Определим расчетное количество применяемого оборудования по формуле

,

где – штучное время на соответствующей операции;

= 321200 шт - объем партии деталей;

- годовой фонд работы оборудования.

Коэффициент загрузки оборудования по времени определяется следующим образом:

,

где – принятое количество оборудования;

– расчетное количество станков по каждой операции.

Для расчета количества основного оборудования требуется определить такт выпуска изделий, который определяется по следующей формуле:

, где

– эффективный фонд времени работы оборудования в планируемый период;

– объем выпуска изделий в планируемом периоде.

Количество основного оборудования определяется по следующей формуле:

, где

– штучно-калькуляционное время обработки;

– такт выпуска.

Количество деталей, шт
Количество смен
Количество часов в смене, час
Фонд времени, час
Такт выпуска, мин/шт	14,1

Полученные результаты сведем в таблицу:

Таблица 3.

№ оп.	Наименование операции	Тшт_к , мин	nрасч	nпр	ηосн
	Токарная	26,19	1,86		0,93

Общее количество применяемого основного оборудования: N = 2.

4. Разработка АУ

4.1. Выбор оборудования.

Технологическое оборудование определяет технико-экономические характеристики АУ, а также показатели обрабатываемых изделий. С учетом поставленного технического задания и технологии получения конечного изделия выбираем следующее технологическое оборудование:

С целью концентрации операций на одном рабочем месте (Операция 1) используем токарный станок с ЧПУ модели Boehringer NG 180 Duo, оснащенный контршпинделем, позволяющий в условиях автоматизированного производства при патронном закреплении обрабатываемой заготовки выполнять операции точения, фрезерования плоскостей, пазов, производить сверление и растачивание отверстий, а также нарезать резьбу.

Таблица 4 - Технические характеристики станка Boehringer NG 180 Duo

Длина обработки	мм	850/1850
Макс. диаметр вращения над станиной	мм
Обтачиваемый диаметр (проходными резцами)	мм
Продольный ход суппорта, ось Z	мм
Поперечный ход суппорта, ось X	мм
Посадочная головка шпинделя	размер	6/8
Диаметр патрона, макс.	мм	200/250/315
Диаметр сквозного отверстия в шпинделе	мм	65/103
Диаметр шпинделя под передний подшипник	мм	120/150
Мощность главного привода при 40% ПВ	кВт	45/53
Макс. частота вращения шпинделя	об/мин	4500/3000
Макс. крутящий момент при 40% ПВ	Нм	340/640
Макс. крутящий момент, ось C	Нм	340/640
Встроенный вращающийся центр	размер	MK3/MK4
Усилие привода подачи	кН
Скорость подачи	м/мин
Скорость ускоренных перемещений	м/мин
Усилие привода подачи	кН
Количество головок	кол-во	1/2
Количество гнёзд на каждой головке	кол-во
Кол. гнёзд для привод. инстр. на каждой головке	кол-во
Диаметр посадочных мест по DIN 69880	мм
Величина хода по оси Y	мм	(30 +50
Энергопотребление	кВА
Занимаемая станком площадь (L x W DL 1000)	мм	4280 x 2460
Масса станка	кг
Высота станка без системы автоматизации	мм

4.2. Выбор вспомогательного оборудования.

Для построения АУ наряду с основным оборудованием применяют и вспомогательное, которое обеспечивает работу основного оборудования в автоматическом режиме в течение заданного срока. К таким вспомогательным средствам относят: робототехническое оборудование (загрузка-разгрузка, смена инструмента, приспособления); средства складирования заготовок, готовых изделий, приспособлений, инструментов; транспортно-накопительные устройства, контрольно-измерительные средства и др.

С целью обеспечения точной установки заготовки в патроне основного оборудования и удобства автоматической загрузки-выгрузки заготовок применим промышленные роботы портального типа. С учетом технических характеристик выбираем портальный робот фирмы Fanuc модели M-710iC/50T.

Для транспортировки заготовок и готовых деталей, а также их хранения применяются транспортные конвейеры.

Детали располагаются на поддонах для хранения деталей типа вал.

Транспортировка деталей на участок обработки и склад производится с помощью автоматических транспортных тележек.

Роботизированные комплексы для механообработки заготовок типа тел вращения могут иметь различные компоновочные схемы в зависимости от выполняемых ими технологических задач. Наибольшее применение в машиностроении получили АУ, состоящие из автоматизированных станков (токарных, кругло-шлифовальных, многоцелевых и др.), оснащенных накопительными устройствами для заготовок и деталей, системой программного управления и обслуживаемых с помощью ПР. В первую очередь такие РТК предназначаются для серийного изготовления деталей мелких и средних размеров с небольшим временем обработки. Комплексы могут оснащаться как встроенным в станок, так и внешним ПР. напольного или портального типа.

Разработанный участок состоит из двух единиц технологического оборудования - двух токарных станков. Обслуживание станков производится двумя промышленными роботами портального типа Fanuc модели M-710iC/50T: первый (ПР-1) обслуживает тележку, два конвейера и промежуточный накопитель. Второй робот (ПР-2) обслуживает два токарных станка и конвейеры. Загрузка оборудования происходит в порядке приоритета и занятости станков. Входным звеном является транспортная тележка, которая доставляет заготовки в зону захвата ПР-1. Работа РТУ происходит в следующем порядке:

Первый портальный робот берёт заготовку из тележки и кладёт её на первый конвейер, конвейер перемещает заготовку в зону второго робота и останавливается. ПР. захватывает заготовку с первого конвейера и устанавливает ее в патроне токарного центра 1 или 2 в зависимости от приоритета или занятости одного из них. Переустановка обрабатываемой заготовки производится контршпинделем станка. В это время первый ПР-1 разгружает до конца тележку на первый конвейер и тележка в зависимости от заполнения либо остается, либо уезжает. После обработки заготовки на токарном станке ПР-2 снимает ее и кладет в позицию второго конвейера, который служит для транспортирования детали в зону захвата ПР-1. После этого ПР-2 захватывает очередную заготовку с первого конвейера и проделывает те же операции. После готовая деталь загружается ПР-1 на тележку. Если же тележка уехала, то детали загружаются на промежуточный накопитель и по заполнению последнего происходит вызов тележки и загрузки её. Возможны варианты, когда несколько тележек поступают друг за другом и заготовки разгружаются в конвейер, у которого для этого достаточно позиций.

Данный АУ позволяет гибко переходить от производства детали к детали типа вал в пределах от полуметра до полутора метров и диаметром до 400 мм.

5.Выбор датчиков и разработка циклограммы работы АУ

Технические средства для контроля объектов на нижнем (исполнительском) уровне АУ определяются их назначением, конструкцией и условиями работы. Для металлорежущих станков ими могут быть датчики перемещений рабочих органов, путевые (контактные и бесконтактные) выключатели, датчики контроля параметров процесса (усилия резания, температуры в шпиндельном узле, положения режущей кромки инструмента, виброускорений в резцовой головке, работы привода и другие), обеспечивающие работу станка в автоматическом режиме. Промышленные роботы обычно оснащаются индуктивными датчиками позиционирования и касания (для контроля захвата изделия), а транспортно-накопительные устройства – ультразвуковыми датчиками.

В качестве датчиков «включения/выключения» приводов станков, а также шагового конвейера применен вращающийся трансформатор. Особенностью такого датчика является непрерывное измерение перемещения контролируемого органа и преобразование результатов измерения в непрерывный электрический сигнал, модулированный по фазе.

Для определения «наличия/отсутствия» заготовки в захватном устройстве ПР и в патроне станка, его состояния станка «зажат/разжат» применены индуктивные датчики. В общем случае такие датчики состоят из воспринимающего давление со стороны объекта слоя (либо фольга, либо резина с металлическими вкраплениями) и контакторов, вместе они образуют систему реле.

В качестве датчиков положения, определяющих состояние рабочих органов оборудования, применены индуктивные бесконтактные выключатели.

Технические характеристики выбранных датчиков приведены ниже.

Вращающийся (трансформаторный) датчик угла поворота Balluff BSW-819.

Ультразвуковой датчик Balluff Bus-3

Сканирование содержимого грузовых контейнеров. Определение загруженных и пустых контейнеров. Управление автоматизированным конвейерным оборудованием.

Размер М12

Настраиваемый наклон

Определение положения объекта (переключающий выход)

Диапазон - 25…200 мм

Настройка (teach-in) – удаленная

Аналоговое измерение расстояния (Выходная функция) 0…10 В, 4…20 мА

Индуктивный бесконтактный Balluff Global DC 3

Индуктивный бесконтактный Balluff BAW M30

Диапазон измерений	0 .. 50 мм
Время реакции	0.5 / 1 мс
Температура эксплуатации	-10.. 70 °C
Функция на выходе	0.. 10 В, 0.. 20 мА, 4..20 мА
Питание	DC
Материал корпуса	нержавеющая сталь, никелированная латунь
Диапазон измерений	0 .. 50 мм

4. Описание циклограммы

Циклограмма – это графическое отображение взаимодействия технологического, вспомогательного и транспортного оборудования в пределах АУ. Циклограмма также позволяет определить состояние всех элементов АУ в определенный момент времени.

