необходимо:
разгруппировать детали, изготавливаемые на гибком производственном участке;
определить структуру и состав автоматизированной транспортно- складской системы.
Выбор типа станков, а так же их специализация по числу управляемых координат и определение количества выбранных станков в составе ГПС осуществляются на основе разработанных технологических процессов на типовые детали по следующей формуле:
(21) где – средняя станкоемкость, приходящаяся на каждый станок, мин; – средний такт выпуска деталей, мин; К – число станков по виду оборудования.
Среднюю станкоемкость находим по формуле:
∑ ,
(22)
где n = 2 – число типовых деталей; Сi = 110 мин – станкоемкость, приходящаяся на каждый станок по обработке i-го представителя типовых деталей, мин.
Средний такт выпуска деталей находим по формуле:
o исп
ср год
60Ф K
T ,
N
(23) где Ф0 – годовой фонд времени оборудования, ч (Ф0= 4025 ч); КИСП – коэффициент использования оборудования по машинному времени (КИСП= 0,85);
NГОД– годовая программа выпуска деталей, шт.
.
На участке обрабатываются детали 2-х видов. Операционное время для каждой детали и годовая программа выпуска приведены в таблице 11.
Таблица 11 – Детали, обрабатываемые на участке
Наименование детали
Годовая программа выпуска, шт
Операция
Итого 010
Комплексная с ЧПУ
005
Комплексная с ЧПУ Операционное время Tоп i, мин
Стопор 1500 34,22 6,96 41,18
Фланец 1000 22,3 15,4 38,7
Подставив получившиеся значения в формулу (21):
.
Необходимое количество оборудования для каждой операции сведено в таблицу 12.
Таблица 12 – Необходимое количество оборудования Наименование
операции
Средняя
станкоемкость, мин
Расчетное значение количества оборудования
Принятое число станков, шт 005 Комплексная на
обрабатывающем центре с ЧПУ
55 0,125 1
010 Комплексная на обрабатывающем центре с ЧПУ
11 0,08 1
Автоматическая транспортно-складская система (АТСС) в гибкой производственной системе (ГПС) должна выполнять следующие функции:
транспортировать детали от станка к станку, а также на позиции разгрузки и загрузки; оперативно пополнять накопители небольшой вместимости (приемно- передающие агрегаты, тактовые столы и др.), установленные около каждого
станка; хранение в накопителях большой вместимости (складе) межоперационные заделы деталей и автоматически транспортировать их в заданный адрес по командам от ЭВМ; транспортировать обработанные детали на позиции контроля и возвращать их для продолжения дальнейшей обработки или на позиции загрузки-разгрузки.
Максимальное число деталеустановок различных наименований (число серий), которые могут быть обработаны на комплексе в течение месяца, определим по формуле:
(24) где – месячный фонд отдачи станка, ч ( ); – число станков, входящих в ГПС; – средняя трудоемкость обработки одной деталеустановки, мин; N – средняя месячная программа выпуска деталей одного наименования.
Подставляя в (24), получим:
.
Полученное число деталеустановок определяет число ячеек в стеллаже.
Для обеспечения нормальной работы ГПС необходим запас ячеек в накопителе, равный примерно 10 % от Kнаим, поэтому принимаем .
Расчет необходимого числа позиций загрузки и разгрузки производят по формуле:
(25) где – средняя трудоемкость операций на позиции, мин; – число деталеустановок, проходящих через позицию в течение месяца, шт.; – месячный фонд времени работы позиции, ч; Фпоз= Фст = 305 ч.
(26) где N – средняя месячная программа выпуска деталей одного
наименования , шт.
Подставляя в (26), получим:
Для расчетов можно использовать следующие значения трудоемкостей операций по загрузке (tз) и разгрузке (tр) деталей: t = 5 мин; з tр = 3 мин.
Подставляя в (25), получим:
.
Необходимое число позиций контроля в ГПС рассчитывается по формуле:
(27) где t – суммарное время контроля одной деталеустановки, мин; к Kдет.к – число деталеустановок, проходящих контроль за месяц, шт.; Фпоз – месячный фонд времени работы позиции контроля, ч.
(28) где – число деталеустановок, обрабатываемых на комплексе за месяц, шт.; n – число деталеустановок, через которое деталь выводится на контроль, шт.:
(29) где n1 – плановое число деталеустановок, через которое деталь выводится на контроль по требованию технолога, шт.; n1= 5…8; k1 и k2 – поправочные коэффициенты, связанные с выводом деталей на контроль по требованию наладчика соответственно для первой деталеустановки в начале смены (k1) и сразу же после установки нового инструмента (k2); k1 = 1,15; k2= 1,05.
Подставляя в (28) и (29), получим:
,
. Время контроля одной деталеустановки:
i 2
1 k k
k
k t t ... t
t , (30) где tk1,
k2
t , ...,
ki
t – соответственно время контроля поверхностей детали после обработки на 1, 2 и т.д. i-м станках комплекса.
Для расчетов время каждого промежуточного контроля (после неполной обработки поверхностей на станках комплекса) можно принимать равным:
t =5 мин; п
время окончательного контроля всех поверхностей детали (после обработки на последнем станке комплекса):
ок к.
t =30 мин.
Подставляя в (27) и (30), получим:
.
Для дальнейшего определения числа подвижных транспортных механизмов АТСС, расчета времени перемещения заготовок, а так же определения более рационального размещения оборудования необходимо узнать примерный маршрут движения заготовок при обработке на станках ГПС. Для этого осуществим планировку станочной и складской систем комплекса.
Первый вариант расположения оборудования представлен на рисунке 64.
Рисунок 62 – Схема расположения станков
На данной схеме показано перемещение заготовок со склада заготовок роботом-штабелером в накопителе на приемо-раздаточный стол (ПРС 1), рабочий устанавливает заготовку на станок 5, после обработки снимает ее со станка и ставит на приемо-раздаточный стол 1 (ПРС1). После промежуточного контроля контролер ставит заготовку на приемо-раздаточный стол 1, далее работ-штабелер перемещает в накопители заготовку на склад. После цементации заготовки робот- штабелер перемещает заготовки в накопителе на приемо-раздаточный стол 2, робот манипулятор берет заготовку и устанавливает ее на станок 7, после обработки работ манипулятор возвращает заготовку на приемо-раздаточный стол 2. После промежуточного контроля контролер ставит заготовку на приемо- раздаточный стол 2, робот-штабелер перемещает заготовку в накопителе на склад.
После закалки заготовки робот-штабелер перемещает накопитель готовых деталей
на моечную операцию, после робот-штабелер перемещает накопитель готовых деталей на участок активного контроля для контрольной операции, откуда робот- штабелер перемещает накопитель готовых деталей на склад готовых деталей.
Для выявления всех суммарных перемещений была составлена матрица ориентировочных перемещений подвижных механизмов АТСС (таблица 13 ).
Структурная схема представляет из себя:
1) Склад (С);
2) робот-штабелер (РШ);
3) приемо-раздаточный стол (ПРС 1);
4) контрольный стол (КС);
5) промышленный робот (ПР);
6) участок автоматизированного контроля (УАК);
7) участок подготовки производства (УПП);
8) моечная машина (ММ);
9) приемо-раздаточный стол (ПРС 2);
10) приемо-раздаточный стол (ПРС 3).
Таблица 13 – Матрица перемещений подвижных механизмов АТСС (в мм) Куда
движется заготовка
Откуда движется заготовка, мм
С КШ ПРС1 СТ1 ПРС2 КС СТ2 ПРС3 ММ УАК
С - 10750 - - - - - - - -
КШ 3750 - 1250 - 2500 - - 1250 1000 1000
ПРС1 - 1250 - 1000 - - - - - -
СТ1 - - 1000 - - - - - - -
ПРС2 - 2250 - - - 2000 - - - -
КС - - - - 2000 - - - - -
СТ2 - - - - - - - 1000 - -
ПРС3 - 4250 - - - - 1000 - - -
ММ - 8000 - - - - - - - -
УАК - 1000 - - - - - - - -
Суммарное перемещение при такой компоновке ГПС – 35500 (мм).
Граф перемещений изображен на рисунке 63.
Рисунок 63 – Граф перемещений схемы первой
Второй вариант расположения оборудования представлен на рисунке 64.
Рисунок 64 – Схема расположения станков
На данной схеме показано перемещение заготовок со склада заготовок роботом-штабелером в накопителе на приемо-раздаточный стол (ПРС 1), рабочий устанавливает заготовку на станок 4, после обработки снимает ее со станка и ставит на приемо-раздаточный стол 2 (ПРС2). После промежуточного контроля контролер ставит заготовку на приемо-раздаточный стол 2, далее робокар перемещает в накопители заготовку на склад. После цементации заготовки робот- штабелер перемещает заготовки в накопителе на приемо-раздаточный стол 1, рабочий устанавливает заготовку на станок 4, после обработки снимает ее со станка и ставит на приемо-раздаточный стол 2 (ПРС2). После промежуточного контроля контролер ставит заготовку на приемо-раздаточный стол 2, далее робокар перемещает в накопители заготовку на склад. После закалки заготовки робокар перемещает накопитель готовых деталей на моечную операцию, после робокар перемещает накопитель готовых деталей на участок активного контроля для контрольной операции, откуда робокар перемещает накопитель готовых деталей на склад готовых деталей.
