Bài giảng Thiết kế nhà máy cơ khí - Chương 3: Thiết kế xưởng cơ khí - Nguyễn Ngọc Kiên

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ XƯỞNG CƠ KHÍ
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
Nội dung
3.1. Tổng quát về xưởng cơ khí.
3.2. Tài liệu ban đầu để thiết kế phân xưởng cơ khí.
3.3. Các bước thiết kế phân xưởng cơ khí.
3.4. Nội dung công nghệ trong thiết kế và quy hoạch
phân xưởng cơ khí.
3.5. Xác định các thông số cơ bản của phân xưởng cơ
khí.
3.6. Dây chuyền gia công linh hoạt
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.1. Tổng quát về xưởng cơ khí.
Phân xưởng cơ khí là phân xưởng sản xuất chính của nhà máy
cơ khí, đóng vai trò chủ yếu trong quá trình sản xuất
Hầu hết các chi tiết của sản phẩm cơ khí phải gia công ở
phân xưởng cơ khí.
Khối lượng lao động của phân xưởng cơ khí chiếm khoảng
4060% của nhà máy cơ khí.
Phân xưởng cơ khí chiếm số lượng máy nhiều nhất, máy
phức tạp và đắt tiền, máy có nhiều cơ cấu, kiểu, loại khác
nhau, vốn mua máy lớn.
Phân xưởng cơ khí được tổ chức theo kết cấu và công nghệ
của sản phẩm cơ khí
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.1. Tổng quát về xưởng cơ khí.
Cấu trúc của phân xưởng cơ khí:
- Bộ phận sản xuất: gồm máy cắt, gian nguội, gian kiểm tra
chất lượng gia công...
- Bộ phận phụ; gồm chuẩn bị phôi, gian mài cắt dụng cụ cắt,
kho bán thành phẩm, kho thành phẩm...
- Bộ phận phục vụ và sinh hoạt: văn phòng, phòng sinh hoạt ...
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
Phân loại phân xưởng cơ khí
Phân loại phân xưởng cơ khí theo số lượng máy cắt.
Phân loại phân xưởng cơ khí theo dạng sản xuất.
Quy mô
sản xuât
Số lượng máy cắt của phân xưởng cơ khí theo cỡ máy(chiếc)
Máy nhỏ Máy vừa Máy lớn Máy rất lớn
Nhỏ <150 <125 <100 <75
Vừa 150300 125250 100200 75130
Lớn >300 >250 >200 >130
Dạng sản xuất Sản lượng hàng năm N của từng loại chi tiết tuỳ theo trọng
lượng Q
Q200 kg
Đơn chiếc N<100 N<10 N<5
Loạt nhỏ N=100500 N=10200 N<5100
Loạt vừa N=5005000 N=200500 N=100300
Loạt lớn N=500050000 N=5005000 N=3001000
Hàng khối N>50000 N>5000 N>1000
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.2. Tài liệu ban đầu để thiết kế phân xưởng cơ
khí.
- Mặt hàng (kiểu loại, đặc tính kỹ thuật của sản phẩm cần chế tạo).
- Sản lượng của sản phẩm, trọng lượng của sản phẩm .
- Số lượng chi tiết, các loại có trong kết cấu một sản phẩm và toàn
bộ sản lượng.
- Sản phẩm phụ các loại (sản lượng, trọng lượng- Bản vẽ lắp
chung sản phẩm, cụm, bộ phận.
- Bản vẽ chế tạo từng loại chi tiết (ghi đầy đủ kích thước và điều
kiện kỹ thuật).
- Bản kê khai các loại bán thành phẩm và chi tiết chuẩn mua ngoài.
- Các văn bản xác nhận về hợp tác, liên kết sản xuất(cung ứng
phôi liệu, năng lượng.v.v.).
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.3. Các bước thiết kế phân xưởng cơ khí. 
Thiết kế và kiểm nghiệm quá trình công nghệ các loại
chi tiết của sản phẩm cơ khí khi cần chế tạo.
Xác định tổng khối lượng lao động.
Xác định số máy cắt cần thiết và nhu cầu về năng lượng
cho sản xuất.
 Xác định nhu cầu về vật liệu, dụng cụ, gá lắp, kho tàng,
vận chuyển, sửa chữa ...
Xác định nhu cầu về lao động.
