коэффициент закрепления операций:

Таким образом, разрабатываемый тип производства является среднесерийным.

Для серийного производства количество деталей в партии ориентировочно можно определить из соотношения:

где Ni=N1+N2+…+Nm - годовая программа выпуска деталей различных наименований;

а - число дней, на которые необходимо иметь запас деталей для обеспечения сборки (2-5 дней для крупных деталей, 5-12 - для мелких);

F-число рабочих дней в году (при пятидневной неделе F=253 дня).

Мерой ритмичности и непрерывности работы РТК является такт выпуска, мин/шт:

 /10.c.8/

где Fд - действительный годовой фонд времени работы оборудования (при двухсменной работе Fд=4015 часов);

kз =0,75-0,95 - планируемый коэффициент загрузки оборудования.

;

Форму организации производства на участке (РТК), а также решение технических и организационных вопросов принимают на основе требований ГОСТ 14.301-83. Дадим описание типа производства:

Групповое производство - это прогрессивная в технико-экономическом отношении форма организации прерывистых производственных процессов, экономико-организационной основой которой является целевая подетальная специализация участков и цехов, а технологической составляющей унифицированная типовая форма организации технологических процессов.

При подетальной специализации, сочетающейся с использованием единичной или типовой форм организации технологических процессов, имеют место формы группового производства: подетальные специализированные цехи (ПСЦ), подетальные специализированные участки (ПСУ) и многономенклатурные групповые поточные линии с переналадкой станков (ГПЛПС).

При подетальной специализации создаются следующие вторичные формы группового производства: подетально-групповые цеха (ПГЦ), подетально-групповые участки (ПГУ) и многономенклатурные групповые поточные линии с переналаживаемыми станками (ГПНЛС).

Эти формы основываются на использовании высокопроизводительного и быстропереналаживаемого оснащения, станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, специализированных станков и других средств механизации и автоматизации основных и вспомогательных процессов. В результате, при этой новой подетально-групповой форме специализации появляется техническая база, позволяющая свести к минимуму большую и неоправданную прерывность операций на отдельных рабочих местах и процесса в целом, а значит, и успешно решать задачи интенсификации и повышения эффективности производства. /2, с. 36/

2.2 Классификация и кодирование деталей

Перед разработкой унифицированных (типовых, групповых) технологических процессов необходимо провести классификацию деталей по конструктивным и технологическим признакам с учетом формы организации производства. Классификация предусматривает формирование конструктивно-технологических групп и разработку комплексных деталей.

Группирование деталей представляет собой сложный процесс, требующий высокой квалификации, специальных знаний теории и навыков, поэтому в типовой курсовой работе студенту предлагается решить обратную задачу:

из геометрических элементов комплексной детали (по заданию) образовать группу родственных деталей, отличающихся размерами, числом элементов и их комбинацией.

Детали, входящие в образованную группу, должны иметь:

- однородные по форме и расположению поверхности, обеспечивающие базирование и закрепление в рабочей зоне обрабатывающего оборудования без дополнительной выверки;

- явно выраженные базы и признаки ориентации, позволяющее организовать их транспортирование и складирование в ориентированном положении с использованием стандартной оснастки;

- конструкцию, обеспечивающую надежность захвата, удержания и переноса ее захватными устройствами промышленного робота.

Кроме этого, конструкции деталей должны быть технологичными, соответствовать общим правилам, установленным ГОСТ 14.201-83.

При конструировании деталей необходимо из геометрических элементов (цилиндр, конус, сфера, канавка, резьба) комплексной детали составить более простую деталь, отвечающую перечисленным выше рекомендациям, при этом геометрические элементы можно менять местами, уменьшать или увеличивать их диаметральные и линейные размеры.

В процессе проектирования каждой детали присваивается свой конструкторско-технологический код. Конструкторский код содержит код организации разработчика (в курсовой работе - КГТУ), код классификационной характеристики, порядковый регистрационный номер.

Технологический код устанавливают по технологическому классификатору.

Эскизы деталей и их конструкторско-технологический код представим в виде таблицы 2.2.1.

Разработку технологического процесса и РТК будем производить на основании детали, имеющей в своей конструкции наибольшее число составляющих элементов.

Приведем расчет веса каждой детали. Формула для определения веса имеет следующий вид:

 /2,с. 79/

где V – объем заготовки;

ρ удельный вес, для чугуна: ρ=7,6 г/см3;

d – диаметр заготовки, см;

L – длина заготовки, см;

Получим вес для детали №1.

Вес 1 участка детали:

По аналогии рассчитаем вес остальных участков:

G7=2,01; G12=8,59; G14=21,92; G15=28,63; G16=15,46; G17=30,54; G18=26,84

Тогда общий вес детали будет равен:

G1∑= G2+ G7+ G12+ G14+ G15- G16+ G17- G18=

= 2,01+8,59+21,92+28,63+15,46+30,54-26,84 =102,08 (кг)

Вес остальных деталей определим аналогично, результаты расчета представим в виде таблицы:

Таблица 2.2.1 Вес деталей группы

По данным таблицы 2.2.1 произведем кодирование деталей.

Таблица 2.2. Комплексная деталь и детали группы

2.3 Разработка последовательности изготовления детали

Материал детали - чугун ВЧ38-17, масса m=161,32 кг. Для данной детали исходной заготовкой является отливка, поэтому для получения заготовки необходимо назначить припуски на максимальные размеры, исходя из экономичности, т.к. в получаемой детали часть материала будет удалена в виде стружки.

