РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Участок инструментальной подготовки автоматизированного производства включает в себя, как правило, две секции [5]: секцию сборки и настройки инструмента и секцию обслуживания инструментом рабочих мест (встречается определение как инструментально-раздаточная кладовая (ИРК)).

Секция сборки и настройки инструментов предназначена для сборки и настройки комплектов инструментов, а также передачи настроенного инструментов в секцию обслуживания инструментами рабочих мест (ИРК).

Секция обслуживания инструментами предназначена для своевременного обеспечения производственных участков настроенными инструментами в соответствии с производственной программой. В состав секции входят:

− участок хранения и комплектации инструментов;

− участок доставки инструмента к рабочим местам;

− участок разборки отработавшего инструмента.

Остальные функции системы инструментообеспечения, такие как восстановление (заточка) инструмента, ремонт вспомогательной оснастки и др., входят в задачи служб централизованного инструментального склада (ЦИС).

Расчет и построение участков инструментального обеспечения производится исходя из потребного числа оборотного фонда инструментов производственных участков по выполнению производственной программы цехом.

Расчет величины оборотного фонда инструментов.При построении системы инструментообеспечения автоматизированных производственных участков за основу принята система централизованного обеспечения технологического оборудования комплектами заранее настроенных инструментов в соответствии с производственной программой выпуска, а также выполнение всех вышеуказанных функций системы инструментообеспечения.

Номенклатуру режущего инструмента устанавливают исходя из разработанных технологических процессов изготовления изделий, а их количество определяют следующим образом.

Минимальную величину оборотного фонда режущего инструмента Нф каждого типоразмера определяют по формуле [5]: Нф = И1 + И2 + И3, где И1 – число комплектов инструмента на рабочем месте, шт.; И2 – число комплектов на восстановлении и настройке, шт.; И3 – страховой запас в системе инструментообеспечения, шт.

В страховом запасе наибольшее количество составляет инструмент с малой стойкостью (метчики, развертки и т.д.).

Минимальный оборотный фонд определяют по нормативам в зависимости от числа замен за смену и одновременно работающих инструментов. Для роботизированного производства минимальный оборотный фонд может быть определен по табл. 4.3 [5].

Максимальный оборотный фонд инструмента Н = Нф + Нн, где Нн – норма расхода инструмента за выбранный промежуток времени, шт.

Оборотный фонд вспомогательного инструмента устанавливают из расчета два комплекта в секции обслуживания, два комплекта настроенного инструмента на каждый станок.

В поточном производстве принимают декадную норму расхода инструмента (на 10 дней), которую определяют по «точной» программе выпуска на основании технологических процессов, разработанных для изделий всех наименований. Из общего времени технологического процесса выявляют время формообразования каждым типоразмером инструмента и определяют декадную норму расхода следующим образом: Нн = Тс.ф / Тд, где Тс.ф – суммарное время формообразования данным типоразмером инструмента всех деталей за декаду, ч; Тд – действительное время службы данного типоразмера инструмента (С учетом всех возможных повторных заточек), ч.

Продолжительность (ч) работы повторно затачиваемого инструмента определяют в следующем порядке. Делением длины рабочей части инструмента L (мм) на величину допустимого стачивания l (мм) рабочей части

4.3. Минимальный оборотный фонд инструмента, шт./смену [5, с. 208]

инструмента за одну повторную заточку получают возможное число повторных заточек инструмента до полного использования его рабочей части: m = L / l. Далее, умножив время Т допустимой работы инструмента без повторной заточки (т.е. принятую стойкость) на число повторных заточек инструмента до полного использования его рабочей части и прибавив к этому произведению время работы до первой заточки, получают расчетное время работы инструмента Tр: Тp = T(m+1) . При определении действительного времени Тд (ч) работы инструмента для учета случайных поломок вводят коэффициент η: Тд = Tpη , где η – коэффициент запаса по убыли и составляет η = 1,05…1,10 [5].

В роботизированном производстве, как уже указывалось, принимают месячную норму расхода инструмента из расчета 40 рабочих смен (305 ч), которую определяют по каждому виду инструмента по нормативам табл. 4.3, а величину нормы расхода принимают Нн = 1 по каждому типоразмеру инструмента для каждой смены.

Таким образом, величина месячного оборотного фонда инструмента HK по каждому станку в ГПС составит:

(4.7)

где Hij – оборотный фонд j-го вида инструмента по обработке i-й детали; p – число инструментов (инструментальных блоков) по обработке i-й детали; m – количество деталей разного наименования (номенклатура), проходящих обработку на станке рассматриваемого типоразмера.

