Transcript Struktura procesu technologicznego

Projektowanie w systemach CAD/CAM i programowanie obrabiarek CNC
PROJEKTOWANIE PROCESÓW
TECHNOLOGICZNYCH
dr inż. Tadeusz Rudaś
Instytut Technologii Maszyn PW
Proces technologiczny – podstawowa część procesu produkcyjnego
obejmująca działania mające na celu uzyskanie żądanych kształtów,
wymiarów i właściwości przedmiotów pracy lub ustalenie wzajemnych
położeń części lub zespołów w wyrobie.
stan końcowy
przedmiotu pracy
stan początkowy
przedmiotu pracy
Projektowanie procesów
technologicznych
2
operacja technologiczna
S0
S1
S2
operacja 10
...
Sk
operacja k0
Projektowanie procesów
technologicznych
3
operacja technologiczna – część procesu technologicznego
wykonywana na jednym stanowisku roboczym na jednym przedmiocie
(lub grupie przedmiotów) bez przerw na inną pracę
zabieg technologiczny – część operacji technologicznej realizowana
przy pomocy tych samych środków technologicznych i przy
niezmienionych parametrach obróbki, ustawieniu i zamocowaniu
przejście – część zabiegu, podczas której zdejmowana jest jedna
warstwa materiału
Projektowanie procesów
technologicznych
4
Uszeregowanie prac związanych z projektowaniem procesu technologicznego
1)
analiza danych wejściowych (konstrukcyjnych i technologicznych)
2)
wybór półfabrykatu, sposobu jego wykonania, określenie naddatków na obróbkę
3)
określenie wstępnego planu operacyjnego
4)
wybór baz obróbkowych
5)
opracowanie operacji technologicznych:

wybór środków technologicznych (obrabiarek i pomocy warsztatowych)

określenie naddatków i wymiarów obróbkowych

określenie liczby i kolejności przejść

wybór parametrów obróbki
6)
określenie normy czasu dla poszczególnych operacji, liczby obrabiarek i
robotników potrzebnych do realizacji procesu
7)
analiza ekonomiczna procesu technologicznego
8)
ostateczne opracowanie planu operacyjnego
9)
wykonanie dokumentacji technologicznej
Projektowanie procesów
technologicznych
5
Toczyć
a
Toczyć na wym. A
Przejście 1-sze
30
Toczyć
b
Toczyć na wym. B
Przejście 2-gie
...
..............................
c
Toczyć na wym. C
......................
...
..............................
Obróbka cieplna
Możliwości inwestycyjne
Terminy uruchom. prod.
Materiał, półfabrykat
Park obrab. i urządz.
Wykonawstwo oprzyrząd.
specjalnego
Obsada personalna
Obróbka kształt.
Program produkcji
...
..............................
...
..............................
...
..............................
Bazowanie
Obrabiarka
Obróbka cieplna
Obróbka wykańcz.
Informacje wejściowe
Poziom cen
...
..............................
...
..............................
...
..............................
Narzędzia
normalne
Przyrz. i Uchwyt.
specjalizowane
Narz. pomiarowe
specjalne
tpz + tj
Organiz. obróbki
Obsada
Koszty
Opłacalność
Część gotowa
Projektowanie procesów
technologicznych
6
param. obrób.
20
chropowatość
Frezować i nawiercać
tolerancje
Wskaźniki techn.-ekonom.