Xác định nhu cầu về diện tích.
Bố trí mặt bằng phân xưởng cơ khí.
Xác định kết cấu nhà xưởng và thiết bị nâng chuyển.
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.3. Các bước thiết kế phân xưởng cơ khí. 
Xác định các số liệu đặc trưng về năng lực và hiệu
quả sản xuất
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.4. Nội dung công nghệ trong thiết kế và quy
hoạch phân xưởng cơ khí.
Cần giải quyết tốt mối quan hệ giữa giải pháp công nghệ và
quy mô sản xuất.
Mối quan hệ ràng buộc về mặt kỹ thuật, thời gian và không
gian trong một dây chuyền gia công có thể diễn đạt theo 3
trục như sau:
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.4. Nội dung công nghệ trong thiết kế và quy
hoạch phân xưởng cơ khí.
Giải pháp công nghệ gia công chi tiết phụ thuộc vào
quy mô và điều kiện sản xuất thực tế
Hai phương án về giải pháp công nghệ: Tập trung
nguyên công và phân tán nguyên công.
Tập trung nguyên công: bố trí nhiều bước công nghệ
trong một nguyên công.
Phân tán nguyên công: bố trí ít bước công nghệ trong
một nguyên công
Hiện nay: Tập trung nguyên công trên các máy, trung
tâm gia công, tế bào gia công điều khiển CNC.
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
Các nguyên tắc cần đảm bảo khi thiết kế dây
chuyền gia công cơ khí
1. Đảm bảo hệ số sử dụng vật liệu Kv, Kv=mct/mph
- mct là trọng lượng chi tiết.
- mph là trọng lượng phôi.
2. Đảm bảo độ chính xác gia công.
3. Đảm bảo năng suất gia công tốt theo quan hệ giữa năng
suất gia công Q và thời gian gia công từng chiếc ttc.
Q=1/ttc.
4. Giảm hệ số thời gian Kt=t0/ttc.
- t0 là thời gian cơ bản.
- ttc là thời gian gia công từng chiếc.
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
Các nguyên tắc cần đảm bảo khi thiết kế dây
chuyền gia công cơ khí
Hạn chế ảnh hưởng chủ quan của thợ đến chất
lượng và năng suất gia công.
Tổ chức lao động khoa học, đảm bảo vệ sinh công
nghiệp và an toàn lao động.
Sử dụng thiết bị, dụng cụ công nghệ thích hợp.
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.5. Xác định các thông số cơ bản của phân
xưởng cơ khí.
3.5.1. Độ lớn lô chi tiết (nL).
nLmin=tck/a.ttc
Trong đó:
- nL là độ lớn lô tính theo đơn vị, chi tiết /lô.
- tck là thời gian chuẩn bị kết thúc nguyên công tính cho
cả lô chi tiết , phút/lô.
- ttc là thời gian từng chiếc, phút/chiếc.
- a là hệ số xét đến độ phức tạp về kết cấu của chi tiết gia
công hoặc hệ số xét đến quy mô sản xuất
Khi có độ lớn lô thực tế có giá trị bằng và lớn hơn độ lớn lô
nhỏ nhất (nLmin) thì giá thành chi phí gia công chi tiết không
thay đổi.
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.5.2. Số lượng thiết bị công nghệ.
Tính chính xác: Tổng số máy các loại cho tất cả các nguyên công.
Số lượng máy cho từng nguyên công:
Ci=Ti/FMi.mi
Trong đó:
- m là số loại chi tiết gia công.
- Nj là sảm lượng cần chế tạo của loại chi tiết j.
- ttcj là thời gian định mức để gia công một chi tiết loại j.
- FMi là quỹ thời gian làm việc của một máy loại i theo chế độ
làm việc 1 ca/ngày đêm.
- mi là số ca sản xuất trong một ngày đêm (mi=1,2,3.).
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.5.2. Số lượng thiết bị công nghệ.
Tính gần đúng: Số lượng từng loại máy được xác định gần đúng theo
tỷ lệ phần trăm của tổng số máy cần thiết.
Tổng số máy cần thiết:
Trong đó:
- Q là tổng sản lượng các loại chi tiết gia công (tấn/năm , chiếc/năm).
- q năng suất lao động yêu cầu của một máy (tấn/năm , chi tiêt/năm).
