PROJEKTOWANIE PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH Projektowanie w systemach CAD/CAM i programowanie obrabiarek CNC PROJEKTOWANIE PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH dr inż. Tadeusz Rudaś Instytut Technologii Maszyn PW

Projektowanie procesów technologicznych 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

Projektowanie procesów technologicznych operacja technologiczna Sk operacja k0 ... S0 S1 operacja 10 S2 Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych 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

Projektowanie procesów technologicznych Uszeregowanie prac związanych z projektowaniem procesu technologicznego analiza danych wejściowych (konstrukcyjnych i technologicznych) wybór półfabrykatu, sposobu jego wykonania, określenie naddatków na obróbkę określenie wstępnego planu operacyjnego wybór baz obróbkowych opracowanie operacji technologicznych: wybór środków technologicznych (obrabiarek i pomocy warsztatowych) określenie naddatków i wymiarów obróbkowych określenie liczby i kolejności przejść wybór parametrów obróbki określenie normy czasu dla poszczególnych operacji, liczby obrabiarek i robotników potrzebnych do realizacji procesu analiza ekonomiczna procesu technologicznego ostateczne opracowanie planu operacyjnego wykonanie dokumentacji technologicznej Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych Toczyć na wym. A a Toczyć na wym. B b Toczyć na wym. C c .............................. ... Bazowanie Obrabiarka Narzędzia Przyrz. i Uchwyt. Narz. pomiarowe tpz + tj Organiz. obróbki Obsada Koszty Opłacalność normalne specjalizowane specjalne Przejście 1-sze Przejście 2-gie ...................... wymiary tolerancje chropowatość param. obrób. Informacje wejściowe Rys. konstrukcyjny Wskaźniki techn.-ekonom. Poziom cen Program produkcji Możliwości inwestycyjne Terminy uruchom. prod. Materiał, półfabrykat Park obrab. i urządz. Wykonawstwo oprzyrząd. specjalnego Obsada personalna Materiały, półfabrykaty Frezować i nawiercać 10 Toczyć 20 30 Obróbka cieplna Część gotowa Obróbka wykańcz. Obróbka zgrubna Obróbka kształt. Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych 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

Projektowanie procesów technologicznych 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 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 dokładne półfabrykaty kształtem zbliżone do gotowej części Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych cecha rodzaje produkcji jednostkowa seryjna masowa przepływ materiałów i półfabrykatów rozdzielnia robót – stanowisko pracy - rozdzielnia od stanowiska do stanowiska (bez magazynów międzyoperacyjnych) 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 Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych Określenie planu operacyjnego Struktura procesu technologicznego – określony porządek w ustalaniu kolejności operacji Stopnie obróbki: obróbka zgrubna – zadanie: usunięcie całego nadmiaru materiału, mniej istotne zwiększenie dokładności obróbka kształtująca – zadanie: nadanie przedmiotowi wymiarów i kształtów obróbka wykańczająca – zadanie: uzyskanie wysokiej dokładności lub (i) jakości warstwy wierzchniej obróbka dokładnościowa lub powierzchniowa (w razie potrzeby) Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych 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

Struktura procesu technologicznego stopień obróbki dokładność i chropowatość (orientacyjnie) przygotowanie baz obróbkowych obróbka powierzchni podstawowych obróbka powierzchni drugorzędnych KT OC 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) sporadycznie (szlifowanie wielowypustów, gwintów) KT ostateczna Projektowanie procesów technologicznych

Struktura procesu technologicznego obr. pow. kształtowych: zębów, wielowypustów, roztaczanie otworów osiowych Struktura procesu technologicznego stopień obróbki dokładność i chropowatość (orientacyjnie) przygotowanie baz obróbkowych obróbka powierzchni podstawowych obróbka powierzchni drugorzędnych KT OC I do IT12 do Ra=20 obróbka baz do następnych operacji obróbka zgrubna powierzchni podstawowych * II IT9 – IT11 Ra = 2,5-10 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) sporadycznie (szlifowanie wielowypustów, gwintów) KT ostateczna obcinanie, obróbka czół, wykonanie nakiełków toczenie zgrub ne, wiercenie głębokiego otworu poprawianie nakiełków, jeśli uległy rozbiciu toczenie kształtujące, szlifowanie zgr. „szyjek” otwory o małych średn., gwinty, rowki wpustowe hartowanie poprawianie nakiełków po obróbce cieplnej szlifowanie zgrubne i wykańcz. pow. zewn. i wewn. sporadycznie (szlifowanie wielowypustów, gwintów) KT ostateczna Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych 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

Z C B A Y X stopnie swobody bryły sztywnej Projektowanie procesów technologicznych

ile stopni swobody należy odebrać ? Projektowanie procesów technologicznych

ile stopni swobody należy odebrać ? Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych bazy konstrukcyjne produkcyjne właściwe zastępcze technologiczne kontrolne montażowe obróbkowe stykowe sprzężone nastawcze główna pomocnicze Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych 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

Projektowanie procesów technologicznych baza nastawcza – baza obróbkowa, której położenie nastawia się względem odpowiednich elementów obrabiarki, uchwytu lub narzędzia Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych 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

Projektowanie procesów technologicznych 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