10
wymiary
Rys. konstrukcyjny
Obróbka zgrubna
Materiały, półfabrykaty
Analiza cech konstrukcyjnych
analiza funkcji powierzchni
analiza wymiarowania
analiza dokładności (tolerancji, pasowań,
chropowatości)
Analiza cech technologicznych
(technologiczność konstrukcji)
normalizacja, unifikacja, typizacja
części i zespołów
właściwy wybór materiałów,
zaprojektowanie półfabrykatów oraz
określenie sposobów ich wykonania
zmniejszenie pracochłonności i kosztu
obróbki
Projektowanie procesów
technologicznych
7
cecha
rodzaje produkcji
jednostkowa
seryjna
masowa
powtarzalność w
czasie
brak
serie wyrobów w
określonych
odstępach czasu
stałe wykonywanie
określonego wyrobu
liczba operacji
wykonywanych na
stanowisku pracy
wiele (na ogół
wielozabiegowych)
kilka do kilkunastu
jedna
maszyny i urządzenia
technologiczne
ogólnego
przeznaczenia
ogólnego
przeznaczenia,
specjalizowane i
specjalne
głównie specjalne
pomoce warsztatowe
uniwersalne
(katalogowe)
uniwersalne,
specjalne
głównie specjalne
ustawienie obrabiarek
grupowe wg typów
obrabiarek
gniazda, częściowo
wg operacji
wg operacji (gniazda
lub linie)
półfabrykaty
cięte materiały
hutnicze, profile z
blachy ciętej
palnikiem, znaczne
naddatki na obróbkę
Projektowanie procesów
technologicznych
dokładne półfabrykaty
kształtem zbliżone do
gotowej części
8
cecha
rodzaje produkcji
jednostkowa
seryjna
masowa
przepływ
materiałów i
półfabrykatów
rozdzielnia robót –
stanowisko pracy rozdzielnia
kwalifikacje
robotników
wysokie
różne, znaczny
procent
pracowników
przyuczonych
niskie pracowników
produkcyjnych, wysokie
ustawiaczy i służb
pomocniczych
udział pracy
ręcznej
duży (zwłaszcza
montaż, trasowanie,
dopasowywanie)
ograniczony do
niezbędnego
minimum
prawoie całkowite
wyeliminowanie pracy
ręcznej
dokumentacja
technologiczna
rysunek
wykonawczy i karta
technologiczna
(przewodnik)
karta
technologiczna,
karty instrukcyjne
ważniejszych
operacji
bardzo szczegółowa
od stanowiska do
stanowiska (bez
magazynów
międzyoperacyjnych)
Projektowanie procesów
technologicznych
9
Określenie planu operacyjnego
Struktura procesu technologicznego – określony porządek w
ustalaniu kolejności operacji
Stopnie obróbki:
I.
obróbka zgrubna – zadanie: usunięcie całego nadmiaru materiału,
mniej istotne zwiększenie dokładności
II.
obróbka kształtująca – zadanie: nadanie przedmiotowi
wymiarów i kształtów
III.
obróbka wykańczająca – zadanie: uzyskanie wysokiej
dokładności lub (i) jakości warstwy wierzchniej
IV.
obróbka dokładnościowa lub powierzchniowa (w razie potrzeby)
Projektowanie procesów
technologicznych
10
Określenie planu operacyjnego
Przesłanki podziału procesu technologicznego na stopnie
obróbki:
obróbka zgrubna wiąże się z intensywnym procesem skrawania (siły,
ciepło) – stąd znaczne błędy wskutek odkształceń układu OUPN,
zmiany własności warstwy wierzchniej
po zdjęciu zewnętrznej warstwy materiału następuje intensywne
wyzwalanie naprężeń wewnętrznych, co daje odkształcenia PO
możliwość doboru najbardziej odpowiednich obrabiarek (do obróbki
zgrubnej obrabiarki mniej dokładne o dużej mocy, bardziej zużyte)
możliwość racjonalnego wykorzystania kwalifikacji robotników
(obróbka zgrubna – niższe kwalifikacje)
Projektowanie procesów
technologicznych
11
Struktura procesu technologicznego
stopień
obróbki
dokładność i
chropowatość
(orientacyjnie)
przygotowanie
baz
obróbkowych
obróbka
powierzchni
podstawowych
I
do IT12
do Ra=25
obróbka baz do
następnych
operacji
obróbka zgrubna
powierzchni
podstawowych
II
IT9 – IT11
Ra = 3.2-12.5
jeśli stały się
mniej dokładne
np. po OC
obróbka
kształtująca
powierzchni
podstawowych
III
IT5 – IT8
Ra=1.6 lub
mniej
jeśli była OC,
ew. uchwyty o
większej
dokładności
ustalenia
obróbka
wykańczająca
powierzchni
podstawowych
(funkcjonalnych)
Projektowanie procesów
technologicznych
obróbka
powierzchni
drugorzędnych
KT
OC
*
*
obróbka
powierzchni
drugorzędnych
*
*
sporadycznie
(szlifowanie
wielowypustów,
gwintów)
KT
ost
ate
czn
a
*
12
Struktura procesu technologicznego
obr. pow. kształtowych:
zębów, wielowypustów,
roztaczanie otworów
osiowych
stopień
obróbki
dokładność i
chropowatość
(orientacyjnie)
przygotowanie
baz
obróbkowych
obróbka
powierzchni
podstawowych
I
do IT12
do Ra=20
obróbka
baz do
obcinanie,
następnych
obróbka czół,
operacji
wykonanie
nakiełków
obróbka
toczeniezgrubna
zgrub
powierzchni
ne, wiercenie
podstawowych
głębokiego
otworu
II
IT9 – IT11
Ra = 2,5-10
jeśli
stały się
poprawianie
mniej
dokładne
nakiełków,
jeśli
np.
po rozbiciu
OC
uległy
obróbka
toczenie
kształtująca
kształtujące,
powierzchni
szlifowanie
podstawowych
zgr. „szyjek”
obróbka
otwory o
powierzchni
małych średn.,
drugorzędnych
gwinty, rowki
obróbka
szlifowanie
wykańczająca
zgrubne i
powierzchni
wykańcz. pow.
podstawowych
zewn. i wewn.
(funkcjonalnych)
sporadycznie
sporadycznie
(szlifowanie
(szlifowanie
wielowypustów,
wielowypustó
gwintów)
w, gwintów)
III
IT5 – IT8
Ra=1.6 lub
mniej
jeśli była OC,
poprawianie
ew.
uchwyty o
nakiełków
większej po
obróbce
dokładności
cieplnej
ustalenia
Projektowanie procesów
technologicznych
obróbka
powierzchni
drugorzędnych
KT
OC
*
*
*
*
ha
rto
wa
nie
KT
KT
ost
ost
ate
ate
czn
aa
*
wpustowe
13
W każdej operacji i zabiegu przedmiot powinien
zajmować ściśle określone położenie.
Zagadnieniami tymi zajmuje się w technologii teoria
bazowania.
bazowanie – nadanie przedmiotowi pracy określonego położenia
wymaganego dla wykonania operacji technologicznej poprzez odebranie
koniecznej liczby stopni swobody
zamocowanie – przyłożenie sił i momentów sił do przedmiotu pracy dla
zapewnienia stałości (niezmienności) jego położenia podczas wykonywania
danej operacji technologicznej
baza – powierzchnia, linia lub punkt przedmiotu pracy, względem których położenie
rozpatrywanego innego punktu, linii lub powierzchni jest określone w sposób
bezpośredni
Projektowanie procesów
technologicznych
14
Z
stopnie swobody bryły
sztywnej
B
C
A
Y
X
Projektowanie procesów
technologicznych
15
ile stopni swobody należy odebrać ?
Projektowanie procesów
technologicznych
16
ile stopni swobody należy odebrać ?