Величину месячного оборотного фонда каждой инструментальной наладки Hij принимают по нормативам (табл. 4.3) с учетом одной дополнительной наладки по каждому виду инструмента, т.е.

Hij = (Kij +1) , (4.8)

где Kij – нормативное значение оборотного фонда инструмента (инструментальных блоков) из табл. 4.3, шт./смену.

Суммарный оборотный фонд инструмента для всего станочного комплекса ГПС в месяц составит:

, (4.9)

где n – принятое число станков в станочном комплексе ГПС.

П р и м е р. Определить суммарный оборотный фонд инструмента по станочному комплексу ГПС, состоящему из n = 5 станков. На каждом из станков обрабатывается m = 10 наименований деталей, требующих для обработки по p = 7 разных инструментальных блоков (инструментов) со средним периодом стойкости Т = 60 мин, с нормой пребывания на переточке и наладке (восстановлении) 4 ч.

Р е ш е н и е .По табл. 4.3 и по формуле (4.8) находим величину оборотного фонда j-го вида инструмента за 1 смену:

Hij = (10 +1) = 11 инструментов/смену .

По формуле (4.7) находим величину оборотного фонда инструмента за месяц по каждому типоразмеру Ki станков:

инструментов/станок

По формуле (4.9) находим величину суммарного оборотного фонда, потребного для обработки месячной производственной программы обработки деталей на ГПС:

Доставка и установка режущего инструмента в станках токарной группы осуществляется в основном транспортными рабочими. При автоматической доставке инструментальный блок на рабочую позицию поступает в таре в строго фиксированном положении. Промышленный робот берет блок из тары и укладывает на промежуточный стол. Затем снимает его со станка и помещает в тару. После этого берет новый блок с промежуточного стола и устанавливает его на рабочее место. Правильность положения закрепленного инструментального блока контролируется системой управления станком. Извлеченный из станка блок отправляется в унифицированной таре в отделение разборки инструмента транспортной системой цеха или рабочим.

Проектирование секции сборки и настройки инструмента.Основные настроечные размеры инструментов для станков токарной группы, осуществляемые вне станка на специальных приборах в секции сборки и настройки инструментов, показаны на рис. 4.6.

Автоматическое обеспечение размера R обтачиваемой шейки вала 1 по рис. 4.6, а осуществляется вследствие взаимодействия следующих размеров (звеньев размерной цепи): размера Aн – настроечного размера резца 2, осуществляемого вне станка на специальном приборе для настройки; размера A1 – от оси револьверной головки 3 до оси заготовки, обеспечиваемого системой ЧПУ станка и установочного, обеспечиваемого конструктивно, размера A2 .

При сверлении и растачивании внутренних поверхностей по рис 4.6, б, настроечными размерами, осуществляемыми вне станка, являются в первом случае длина вылета сверла 4 Lн1 относительно базового торца оправки 5. При растачивании отверстий оправками необходимо выдержать два настроечных размера: Lн2 – расстояние вершины расточного резца 6 относительно базового торца оправки 5 и вылета резца R относительно оси оправки для обеспечения заданного размера растачиваемого отверстия. Эти размеры необходимо знать при программировании перемещений узлов станка.

Рис. 4.6. Настроечные размеры резцовых блоков (а), сверл и расточных оправок (б) при обработке на станках с ЧПУ токарной группы

Для размерной настройки режущего инструмента для станков токарной группы используются в основном оптические приборы горизонтального исполнения мод. 2010, 2010ПН-50. Примерная планировка рабочего места слесаряинструментальщика по настройке инструмента на приборе мод. 2010 показана на рис. 4.7.

Кроме приборов для настройки режущего инструмента секцию сборки и настройки инструмента оснащают стеллажами для хранения инструмента и технической документации, контрольными плитами, дисплеями связи с ЭВМ системы инструментообеспечения и др.

Комплектацию, расчеты и проектирование участка инструментальной подготовки ведут согласно типовым нормам проектирования [10].

Рис. 4.7. Планировка рабочего места слесаря-инструментальщика по настройке режущего инструмента:

1 – стол-тумбочка под прибор мод. 2010;

2 – прибор для настройки инструмента со световым экраном;

3 – тележка для доставки инструментов;

4 – тележка со сменной инструментальной оснасткой

Число приборов для настройки инструментов определяют по формуле:

, (4.10)

где Nc – число обслуживаемых станков; nсм – число инструментов, которые требуется настроить за смену на один станок; tн – среднестатистическая норма времени настройки одного режущего инструмента (можно принимать tн = 5 мин); Фсм – время одной рабочей смены, Фсм = 8 ч; Kз – коэффициент загрузки прибора, Kз = 0,8; Kа – коэффициент, учитывающий возможность автоматизации настройки на самом станке, Kа = 0,5.