Для выявления всех суммарных перемещений была составлена матрица ориентировочных перемещений подвижных механизмов АТСС (таблица 14).
Структурная схема представляет из себя:
1) Склад (С);
2) робот-штабелер (РШ);
3) приемо-раздаточный стол (ПРС 1);
4) контрольный стол (КС);
5) промышленный робот (ПР);
6) участок автоматизированного контроля (УАК);
7) участок подготовки производства (УПП);
8) моечная машина (ММ);
9) робокар (Р).
Таблица 14 – Матрица перемещений подвижных механизмов АТСС (в мм) Куда
движется заготовка
Откуда движется заготовка, мм
С КШ Р ПРС1 СТ1 ПРС2 КС ММ УАК
С - 3750 - - - - - - -
КШ 3750 - 3750 - - - - - -
Р - 1250 - 1250 - 17000 - 1250 1250
ПРС1 - - 1500 - 3200 - - - -
СТ1 - - - 3200 - - - - -
ПРС2 - - 3750 - - - 2000 - -
КС - - - - - 2000 - - -
ММ - - 12250 - - - - - -
УАК - - 4250 - - - - - -
Суммарное перемещение при такой компоновке ГПС – 61650 (мм).
Граф перемещений второй схемы изображен на рисунке 65.
Рисунок 65 – Граф перемещений схемы первой
Исходя из расчѐтов выбираем первую схему расположения станков.
Робот штабелер, расположенный со стороны станков, должен передавать ящик с заготовками со стеллажа на станок, со станка на станок и со станка на стеллаж.
Рассчитаем суммарное время Tобсл работы робота со стороны станков:
60
t K
t
Tобсл Kстелст стелст стст стст
, (31) где Kстелст – число перемещений между стеллажом и станками; Kстст – число перемещений между станками; tстелст – среднее время, затрачиваемое на передачу заготовки со стеллажа на станок и обратно, мин; tстст – среднее время, затрачиваемое на передачу спутника со станка на станок, мин.
Время выполнения штабелером одной передачи спутника равно:
2 ст 1
ст ст
стел t t t
t ,. (32)
где t – время отработки кадра "Подойти и взять ящик", мин; 1 t – время 2 отработки кадра "Подойти и поставить ящик", мин.
с в. под k
1 t t t
t ,. (33)
с п. под k
2 t t t
t ,. (34) где t – время расчета и передачи кадра команды от ЭВМ в устройство ЧПУ k робокара, мин; tпод – время подхода робокара к заданной точке, мин; tв.с – время работы цикловой автоматики по выполнению команды "Взять ящик", мин; tп.с – то же "Поставить ящик", мин.
Время t колеблется в пределах k t = 1,5…10 с; время k tв.с = tп.с = 0,15…0,25 мин. Время подхода робокара к заданной точке:
y y x под x
V L V
t L , (35) где Lx и Ly – соответственно длина перемещения штабелера по осям x и y, м; Vx и Vy – соответственно скорость перемещения штабелера по осям x и y, м/мин.
Для расчетов принимаем: Vx = 60 м/мин; Vy = 6 м/мин; Lx = 3 м; Ly = 1 м.
Подставляя получим:
Рассчитав суммарное время обслуживания станков, определим число роботов штабелеров для выполнения этой работы:
Ф 60 K T
ш обсл
шт1 , (36) где Ф – фонд работы штабелера, ч. ш
Подставляя получим:
Для выполнения работы по перемещению заготовок и готовых деталей требуется один робот штабелер.
4.3 Выбор оборудования для функционирования автоматизированной системы
Для установки и базирования заготовки на станке подходит робот KAWASAKI RS05N (рисунок 66). Характеристики промышленного робота представлены в таблице 15.
Рисунок 66 – Промышленный робот KAWASAKI FS10SC Таблица 15 – Характеристики промышленного робота KAWASAKI RS05N
Максимальная грузоподъемность, кг 10
Число степеней свободы 6
Рабочая зона действия, мм 1102/1432
Окончание таблицы 15
Точность позиционирования, мм ±0,05
Масса робота, кг 110
Особенности и преимущества ПР:
1) высокие угловые скорости осей;
2) высокая производительность при перемещении заготовок;
3) внутренний кабельный пакет делает робота чрезвычайно простым в эксплуатации и обслуживании;
4) отсутствие риска контакта кабелей с внутренними частями обслуживаемого станка.
Схват промышленного робота с деталью представлен на рисунке 67.
Рисунок 67 – Схват промышленного робота KAWASAKI FS10SC