Projektowanie procesów
technologicznych
17
bazy
konstrukcyjne
produkcyjne
właściwe
zastępcze
technologiczne
montażowe
stykowe
główna
kontrolne
obróbkowe
nastawcze
sprzężone
pomocnicze
Projektowanie procesów
technologicznych
18
baza stykowa – baza obróbkowa, która styka się z odpowiednimi
elementami obrabiarki, uchwytu lub narzędzia
ustalenie – bazowanie polegające na zetknięciu baz stykowych
przedmiotu pracy z odpowiednimi elementami uchwytu lub
obrabiarki (elementami ustalającymi)
ustawienie – odebranie przedmiotowi pracy wszystkich stopni
swobody. Ustawienie obejmuje ustalenie przedmiotu pracy oraz
zetknięcie go z elementami oporowymi uchwytu
Projektowanie procesów
technologicznych
19
baza nastawcza – baza obróbkowa, której położenie nastawia się
względem odpowiednich elementów obrabiarki, uchwytu lub narzędzia
Projektowanie procesów
technologicznych
20
baza sprzężona – baza obróbkowa, gdy przy tym samym położeniu
przedmiotu obrabianego względem odpowiednich elementów
obrabiarki lub uchwytu wykonuje się zarówno tę bazę, jak i
rozpatrywaną powierzchnię tak, żeby ich wzajemne położenie zależne
było jedynie od położenia wykonujących je narzędzi
Projektowanie procesów
technologicznych
21
oznaczenia elementów ustalających i mocujących
nazwa elementu
oznaczenie
widok z boku
widok z góry
widok z dołu
podpora stała
podpora
ruchoma
podpora
regulowana
podpora
samonastawna
podpora
wahliwa
podpora
podwójna
sprzężona
Projektowanie procesów
technologicznych
22
oznaczenia kłów, uchwytów, zabieraków
nazwa
oznaczenie
objaśnienia
kieł stały
znak zwrócony ostrzem w stronę
przedmiotu oznacza kieł zewnętrzny
znak zwrócony ostrzem od przedmiotu
oznacza kieł wewnętrzny
kieł
obrotowy
znak zwrócony ostrzem w stronę
przedmiotu oznacza kieł zewnętrzny
znak zwrócony ostrzem od przedmiotu
oznacza kieł wewnętrzny
kieł
samonastaw
ny
znak zwrócony ostrzem w stronę
przedmiotu oznacza kieł zewnętrzny
znak zwrócony ostrzem od przedmiotu
oznacza kieł wewnętrzny
zabierak
stały
tokarski szlifierski, prosty, hakowy,
ramkowy
zabierak
samozaciskaj
ący, zabierak
czołowy
znak postawiony na powierzchni
walcowej – zabierak samozaciskający
znak postawiony na powierzchni czołowej
– zabierak czołowy
Projektowanie procesów
technologicznych
23
oznaczenia uchwytów, trzpieni, tulei
nazwa
uchwyty
szczękow
e
uchwyt z
elementami
ustalajacozamocow.
trzpień
stały, kołek
pełny,
tuleja stała,
oznaczenie
n
n
γ n
γ
objaśnienia
n – liczba szczęk uchwytu
koło wokół liczby szczęk – szczęki przetoczone lub
przeszlifowane
γ – rodzaj napędu uchwytu (P – pneumatyczny, H –
hydrauliczny, E – elektryczny)
znak umieszczony na powierzchni zewnętrznej
przedmiotu – tuleja zaciskowa
znak umieszczony na powierzchni wewnętrznej
przedmiotu – trzpień rozprężny (sprężysty,
rozsuwny)
znak umieszczony na powierzchni zewnętrznej
przedmiotu – tuleja stała
znak umieszczony na powierzchni wewnętrznej
przedmiotu (otworze) – trzpień stały, kołek pełny
Projektowanie procesów
technologicznych
24
nazwa
oznaczenie
uchwyt
magnetyczny
oznaczenie
nazwa elementu
widok z boku, z
przodu z tyłu
widok z góry
widok z dołu
docisk
Projektowanie procesów
technologicznych