Рассмотрим построение циклограммы, описывающей момент времени обработки одной детали, начиная с поступления ее с транспортной тележки на участок. Деталь обрабатывается на первом токарном станке исходя из того, что оба станка свободны и у первого приоритет над вторым. Транспортная тележка уезжает, и деталь после шлифования поступает на промежуточный накопитель.

Транспортная тележка после заполнения заготовками (S14) прибывает на участок (S1), портальный робот двигается в сторону тележки и останавливается над тележкой по сигналу датчика S9. Далее происходит выдвижение руки робота для забора из тележки заготовки (S9) при срабатывании датчика S22 наличие детали в захвате происходит зажим захвата (S18). Затем происходит складывание руки в режим перемещения. Робот перемещается в сторону конвейера и при срабатывание S9 останавливается и разворачивается, робот отпускает деталь и срабатывает датчик наличия заготовки на конвейере (S23) и захват разжимается (S19), рука складывается и включается привод первого конвейера (S5). При достижении заготовки в зону забора роботом (S25) привод конвейера выключается (S7) и останавливает конвейер. Далее второй ПР движется до срабатывания S10 и по прибытию разворачивает руку для захвата. Срабатывает датчик наличия заготовки в захвате S13 и робот сжимает захват (S11). Робот складывается и перемещается к токарному станку. Останавливается над станком (S10) и разворачивает руку. Деталь вставляется в патрон станка (S16), и зажимается патрон (S17) захват разжимается (S12) и сворачивается. Происходит включение главного привода (S6) и обработка в два установа с помощью контршпинделя, по окончании обработки привод шпинделя выключается (S21) и робот захватывает и забирает деталь (S13, S11), патрон станка разжимается (S20) и движется в сторону второго конвейера при срабатывания S10 робот останавливается и раскладывается, схват опускает деталь на конвейер (S26) и включается привод конвейера (S5) и перемещается по конвейеру и при срабатывании датчика наличия детали в зоне забора роботом (S8) конвейер останавливается (S7) и первый робот выдвигается в сторону второго конвейера (S9) и забирает деталь (S13, S18) и, при условии наличия свободных ячеек в накопителе (S3) движется к промежуточному накопителю (S9) разжимает захват (S19) и загружает её туда. В случае, если транспортная тележка пустая, то робот перемещается в положение над тележкой (S9) и разжимает захват (S19) и выгружает деталь в тележку.

Далее вся система работает по более сложному сценарию, который описать очень сложно, потому-то возможны множества организаций работы и одновременных срабатываний ключевых датчиков, которые определяют движение и работу роботов. Это решается путём установки приоритетов в программе роботов.

7. Разработка технологических наладок для станков с ЧПУ

Для обработки конкретной поверхности детали необходимо определить, каким образом будет перемещаться инструмент. Для этого определяется траектория его движения, включающая рабочие ходы, сопровождающиеся снятием слоя металла, и холостые ходы.

Рабочие ходы движения инструмента определяют контур детали, геометрическую точность получаемой поверхности (размер, шероховатость). Холостые ходы характеризуются быстрым перемещением инструмента с точным позиционированием в заданной точке.

Траектория движения инструмента в станках с ЧПУ задается с помощью специальных кодов (функций), записываемых в управляющую программу в определенной последовательности.

Также в программе задается система координат, в которой описывается перемещение инструмента. С помощью специальных кодов можно управлять также и вспомогательными операциями (подача СОЖ, смена инструмента).

Наиболее часто используемые функции при программировании:

Декартова система координат

G59 XYZ – перенос начала системы координат в точку XYZ

G92 – пренос системы координат в исходное состояние

G90 – все числа ниже в программе представлены в абсалютной системе исчисления

G91 – все числа ниже в программе представлены в относительной системе исчисления

G01 – линейная интерполяция

G02 – круговая интерполяция по ходу часовой стрелки

G03 – круговая интерполяция против хода часовой стрелки

G17 – выбор плоскости обработки XOY

G18 – выбор плоскости обработки XOZ

G19 – выбор плоскости обработки YOZ

Tnn kk – смена инструмента(nn-номер инструмента;kk-номер корректора)