Число слесарей-инструментальщиков по настройке инструментов

, (4.11)

где Fд – эффективный (действительный) годовой фонд времени работы прибора, Fд = 2050 ч; Фр – эффективный годовой фонд времени работы слесаря-инструментальщика, Фр = 1820 ч.

Площадь, необходимая для настройщиков инструментов

Fн = Nп fн , (4.12)

где fн – удельная площадь для настройки одного прибора, fн = 10 м2.

П р и м е р .Определить число приборов для настройки, число слесарей-инструментальщиков и площадь секции сборки и настройки инструментов для ГПС, состоящий из Nc = 7 станков, с пятью разными инструментами в каждом станке, необходимыми для обработки партии деталей.

Р е ш е н и е .По табл. 4.3 и формуле (4.8) находим величину оборотного фонда инструмента за смену для каждого станка.

nсм = 10 ⋅ 5 = 50 инструментов/смену.

По формуле (4.10) находим число приборов для настройки:

По формуле (4.11) находим число слесарей-инструментальщиков:

По формуле (4.12) находим площадь для настройки инструментов:

Fн = 3⋅10 = 30 м2.

Проектирование секции обслуживания инструментов рабочих мест (ИРК). Участок хранения и комплектования инструментов и технической документации.На участке хранения и комплектования инструментов и технической документации осуществляются следующие работы: получение инструмента и технической документации к нему из ЦИСа; поддерживание оборотного фонда в пределах от минимального до максимального; подбор режущих, вспомогательных, измерительных инструментов, технической документации согласно заданиям на настройку; доставка подобранных инструментов, карт настройки, заданий на настройку в секцию сборки и наладки.

Комплекс работ по подготовке комплектов инструмента выдается ЭВМ системы инструментообеспечения, работающей во взаимосвязи с автоматизированной системой управления технологической подготовкой производства (АСУ ТП).

Все инструменты, составляющие месячный оборот, размещаются в роботизированных складских комплексах, в состав которых входят (рис. 4.8): секционный стеллаж 1, как правило, бесполочного типа, автоматический стеллажный кран-штабелер (складской робот) 2 с подвижной кареткой 3 и перегрузочное устройство 4 для приема и выдачи поддонов 5.

Инструменты хранятся в унифицированных ящичных металлических поддонах, как правило, размерами 300 × 400 × 200 мм, где они располагаются в порядке возрастания размеров. Для каждой группы инструментов выделяется определенное количество ячеек. Количество секций определяется емкостью хранения инструментов.

Рис. 4.8. Схема автоматизированного складского комплекса РСК-50-03 с краном-штабелером. Грузоподъемность 50 кг

Необходимое количество единиц тары Zт i для хранения месячного запаса инструмента определяется по формуле

Zт i = Qi / Cт i, (4.13)

где Qi – грузопоток i-й группы инструмента, кг; Cт i – средняя грузоподъемность тары, кг.

В свою очередь

, (4.14)

где qi max – максимальная грузоподъемность, допускаемая выбранным типом тары или допускаемой грузоподъемностью выбранного типа складского транспортного робота (крана-штабелера), кг; Kт i – коэффициент использования тары по грузоподъемности. В зависимости от

плотности укладки грузов Kт i = 0,2…0,85.

Таким образом, число единиц тары по хранению i-го вида инструмента может быть представлено следующим выражением:

, (4.15)

где mi – масса единицы i-го вида инструмента, кг; ni – число инструмента i-го вида, допускаемого максимальной грузоподъемностью тары.

Отсюда количество секций автоматизированного склада составит

, (4.16)

где m – число групп инструментов, разных по назначение (резцы, сверла, расточные блоки и др.); Z – число рабочих ярусов (единиц тары) по высоте склада.

Площадь, занимаемая автоматизированным складом, Fи1 определяется габаритными размерами принятой модели и исполнения комплекса

Fи1 = BL, (4.17)

где B – ширина комплекса (см. рис. 4.8), м; L – длина комплекса, м.

В табл. 4.4 приведены технические характеристики секционных роботизированных складских комплексов с кранами-штабелерами, применяемые в ГПС. В состав одной секции склада входят два бесполочных клеточных стеллажа, кран-штабелер и перегрузочные устройства для приема и выдачи поддонов (см. рис. 4.8).

П р и м е р .Определить число единиц тары для хранения месячного фонда инструмента, рассчитать основные параметры и выбратьтип автоматизированного складского комплекса для ГПС,.

Р е ш е н и е .Выбираем по табл. 4.4 модель складского комплекса типа РСК-50 с максимальной грузоподъемностью робота qi max =50 кг.