25
kształty powierzchni roboczych podpór i docisków
kształt
oznaczenie
przykłady
płaski
kulisty
walcowy
pryzmowy
stożkowy
rowkowany,
gwintowy,
wielowypustowy
Projektowanie procesów
technologicznych
26
Analiza tolerancji w
projektowaniu procesów
technologicznych
B=f(A1,A2,…,An)
n
B
TB = Σ Ai TAi
i=1
x1
15±0.05 = 40-0.05 – X x2
Dla łańcuchów równoległych
n
TB = Σ TAi
i=1
Projektowanie procesów
technologicznych
27
x1
15±0.05 = 40-0.05 – X x2
15 = 40 – X
X = 25
0.05 = 0 – x2
x2 = -0.05
-0.05 = -0.05 – x1
x1 = 0
x1
15±0.05 = 40-0.1 – Xx2
15 = 40 – X
X = 25
0.05 = 0 – x2
x2 = -0.05
-0.05 = -0.1 – x1
x1 = -0.05
Projektowanie procesów
technologicznych
28
zastosowanie norm czasu pracy:
 planowanie produkcji (potrzebna znajomość wskaźnika wykonania
normy)
 wynagradzanie pracowników
 obliczanie przewidywanego kosztu wyrobu
normalne warunki pracy:
 poprawny wybór obrabiarki i jej wyposażenia
 zgodność właściwości materiału obrabianego z wymaganiami rysunku
 właściwa wielkość naddatków na obróbkę
 zastosowanie najbardziej dogodnych sposobów obróbki
 odpowiednie kwalifikacje robotnika do danej pracy
 właściwa organizacja pracy i obsługi stanowiska roboczego
Projektowanie procesów
technologicznych
29
norma czasu t
t = tpz/n + tg + tp + to + tf
t = tpz/n + (tg + tp)(1 + ku)
tpz
tj
tw
tg
tu
tp
to
too
tf
tot
tfo
Projektowanie procesów
technologicznych
tfn
30
Obliczanie czasu głównego
tg = (l+ld+lw)/(f n)
ld = d ctgκr /2 +(0.5-2)mm
ae
lw = 0.5–3 mm
ld =
ae (d - ae) +(1-2)mm
lw = (2-5) mm
Projektowanie procesów
technologicznych
31
Programowanie obróbki – CAD/CAM
W raportach generowanych
przez oprogramowanie
CAD/CAM występuje czas
obróbki zawierający czas
główny oraz te składniki
czasu pomocniczego, które
wykonywane są
automatycznie przez
obrabiarkę
Projektowanie procesów
technologicznych
32
Obliczanie kosztów dla potrzeb porównania procesów
Kw = M + ΣRzi + B + Ks +ΣKutji + Kog
Kw – koszt własny wyrobu
M – koszt materiałów bezpośrednich na 1 szt.
n – liczba operacji składających się na proces technologiczny
Rzi – koszt robocizny bezpośredniej na 1 szt. w operacji i
B – straty spowodowane brakami
Ks – koszty przygotowania produkcji
Ku – koszt pracy stanowiska w ciągu godziny
tji – czas jednostkowy operacji i
Kog – koszty ogólnozakładowe
Projektowanie procesów
technologicznych
33
Ku = KN + Kn + Kr + Km +
Ka+Kb+Kst+Ke+Kc+Kp+Kwd
h
KN – zużycie narzędzi na 1 godzinę
pracy
Kst – koszt wyposażenia stanowiska
pracy (w ciągu roku)
Kn – koszt napędu obrabiarki na 1
godzinę pracy
Ke – koszt oświetlenia (w ciągu
roku)
Kr – koszt remontów na 1 godzinę
pracy
Kc – koszt ogrzewania (energii
cieplnej) w ciągu roku
Km – koszt materiałów
pomocniczych i konserwacji na 1
godzinę pracy
Kp – koszt eksploatacji pomocy
warsztatowych (bez narzędzi) w
ciągu roku
Ka – koszt amortyzacji maszyn i
urządzeń
Kwd – pozostałe koszty wydziałowe
w stosunku rocznym
Kb – koszt amortyzacji budynku
h – liczba godzin pracy danego
stanowiska w ciągu roku
Projektowanie procesów
technologicznych
34
Obliczanie wybranych składników kosztu własnego
Rz = (tjS0 + tpzSu)Nr
tj – czas jednostkowy
tpz – czas przygotowawczozakończeniowy na 1 szt.