G94 F – подача в мм/мин

G95 F – подача в мм/об

G96 S – обороты м/мин

G97 S – обороты об/мин

G00 – быстрое перемещение

G60 – быстрое перемещение в исходную точку

M00 – останов

M02 – конец программы

M03 – вращение шпинделя по ходу часовой стрелки

M04 – вращение шпинделя против часовой стрелки

M08 – включение охлаждения

M09 – отключения охлаждения

Lx – подпрограмма (х - номер)

G25 – геометрические ограничения (минимум)

G26 – геометрические ограничения (максимум)

Токарные

G82XYZLDRH – снятие припуска за несколько проходов с параметрами

(L -длина; D-припуск за один проход; R-полный припуск; H-смещение)

G70 – чистовая обработка в продольном направлении по ступеням;

G71 – черновая обработка в продольном направлении по ступеням

G75XYZRD – аналог G82, но без L и H

G82 – многопроходная обработка в продольном направлении;

G86 – снятие фасок под углом 45⁰;

G86XZR – снятие фасок(R-катит фаски)

G76XYZR – нарезание внешний резьбы

G84XYZR – нарезание внутренней резьбы

G76XYZIKR – нарезание конической резьбы I- смещение по Z K- смещение по X

G76 DH – нарезание многопроходной резьбы H – шаг D – отклонение

Фрезерные

G41 – положительная коррекция

G42 – отрицательная коррекция

G40 – отмена коррекции

G43 – круговая интерполяция по ходу часовой стрелки и положительная коррекция

G44 – круговая интерполяция по ходу часовой стрелки и отрицательная коррекция

G45 – круговая интерполяция против хода часовой стрелки и положительная коррекция

G46 – круговая интерполяция против хода часовой стрелки и отрицательная коррекция

Сверление

G81RZ – включение цикла постоянной обработки отверстия (R - точка начала с запасом; Z – конец)

G82RZ – включение с паузой на конце обработки (R - точка начала с запасом; Z – конец)

G83RZ – глубокое сверление (R - точка начала с запасом; Z – конец)

G84RZ – резьбонарезание (R - точка начала с запасом; Z – конец)

G80 – отмена постоянного цикла

G98 – возврат в точку RS

G99 – возврат в точку R

G43Z – команда говорит, что инструмент длиннее положенного на Z

G44Z – команда говорит, что инструмент короче положенного на Z

M06 – команда смена инструмента в револьверной головке (T02 02 M06)

G49 – отмена коррекции инструмента

Полярная система координат

G20 – плоскость вращения XOY

G21 – плоскость вращения XOZ

G22 – плоскость вращения YOZ

Поворот U - радиус поворота A – угол поворота

9. Заключение

В результате проведенной работы разработал АУ по механообработке детали «Вал 5». ГАУ состоит их двух единиц технологического оборудования, расположенных в порядке следования технологического маршрута. Транспортировка обрабатываемых деталей производится с помощью АТСС, включающая в себя конвейеры, автоматические тележки, а также в зоне локальных перемещений применены промышленные роботы портального типа. Таким образом, эта система представляет собой роботизированный технологический участок по обработке деталей типа вал при их патронном закреплении.

На технологическом и вспомогательном оборудованиях установлены датчики, позволяющие определить состояние системы в определенный момент времени. Выбор датчиков произведен в соответствии с видом установленного оборудования, типом приводов механизмов рабочих органов и в соответствии требованиями эксплуатации оборудования.

В заключительной части работы произвел расчет механизма накопительного устройства – накопительного конвейера, который представляет собой пластинчатый конвейер.

10. Список литература

1 «Общемашиностроительные нормативы вспомогательного времени, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ. Серийное производство», Машиностроение, Москва, 2010г.

2 Проектирование автоматизированного производственного оборудования: Учеб. пособие для вузов / М. М. Кузнецов, Б. А. Усов, В. С. Стародубцев. — М.: Машиностроение, 2009г. — 288 с.: ил.

3 Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей: Учеб. пособие для технических вузов / М. Ю. Соломцев, К. П. Жуков, Ю. А. Павлов и др.; Под общ. ред. Ю. М. Соломцева. — М.: Машиностроение, 2011г. — 140 с.: ил.

4 Роботизированные технологические комплексы и гибкие производственные системы в машиностроении: Альбом схем и чертежей: Учеб. пособие для втузов / Ю. М. Соломцев, К. П. Павлов и др.; Под общ. ред. Ю. М. Соломцева. — М.: Машиностроение, 2009. — 192 с.: ил.

5 Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 2010. — 496 с., ил.

6 Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 2010. — 505 с., ил.

7 «Справочник технолога-машиностроителя», в 3-х томах, том 3, под ред. Анурьева В.И., Машиностроение, Москва, 2009г.