Projektowanie procesów technologicznych 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 kieł samonastawny zabierak stały tokarski szlifierski, prosty, hakowy, ramkowy zabierak samozaciskający, zabierak czołowy znak postawiony na powierzchni walcowej – zabierak samozaciskający znak postawiony na powierzchni czołowej – zabierak czołowy Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych oznaczenia uchwytów, trzpieni, tulei nazwa oznaczenie objaśnienia uchwyty szczękowe n – liczba szczęk uchwytu koło wokół liczby szczęk – szczęki przetoczone lub przeszlifowane γ – rodzaj napędu uchwytu (P – pneumatyczny, H – hydrauliczny, E – elektryczny) uchwyt z elementami ustalajaco-zamocow. znak umieszczony na powierzchni zewnętrznej przedmiotu – tuleja zaciskowa znak umieszczony na powierzchni wewnętrznej przedmiotu – trzpień rozprężny (sprężysty, rozsuwny) trzpień stały, kołek pełny, tuleja stała, znak umieszczony na powierzchni zewnętrznej przedmiotu – tuleja stała znak umieszczony na powierzchni wewnętrznej przedmiotu (otworze) – trzpień stały, kołek pełny n n γ n γ Projektowanie procesów technologicznych

uchwyt magnetyczny docisk nazwa oznaczenie nazwa elementu oznaczenie widok z boku, z przodu z tyłu widok z góry widok z dołu docisk Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych kształty powierzchni roboczych podpór i docisków kształt oznaczenie przykłady płaski kulisty walcowy pryzmowy stożkowy rowkowany, gwintowy, wielowypustowy Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych Analiza tolerancji w projektowaniu procesów technologicznych B=f(A1,A2,…,An) TB = Σ TAi i=1 n Ai B Dla łańcuchów równoległych 15±0.05 = 40-0.05 – Xx1 x2 TB = Σ TAi i=1 n Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych 15±0.05 = 40-0.05 – Xx1 15 = 40 – X X = 25 0.05 = 0 – x2 x2 = -0.05 -0.05 = -0.05 – x1 x1 = 0 x2 15±0.05 = 40-0.1 – Xx1 x2 15 = 40 – X X = 25 0.05 = 0 – x2 x2 = -0.05 -0.05 = -0.1 – x1 x1 = -0.05 Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych 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

Projektowanie procesów technologicznych t = tpz/n + tg + tp + to + tf t = tpz/n + (tg + tp)(1 + ku) Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych Obliczanie czasu głównego tg = (l+ld+lw)/(f n) ld = d ctgκr /2 +(0.5-2)mm lw = 0.5–3 mm ae ld = ae (d - ae) +(1-2)mm lw = (2-5) mm Projektowanie procesów technologicznych

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

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

Projektowanie procesów technologicznych Ka+Kb+Kst+Ke+Kc+Kp+Kwd Ku = KN + Kn + Kr + Km + h KN – zużycie narzędzi na 1 godzinę pracy Kn – koszt napędu obrabiarki na 1 godzinę pracy Kr – koszt remontów na 1 godzinę pracy Km – koszt materiałów pomocniczych i konserwacji na 1 godzinę pracy Ka – koszt amortyzacji maszyn i urządzeń Kb – koszt amortyzacji budynku Kst – koszt wyposażenia stanowiska pracy (w ciągu roku) Ke – koszt oświetlenia (w ciągu roku) Kc – koszt ogrzewania (energii cieplnej) w ciągu roku Kp – koszt eksploatacji pomocy warsztatowych (bez narzędzi) w ciągu roku Kwd – pozostałe koszty wydziałowe w stosunku rocznym h – liczba godzin pracy danego stanowiska w ciągu roku Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych Obliczanie wybranych składników kosztu własnego Rz = (tjS0 + tpzSu)Nr tj – czas jednostkowy tpz – czas przygotowawczo-zakończeniowy 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

KN = (Knp+nosKns) tgi/ [T (nos+1)tji] Koszt pracy narzędzi – narzędzia jednolite Knp – wartość nowego narzędzia nos – liczba ostrzeń Kns – koszt jednego ostrzenia T – ekonomiczny okres trwałości ostrza w godzinach tgi – czas główny tji – czas jednostkowy KN = (Knp+nosKns) tgi/ [T (nos+1)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 Koszt pracy narzędzi – narzędzia składane KN = (Knp+m k KPS) tgi/ [T m k tji] Projektowanie procesów technologicznych

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

Projektowanie procesów technologicznych Porównanie wariantów procesu Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych wg R.Bakerijan: Tool and Manufacturing Engineer's Handbook, Vol.VI, Chapter 11, 1992 Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych wg R.Bakerijan: Tool and Manufacturing Engineer's Handbook, Vol.VI, Chapter 11, 1992 Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych 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

Projektowanie procesów technologicznych karta technologiczna (dotyczy całego procesu technologicznego) Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych instrukcja technologiczna (dotyczy operacji technologicznej) Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych instrukcja technologiczna (szkic obróbkowy) Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych Wykorzystanie oprogramowania SolidWorks do tworzenia graficznej dokumentacji technologicznej Projektowanie procesów technologicznych

Projektowanie procesów technologicznych 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

Projektowanie procesów technologicznych Baza danych procesów technologicznych Projektowanie procesów technologicznych