So – stawka godzinowa
robotnika - operatora
Su – stawka godzinowa
ustawiacza
Nr – narzuty na robociznę
(ubezpieczenia, premie,
nagrody, urlopy, dodatki,
fundusz socjalny)
Ks=tTCT+KPWI+KNI
tT – czas projektowania procesu
technologicznego i opracowania
programów obróbki na obrabiarki
sterowane numerycznie
CT – koszt jednostkowy pracy
biura technologicznego
KPWI – koszt inwestycyjny
przyrządów i uchwytów
specjalnych
KNI – koszt inwestycyjny narzędzi
Projektowanie procesów
technologicznych
35
Koszt pracy narzędzi – narzędzia jednolite
KN = (Knp+nosKns) tgi/ [T (nos+1)tji]
Knp – wartość nowego narzędzia
nos – liczba ostrzeń
Kns – koszt jednego ostrzenia
T – ekonomiczny okres trwałości ostrza w godzinach
tgi – czas główny
tji – czas jednostkowy
Koszt pracy narzędzi – narzędzia składane
KN = (Knp+m k KPS) tgi/ [T m k tji]
Knp – wartość nowego narzędzia
nos – liczba ostrzeń
KPS – koszt kompletu płytek skrawających
k – liczba ostrzy w płytce skrawającej
m – liczba kompletów płytek wykorzystywana w całym okresie eksploatacji narzędzia
Projektowanie procesów
technologicznych
36
Koszt realizacji produkcji (roczny)
K=Ks+nKz
Ks – koszty stałe (niezależne od
wielkości produkcji)
Kz – koszty zmienne (zależne od
wielkości produkcji)
N – wielkość produkcji
Koszt jednostkowy
produkcji(koszt własny)
Kw=Kz+Ks/n
Projektowanie procesów
technologicznych
37
Porównanie wariantów procesu
Projektowanie procesów
technologicznych
38
osiągane tolerancje, mm
zakres wymiarów, mm
0-15
0.003
0.005
0.008
0.013
0.02
0.031
0.051
0.08
15-25
0.004
0.0065
0.01
0.015
0.025
0.038
0.064
0.1
25-38
0.005
0.008
0.013
0.02
0.031
0.051
0.08
0.13
38-70
0.0065
0.01
0.015
0.025
0.038
0.064
0.1
0.15
70-115
0.008
0.013
0.02
0.031
0.051
0.08
0.13
0.2
115-200
0.01
0.015
0.025
0.038
0.064
0.1
0.15
0.25
200-350
0.013
0.02
0.031
0.051
0.08
0.13
0.2
0.3
350-500
0.015
0.025
0.038
0.064
0.1
0.15
0.25
0.38
3
4
5-6
7
8
9
10
11
docieranie i gładzenie
szlifowanie, toczenie
diamentem
przeciąganie
rozwiercanie
toczenie, wytaczanie
frezowanie
wiercenie
IT (orientacyjnie)
wg R.Bakerijan: Tool and Manufacturing Engineer's Handbook, Vol.VI, Chapter 11, 1992
Projektowanie procesów
technologicznych
39
toczenie
wytaczanie
frezowanie
wiercenie
rozwiercanie
przeciąganie
toczenie/wytaczanie
diamentem
szlifowanie dokładne
docieranie i gładzenie
6.4
3.2
1.6
0.8
0.4
0.2
0.1
0.05
wg R.Bakerijan: Tool and Manufacturing Engineer's Handbook, Vol.VI, Chapter 11, 1992
Projektowanie procesów
technologicznych
40
dokumentacja technologiczna – zbiór
dokumentów zawierający informacje
potrzebne do realizacji procesu
technologicznego
dokumenty główne:
karta technologiczna
instrukcja technologiczna
program obróbki technologicznej (CNC)
karta normowania czasu pracy
wykaz pomocy warsztatowych
karta normowania materiału
Projektowanie procesów
technologicznych
41
karta technologiczna (dotyczy całego procesu technologicznego)
Projektowanie procesów
technologicznych
42
instrukcja technologiczna (dotyczy operacji technologicznej)
Projektowanie procesów
technologicznych
43
instrukcja technologiczna (szkic obróbkowy)
Projektowanie procesów
technologicznych
44
Wykorzystanie oprogramowania SolidWorks do
tworzenia graficznej dokumentacji technologicznej
Projektowanie procesów
technologicznych
45
Automatyzacja projektowania procesów technologicznych
Metoda wariantowa wywodzi się z idei typizacji procesów
technologicznych. Polega na odnalezienie procesu o największym
podobieństwie technologicznym i po wprowadzeniu niezbędnych
poprawek uzyskaniu nowego procesu.
Sposoby realizacji:
•
projektowanie w oparciu o zbiór indywidualnych procesów
•
projektowanie w oparciu o procesy typowe
•
projektowanie z uwzględnieniem technologii grupowej (często
dla istniejących procesów)
Metoda generacyjna - oparta jest na na idei Features. Proces powstaje
w oparciu o syntezę procesów elementarnych (procesów obróbki
poszczególnych powierzchni części).
Projektowanie procesów
technologicznych
46
Baza danych procesów technologicznych
Projektowanie procesów
technologicznych
47