Данная отливка относится к ІІ классу точности, обеспечивается формовкой с механизированным выемом деревянной модели, закрепляемой на легкосъемных металлических плитах, из форм и с заливкой в сырые и подсушенные формы. Этот способ применяют для получения отливок в серийном производстве.

По данным таблицы 3 /4. с.120/ назначаем припуски на отдельные поверхности для ІІ класса точности:

Ø30+1,2; Ø40-1,5; Ø420-1,5; Ø430-1,5; Ø440-1,5; Ø480-1,5;

Данная деталь относится к 1 классу сложности /1. с.127/. Для детали рекомендуется принимать отклонения по 18 квалитету /1. с. 133, таблица 14/. Исходя определим размеры отливки:

Для отливки также необходимо назначить уклоны для облегчения удаления из формы модели и стержня. Принимаем уклоны равными 1˚, литейные радиусы R=5 мм.

Ниже приведем совмещенный чертеж детали с заготовкой:

Рисунок 2.3.1 Совмещенный чертеж детали с заготовкой

Важным этапом проектирования является выбор технологических баз. Базирование детали осуществляется в патроне. Подробная схема базирования представлена в таблице 2.3.1.

Выбор технологических баз:

- осуществляется на основании следующих общих положений:

1) На первой операции при обработке литых заготовок можно использовать не обработанные поверхности с наименьшими припусками

2) при переходе от одной операции к другой необходимо соблюдать принципы совмещения и постоянства баз.

3) В случае отсутствия надежных технологических баз можно создавать искусственные базы.

Выбор метода обработки зависит от требований, предъявляемых к точности обработки, точности размеров, формы и параметров шероховатости поверхностей деталей. Выбор этих параметров осуществляется на основании таблиц средней экономической точности различных методов механической обработки /4,с.6 - 18/.

На данном этапе проектируется маршрутный технологический процесс изготовления детали, который предусматривает определенную последовательность выполняемых операций.

Приведем вид обработки для каждой поверхности :

поверхность 3 черновое, чистовое точение, тонкое точение.

поверхность 12 – черновое точение;

поверхность 7 черновое точение;

поверхность 14 – черновое точение;

поверхность 15 – черновое точение;

поверхность 17 – черновое растачивание;

поверхность 18 – чистовое растачивание;

Таблица 2.2. Маршрутный технологический процесс

2.4 Выбор технологического оборудования, промышленного робота и вспомогательных устройств

Данный этап проектирования связан с разработкой маршрутного технологического процесса и является окончательным в выборе моделей технологического оборудования, ПР и вспомогательных устройств, комплектующих РТК. Для этого используют данные, полученные ранее (анализ исходной информации и последовательность изготовления детали)

Выбор технологического оборудования осуществляется в зависимости от типа производства, габаритных размеров заготовки и требуемой точности обработки.

Входящее в состав РТК технологическое оборудование (станки с ЧПУ, полуавтоматы) должны обеспечивать:

полную автоматизацию цикла обработки детали;

надежное базирование и автоматический зажим заготовки в рабочей зоне;

свободный доступ захватного устройства ПР в рабочую зону;

стыковку системы управления и электроавтоматики с ПР и вспомогательными устройствами для преобразования и передачи технологических команд;

механизированное или автоматизированное удаление стружки;

контроль наличия детали в рабочей зоне, правильности ее расположения и базирования в зажимных приспособлениях;

автоматизацию ограждения рабочей зоны;

Целесообразность применения той или иной модели ПР определяется соответствием конструктивно-технологических параметров их функциональному назначению:

числом степеней подвижности для выполнения требуемого объема операций (действий);

соответствием манипуляционных возможностей схемам загрузки и зонам обслуживания основного технологического оборудования;

минимальным количеством вспомогательных устройств и простейших средств автоматизации, необходимых для правильного течения технологического процесса;

простотой и краткостью цикла переналадки, высоким коэффициентом использования и минимальным временем простоя основного технологического оборудования;

обеспечением требований техники безопасности;

Выбор вспомогательных устройств осуществляется в зависимости от типа, формы, массы, материала и размеров деталей, технологических схем оборудования и серийности производства.

Для обработки деталей типа тел вращения применяются токарно-винторезные станки. При автоматизации производства необходимо применение станков с ЧПУ, поэтому для обеспечения данного условия выбираем токаро-винторезный станок с системой ЧПУ модели 16К30Ф305 /4, с. 22-23/. Ниже приведена краткая техническая характеристика данного станка:

Таблица 2.4.1 Техническая характеристика станка модели 16К30Ф305

Техническая характеристика ПР УМ160Ф2.81.01 приведена выше (см.таб.1.1)

Вспомогательные устройства

Магазинное загрузочное устройство (МЗУ)

Накопитель

2.5 Проектирование технологических операций

Проектирование операций предусматривает:

уточнение намеченной ранее структуры и содержания операций в зависимости от выбранного оборудования;

выбор технологической оснастки;

назначение режимов резания;

определение времени цикла и сопоставление его с тактом выпуска;

оформление технологической документации.

Технологическая оснастка включает приспособления, инструменты и средства контроля. Технологическое оборудование РТК оснащается быстродействующими, стандартными или унифицированными приспособлениями, обеспечивающими точность установки заготовок и быструю переналадку.

При определении режущего инструмента, учитывается метод обработки, материал обрабатываемой детали, размеры и конфигурация. Выбранный инструмент должен отвечать повышенным требованиям по жесткости, быстроте смены и наладки на размер, стойкости, стабильному отводу стружки. Выбор средств контроля производят с учетом характеристик точности мерительного инструмента и измеряемого параметра. Данные о технологической оснастке пред