- m là số ca sản xuất trong một ngày đêm (m=1,2,3).
- z là hệ số tải trọng trung bình của máy gia công xét theo quy mô
sản xuất.
- t là định mức thời gian gia công cho một đơn vị chi tiết (giờ/tấn,
giờ/chiếc).
- K là hệ số điều chỉnh theo điều kiện, trình độ sản xuất thực tế
- FM là quỹ thời gian làm việc của một máy, theo chế độ 1 ca sản xuất
trong một ngày đêm.
C= .
. . z
Q
K
qm
 hoặc C=
.
.
. .M z
Q t
K
F m
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.5.3. Số lao động.
Công nhân sản xuất:
+ Công nhân sản xuất chính (thợ đứng máy, thợ nguội, thợ
kiểm tra).
+ Công nhân phụ (mài dụng cụ, vận chuyển, sửa chữa, cấp
phát vật liệu...).
Nhân viên phục vụ sản xuất (vệ sinh công nghiệp, trực ...).
Lực lượng gián tiếp (kỹ thuật viên, quản lý điều hàn , văn thư ...).
Bậc thợ bình quân của công nhân sản xuất chính Bbq:
- Sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ Bbq = 4 – 4,5.
- Sản xuất loạt vừa Bbq = 3,5 – 4.
- Sản xuất loạt lớn, hàng khối Bbq = 3,25 – 3,5.
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.5.4. Diện tích phân xưởng cơ khí:
Tính chính xác:
Diện tích sản xuất được xác định:
Trong đó:
- A0i là diện tích của một trạm công nghệ (máy, bàn nguội,
bàn kiểm tra) loại i A0i = AMi.fi
- AMi+ là diện tích hình chiếu bằng của một máy, bàn nguội,
bàn kiểm tra.
- fi là hệ số về các loại diện tích phụ cần thiết (thao tác, đặt
phôi, dụng cụ, gá lắp, vận chuyển, sửa chữa...)
- Si là số máy chọn dùng.
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.5.4. Diện tích phân xưởng cơ khí:
+ Kho trung gian (Ap1 ) khoảng 10 – 15 %
+ Chuẩn bị phôi (Ap2) khoảng 15 – 20 %
+ Tổng kiểm tra chất lượng (Ap3) khoảng 3 – 5 %
+ Sinh hoạt (Ap4) khoảng 10 %
Tính gần đúng: Tổng diện tích cần thiết của phân xưởng cơ
khí có thể xác định gần đúng theo chỉ tiêu diện tích (diện tich
đơn vị) A0sx
Thí dụ: m2/máy, m2/tấn sản phẩm, m2/công nhân sản xuất.
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.5.5. Bố trí mặt bằng phân xưởng
Ba yếu tố đặc trưng:
- Kỹ thuật
- Thời gian
- Không gian
Các dạng cấu trúc không gian:
- Bố trí máy theo thứ tự các nguyên công của quá trình công
nghệ thành hàng máy nối tiếp nhau hoặc kết hợp giữa nối
tiếp và song song.
- Bố trí máy theo kiểu loại máy tạo thành các khu vực, bộ
phận sản xuất.
- Bố trí máy thành nhóm, cụm linh hoạt.
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.6. Dây chuyền gia công linh hoạt
Các chi tiết cơ khí thuộc cùng 1 dạng, loại, có sự
giống nhau về kiểu, cỡ kích thước, có điều kiện kỹ
thuật giống nhau có thể ghép lại để gia công chung
với một quá trình công nghệ, trên cùng một dây
chuyền gia công.
Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS = Flexible
Manufactering System) được thiết lập trên dây
chuyền gia công linh hoạt.
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên
3.6. Dây chuyền gia công linh hoạt
Thí dụ: Ghép nhóm các chi tiết cơ khí cùng dạng, cùng cỡ kích
thước, để gia công trong hệ thống sản xuất linh hoạt.
Trong đó:
: Nguyên công ứng với nhóm lớn các chi tiết, dùng chung máy
gia công.
: Nguyên công ứng với nhóm nhỏ chi tiết, dùng gá lắp, dụng
cụ, chế độ gia công
Phôi A, B, C, 
D, E
Chi tiết
B', C', D', E'A, B
C, D, E
B, D
C, EB, C
A, D, E
A'
Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên