Министерство образования Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский государственный индустриальный университет
(ГОУ МГИУ)
Кафедра «ИДО «Технология машиностроения»
Курсовой проект
по дисциплине «Технология машиностроения»
на тему «Проектирование маршрута технологического процесса механической обработки заданной детали»
Группа
№ зачетной книжки
№ задания
ЖУ06Э23
06-4641-33
4641
Студент
Руководитель проекта, Академик Академии транспорта, профессор
ДОПУСКАЕТСЯ К ЗАЩИТЕ
Оценка
________________
___________
Москва 2010
Аннотация
Введение…………………………………………………………………………..
1. Служебное назначение изделия………………………………………………
2. Анализ технологичности конструкции изделия………………………………
3. Определение типа и организационной формы производства………………
4. Выбор способа получения заготовки…………………………………………
5. Выбор маршрута механической обработки……………………………………
6. Выбор технологических баз……………………………………………………
7. Выбор технологического оборудования, оснастки и средств
автоматизации……………………………………………………………………
8. Выбор припусков на механическую обработку………………………………
9. Расчет режимов резания и норм времени……………………………………
10. Маршрутная технологическая карта…………………………………………
11. Эффективность предлагаемого технологического процесса……………….
Список использованной литературы
АННОТАЦИЯ
Объем пояснительной записки курсового проекта 69 стр., 6рис.,20табл., 3 схемы, 20 источника информации. Графическая часть проекта 1 лист (Формата А3).
В курсовом проекте разработан технологический процесс обработки ступенчатого вала.
Введение
Современное производство предъявляет повышенные требования к технологической оснастке: точность базирования изделий, жесткость, обеспечивающая полное использование мощности оборудования на черновых операциях и высокую точность обработки на чистовых операциях, высокая гибкость, сокращающая время на наладку и замену оснастки, универсальность, позволяющая обрабатывать изделия определенного типа размеров с минимальным временем на переналадку, надежность и взаимозаменяемость.
Совершенствование технологического процесса изготовление детали и
машины в целом способствует конструированию и использованию более совершенных машин, снижение их себестоимости, уменьшению затрат труда на их изготовление.
Совершенствование конструкций машин характеризуется её соответствии современному уровню техники, экономичностью в эксплуатации, а также тем, в какой то мере учтены возможности использования наиболее экономичных и производительных технологических
методов её изготовления, применительно к заданному выпуску и условиям производства.
Целью данного курсового проекта является ознакомление непосредственно с процессом производства, а также оценка и сравнение его эффективности не только с экономической, но и с технологической точек зрения.
Задание:
Марка стали 20, твердость НВ 163, годовая программа выпуска N=2500
L= 210-0,46,l1= 130-0,4,l3=11-0,18, d1= 74-0,03,d2 = 58-0,03
1. Служебное назначение изделия.
По конструктивным и технологическим признакам деталь относится к
классу «Валы».
Служебное назначение ступенчатых валов – передача вращательных
движений.
Фаски по поверхностям не предусмотрены, следовательно, острые кромки следует притупить.
Наибольший диаметр вала 74 мм, наименьший 58 мм
Фаски по поверхностям не предусмотрены, следовательно острые кромки следует притупить.
2. Анализ технологичности конструкции изделия.
Анализ технологичности конструкции изделия проводится в виде
качественной и количественной оценки.
Качественная оценка может быть проведена, например, путем оценки геометрической формы детали, возможности совмещения конструкторской и технологической баз, возможности свободного входа и выхода инструмента из зоны обработки, одновременной установке нескольких деталей и т.д.
Вал считается жестким, так как его длина не превышает 12 диаметров.
Для приведенного на рис. 1.1 вала можно сделать вывод его
технологичности на следующих основаниях:
— вал достаточно жесткий (равножесткий) (l/d=210/74
— простая конфигурация детали облегчает выбор исходной заготовки;
— расположение шейки (ступеньки) удобное для обработки;
— не имеет труднодоступных поверхностей;
— возможно применение стандартного отечественного оборудования режущего и измерительного инструмента;
— могут быть использованы стандартные зажимные приспособления на всех технологических операциях;
— контроль заданных параметров вала может осуществляться стандартными контрольно-измерительными приборами.
Для удобства проведения анализа технологических операций на эскизе детали все поверхности пронумеруем (рис.2.1)
/>4
/>3
/>/>2
/>
1/>/>5
Рис.2.1 Эскиз детали с обозначением поверхностей
При анализе технологичности конструкции изделия используются таблицы 2.1, 2.2, 2.3.
Анализ технологичности конструкции детали по точностным требованиям представлен в табл.2.1
Таблица 2.1
№ поверхности
Наименование
поверхности
Общее количество
Количество поверхностей обрабатываемых по
следующим квалитетам точности
Не обрабатываемые
поверхности
Высокая
точность
Средняя
точность
Свободные
размеры
5
6
7
8
9
%
10
11
12
%
13
14
%
1-2
Наруж
ные
цилин
дричес
кие
2
-
-
2
(2,4)
-
-
100%
-
-
-
-
— 66,6% 66,6%
-
-
-
-
3-5
Торцевые
3
-
-
-
-
-
-
-
3
(1,3,5)
100%
-
-
-
-
Внутрен
ние
цилин
дричес
кие
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Итого
5
-
-
2
-
-
-
-
-
3
-
-
-
-
-
Анализ технологичности конструкции детали по величине параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей детали представлен в табл.2.2.
Таблица 2.2
№ поверхности
Наименование
поверхности
Общее количество
Количество поверхностей обрабатываемых по
следующим квалитетам точности
Не обрабатываемые
поверхности
100
50
25
'
12,5
6,3
3,2
3,2
1,.6
0,8
о
0,4
02
0,1
0,05
о
0,025
0,012
о
0,008
1-2
Наруж
ние
цилин
дричес
кие
2
-
-
-
-
1 (2) 66,6%
-
2 (4) 33,3%
-
-
-
-
-
-
-
-
3-5
Торцев
ые
3
-
-
-
-
3
( 1,3,5 )
100
%
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Внутре
нние
цилин
дричес
кие
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Итого
5
-
-
-
-
4
-
1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Анализ технологичности конструкции детали по соответствию возможности выполнения принципа постоянства баз представлен в табл.2.3
Таблица 2.3
№ поверхности
Наименование
поверхностей
используемых в
качестве баз
Для выполнения
технологических
операций
Количество
используемых
баз
1, 2 и 4
Наружная поверхность (двойная
направляющая
база) и торец
(опорная база)
1. Обработка
торцов
2. Зацентровка
технологических
отверстий
1
Центровые
отверстия и 5
Технологические
центровые
отверстия (не
предусмотренные
конструкцией) -
двойная
направляющая
база и торец
(опорная база)
Черновая и
чистовая
(окончательная)
обработка
наружных
цилиндрических
поверхностей
1
Итого
2
3. Определение типа и организационной формы производства.
Ориентировочно тип производства можно определить по табл.3.1.
Таблица 3.1.
Тип
производства
Годовой объем выпуска деталей в штуках
Тяжелые (масса
свыше 500 кг)
Средние (масса от 30 до 500 кг)
Легкие (масса до
30 кг)
Единичное
До 5
До 10
До 100
Мелкосерийное
5-100
10-20
100-500
Среднесерийное
100-300
200-500
500-5000
Крупносерийное
300-1000
500-5000
5000-50000
Массовое
Свыше 1000
Свыше 5000
Свыше 50000
Тип производства можно установить по коэффициенту серийности (Кс)
К
с
= tв
/ Tшт ср
где t
в – такт выпуска;
T
шт ср – среднее штучное время.
Величина такта выпуска (tв) деталей рассчитывается по формуле:
tв
= Fд
60 / N
где F
д – действительный годовой фонд времени работы оборудования (2070 час/ смену);
N – годовая программа выпуска деталей.
tв
= 2070*60 / 2500=49,68
К
с
= 49,68/3,5= 14,19
Обычно считается, что коэффициент серийности определяет количество различных операций по обработке детали, закрепленных за одним станком в течении года: для массового производства Кс = 1…2, для крупносерийного Кс = 2…10, для среднесерийного Кс = 10…20, для мелкосерийного и индивидуального Кс > 20.
Т.к К
с =14,19 наше производство является среднесерийным.
Среднесерийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска, чем в единичном производстве. При серийном производстве используются универсальные станки, оснащенные как специальными, так и универсальными сборочными приспособлениями, что позволяет снизить трудоемкость и себестоимость изготовления изделия. В серийном производстве технологический процесс изготовления изделия преимущественно дифференцирован, т.е. расчленен на отдельные самостоятельные операции, выполняемые на определенных станках.
Характерные признаки среднесерийного производства.
Повторяемость партий – Периодическая.
Технологическое оборудование — Универсальное, частично специализированное и специальное.
Приспособления — Специальные переналаживаемые.
Режущий инструмент — Универсальный и специальный.
Измерительный инструмент — Универсальный и специальный.
Настройка станка — Станки настроенные.
Размещение технологического оборудования — По ходу технологических процессов.
Форма исходной заготовки — Приближенной к форме готовой детали.
4. Выбор способа получения заготовки.
/>
/>/>/>/>
/>
/>
/>/>/>
210+-1
/>
/>
Такт выпуска: r=60*Fg*K/N
Fg – эффективный годовой фонд рабочего времени оборудования при заданном количестве рабочих смен, ч.
N – годовая программа выпуска изделий, шт.
K – нормативный коэффициент загрузки оборудования, 0,82…0,96 ~ 0,9
r=60*2070*0,9/2500=44,712=45 мин.
После получения чертежа детали и технических условий на ее изготовление, необходимо привести данные о материале детали по химическому составу и свести их в таблицу 4.1. и 4.2.
Деталь изготавливается из стали 20.
Химический состав стали 20
Содержание элементов в %
Таблица 4.1
C
Si
Mn
Ni
S
P
Cr
Cu
As
0.17 –
0.24
0.17 – 0.37
0.35 – 0.65
до0.25
до0.04
до 0.04
до0.25
до0.25
до0.08
Механические свойства при Т=20oС стали 20
Таблица 4.2
Сортамент
Размер
мм
Напр.
sв
МПа
sT
МПа
d5
%
y
%
KCU кДж / м2
Термообр.
Прокат
горячекатан
до 80
Прод
420
250
25
55
Нормализация
Пруток
Прод
480
270
30
62
1450
Отжиг 880 — 900oC
Пруток
Прод
510
320
30.7
67
1000
Нормализация 880 — 920 oC
Твердость после отжига — HB 10 -1 = 163 МПа
Твердость калиброванного нагартованного — HB 10 -1 = 207 МПа
В среднесерийном, крупносерийном и массовом производстве заготовки обычно получают ковкой, штамповкой, электровысадкой и т.д., приближая форму заготовки к готовой детали.
Выбор метода получения исходной заготовки определяется типом
производства, экономическими факторами и техническими возможностями
производства.
При значительных программах выпуска затраты на получение исходной заготовки возрастают, но при этом уменьшаются затраты на механическую обработку и увеличивается коэффициент использования материала.
Экономическое обоснование выбора метода получения исходной заготовки может осуществляться по различным методикам. Но в любом случае следует определить величину коэффициента использования материала заготовки по формуле:
К им = М
д
/М
з
где М
д — масса детали;
Мз
-масса заготовки
V=3,14*7,52/4*21=927,28см3
mз=927,28*0,00785=7,28кг
V1=3,14*5,82/4*8=211 см3
V2=3,14*7,4/4*13=558,8 см3
211+558,8=768,8
mд=768,8*0,00785=6,04кг
--PAGE_BREAK--
К им=6,04/7,28=0,83
В качестве метода получения заготовки выбираем горячую штамповку.
Величина коэффициента использования материала заготовки:
К им = 0,65…0,85
5. Выбор маршрута механической обработки.
Для того чтобы выбрать маршрут обрабатываемого изделия необходимо провести анализ базового или типового технологического процесса обработки аналогичных изделий.
Анализ базового (существующего) и (или) типового технологического процесса проводится с целью определения его несовершенных позиций («узких мест») и разработки мероприятий по совершенствованию (в области снижения себестоимости производства повышения производительности, стойкости инструмента и т.д.) При этом требуется оценить:
— экономическую эффективность принятого решения по выбору метода получения исходной заготовки;
— рациональность выбора (черновых и чистовых) баз и мест закрепления;
— эффективность решения по выбору последовательности технологических операций и методов обработки;
— возможность использования более совершенного технологического
оборудования и оснастки;
— возможность использования последних достижений науки и техники;
В результате проведенного критического анализа базового и (или) типового технологического процессов намечаем пути возможных изменений и предложить мероприятия по повышению производительности и снижению себестоимости производства изделий.
При разработке укрупненного маршрута механической обработки проводим анализ возможности использования прогрессивных методов обработки. Варианты выбранных методов обработки представлен табл. 5.1.
Таблица 5.1
Номер
поверхности
Вид
поверхности
Величина
параметра
шероховатости
Ra (мкм )
Наименовании
методов обработки
Вариант
1-ый
Вариант
2-ой
1
2
4
5
6
2-4
Наружные цилиндрические
6,3
1,6
Токарная,
шлифование
1-3-5
Торцевые
1,6
Подрезка торца,
зацентровка отв.
фрезерование
Учитывая, что повторяемость методов обработки детали должны быть максимальной, то следует стремиться к тому, чтобы число методов обработки для обработки всех поверхностей детали было минимальным.
Пример типового процесса изготовления вала из термоулучшаемых материалов состоит из следующих этапов:
— Термообработка исходной заготовки (нормализация)
— Подрезка торцев и зацентровка базовых (технологических) отверстий.
— Предварительная обработка, обтачивание наружных поверхностей (в
случае необходимости фрезерование шпоночных пазов.)
— Термообработка (если предусмотрена Т.У.)
— Окончательная обработка (шлифование полирование, суперфиниширование и т.д.)
6. Выбор технологических баз.
В типовом технологическом процессе обработки деталей класса “Валы” (длинной более 120 м) предусмотрено обеспечение принципа постоянства баз за счет обработки вала в центрах. Поэтому первой операцией будет обработка торцов и выполнение центровых отверстий.
Схема базирования заготовки на фрезерно-центровальной операции
(фрезеровать два торца одновременно и центровать 2 отверстия единовременно на двухстороннем фрезерно-центровальном полуавтомате последовательного действия МР71) представлена на рис 6.1 а). Схема базирования заготовки на токарном станке 16К20 (точить диаметр d1) представлена на рис 6.1 б).
а) />
/>
/>/>/>
/>dd dd
/>б)
/>/>
/>l2
/>l1
Рис. 6.1 Схемы базирования заготовки
Выбор варианта обработки может быть расширен, что особенно важно в том случае, когда применение выбранного варианта вызывает трудности, связанные, например, с отсутствием такого приспособления, необходимости в дополнительных затратах и т.д. (см приложение).Поэтому целесообразно провести расчеты погрешности базирования в различных вариантах. При этом может оказаться, что погрешностьбазирования в одном варианте равна нулю, но потребуются дополнительные затраты на ее осуществление, а в другом погрешность базирования на порядок меньше чем допуск на получаемый размер, что вполне приемлемо и не требует дополнительных затрат средств и времени, так как погрешность базирования должна быть меньше или равна 0,3 допуска на получаемый размер в 7. Выбор технологического оборудования, оснастки и средств
автоматизации.
Выбор оборудования осуществляется на основании ранее выполненных работ по определению типа производства, маршрута обработки и т.д.
При черновой и получистовой и чистовой обработке могут быть использованы токарные станки моделей: 1725МФЗ (с ЧПУ), 1713МФЗ (с ЧПУ), 1П752МФЗ (с ЧПУ) (см. приложение).
Станки с ЧПУ имеют устройства для автоматической загрузки и выгрузки заготовок, уборки стружки, смены инструмента и т.д. На патронноцентровых станках можно осуществить подрезание торцев, обточку и расточку, прорезку канавок.
Число оборотов шпинделя обычно более 2000 мин, что позволяет использовать резцы с режущими пластинами из сверхтвердых материалов, т.е. производить обработку термообработанных валов. Глубина резания (для термически не обработанных заготовок) составляет до10мм. Станки с ЧПУ могут быть снабжены трехкулачковыми комбинированными быстродействующими и легко переналаживаемыми патронами с гидравлическим приводом.
На первой операции часто используется фрезерно-центровальные станки моделей МР02ФЧ (с ЧПУ). На станках с ЧПУ кроме фрезерования торцов, может быть осуществлена обточка крайних шеек.
Станки модели МР021Ф4 позволяют обрабатывать валы диаметром от 20 до 150 мм, длинной от 200 до 750 мм. При этом имеют число оборотов шпинделя от 70 до 1600 мин -1, подачу от 20 до 400 мм/мин и мощность главного привода 30 кВт.
Концентрации обработки на одной технологической операции вызывает необходимость поворота заготовки.
Основной базой вала является поверхность опорной шейки, но в этом случае возникает проблема с обеспечением принципа постоянства баз. На чертеже детали не указывается центровые отверстия с обоих торцов вала, а только осевая линия. Однако с целью обеспечения обработки шейки вала с одного установа на первой операции фрезеруются торцы и выполняются технологическая база (центровые отверстия с обоих торцов вала).
При обработке валов на станках с ЧПУ, на первой операции может быть использован фрезерно-центровальный станок модели МР021Ф4. На этом станке после обработки одного торца и зацентровки отверстия заготовка поворачивается на 180° и осуществляется обработка второго торца. Кроме того на этом станке может одновременно осуществляться обточка близлежащей шейки вала.
На фрезерно-центровальных станках с ЧПУ или без ЧПУ базирование заготовки осуществляется по черновым цилиндрическим поверхностям с упором в торец в призмах с гидравлическим зажимным приспособлением (для закрепления заготовки).
Черновые и получистовые операции обточки вала обычно совмещены и выполняются при установке вала в трехкулачковом патроне. Базами при дальнейшей обработке вала являются центра и торец. При черновой и получистовой обработке вала на станках с ЧПУ может быть использован станок модели 1725МФЗ, 16К20ФЗ и др. В условиях токарной обработки могут быть использованы плавающие центра, поводковые и другие устройства. При применении поводковых торцевых устройств необходимо обеспечить одинаковую силу закрепления.
Следует учитывать, что после термической обработки валы деформируются и центровые отверстия обычно приходится править на центрошлифовальном станке. Базами в этом случае являются шейки вала, а приводом торцевой поводок.
Для обработки валов применяются резцы токарные сборные проходные с многогранными пластинами (левые и правые), канавочные, отрезные, резьбовые, державочные и другие.
Широко используются так же фрезы торцевые насадные, шпоночные, сверла центровые и спиральные, зенковки, развертки, метчики и другой инструмент.
Заготовки из твердосплавных материалов изготавливают, как правило, холодным прессованием из смеси порошков карбидов и связующего материала с последующим спеканием и прессованием. Химический состав и физико-механические свойства некоторых наиболее распространенных твердых сплавов представлены в табл. 7.1.
Использование резцов с твердосплавными неперетачиваемыми пластинами более рационально, чем из быстрорежущих и других инструментальных сталей. Твердые сплавы являются одним из основных инструментальных материалов, применяемых для режущей части резцов.
Следует учитывать, что вольфрам в составе твердых сплавов обеспечивает значительно больший эффект, чем в быстрорежущей стали. При равном количестве затраченного вольфрама инструмент из твердого сплава в состоянии обработать в 5 раз больше металла, чем инструмент из быстрорежущей стали, следовательно, использование твердого сплава даже с точки зрения экономии дефицитного вольфрама целесообразно.
Твердые сплавы являются как бы псевдосплавами карбидов вольфрама, титана, ванадия с кобальтом, никелем или железом. Карбиды —тугоплавки, металлы — вязки, они сцепляют карбиды, создавая материал с высокими показателями износостойкости и прочности.
Применение износостойких покрытий является одним из важных направлений, повышающих эффективность токарных резцов, и во многом зависит от состава толщины и качества соединения покрытия с основанием (рис. 7.1). Применение износостойких покрытий позволяет повысить стойкость инструмента в 2 и более раз.
Неперетачиваемые пластины с износостойким покрытием обеспечивают экономически наиболее выгодный вариант использования резцов, имеющих высокую стойкость и не требующих восстановления их рабочей части за счет переточек.
Таблица 7.1
Сплав
Карбида
вольфрама
Карбида
титана
Карбида
тантала
Кобальта
сопротивление,
МПа
ВК-3
97
—
—
3
1100
ВК-3М
97
—
—
3
1000
ВК-4
96
—
—
4
1400
ВК-4В
96
—
—
4
1400
ВК-6
94
—
—
6
1500
ВК-6М
94
—
—
6
1350
ВК-60М
92
—
2
6
1200
ВК6-В
94
—
—
6
1550
ВК-8
92
—
—
8
1600
ВК-8-В
92
—
—
8
1750
ВК8-ВК
92
—
—
8
1750
ВК-10
90
—
—
10
1650
ВК10-М
90
—
—
10
1500
ВК10-ОМ
88
—
2
10
1400
ВК10-КС
90
—
—
10
1750
ВК11-В
89
—
—
11
1800
ВК11-ВК
89
—
—
11
1800
ВК-15
85
—
—
15
1800
ВК-20
80
—
—
20
1950
ВК20-КС
80
—
—
20
2050
ВК20К
80
—
—
20
1550
ВК25
75
—
25
2000
Титано-волъфрамовая группа
Т30К4
66
30
4
950
Т15К6
79
15
6
1150
Т14К8
78
14
8
1250
Т5К10
85
6
9
1400
Т5К12
83
5
12
1650
Титано-тантало-вольфрамовая группа
Т17К12
81
4
3
12
1450
ТТ8К6
84
8
2
6
1250
ТТ10КВ-6
82
3
7
8
1450
ТТ20К9
71
8
12
9
1300
/>
Рис. 7.1. Схема влияния различный факторов на стойкость резцов с износостойким покрытием
Инструмент из сплавов группы ВК не рекомендуется для обработки углеродистых и легированных сталей, из-за того что зерна карбида вольфрама в этом случае подвергаются интенсивному диффузионному и адгезионному изнашиванию. Твердосплавный инструмент из группы ТК предназначен для обработки конструкционных сталей, которые имеют большую твердость и теплостойкость, но меньшую теплопроводимость, чем сплавы группы ВК.
Сплавы группы ТК значительно лучше сопротивляются изнашиванию. При обработке заготовок с неравномерным припуском, когда возможны ударные нагрузки при входе и выходе инструмента и прерывистом резании, целесообразно использовать твердосплавные пластины группы ТТК.
Минералокерамические пластины позволяют повысить производительность чистовой обработки заготовок. Если предельной скоростью резания пластин из твердого сплава является 10 м/с, то для керамических пластин — 15...18 м/с.
При обработке сталей допустимый износ по задней поверхности керамических пластин для проходных и расточных резцов составляет 0,2...0,3 мм, чугуна 0,3...0,5 мм.
Применение сверхтвердых синтетических материалов (композитов) позволяет значительно расширить технологические возможности метода токарной обработки заготовок. Например, режущие свойства резцов из эльбора Р (композит 01) значительно выше, чем резцов с пластинками из твердого сплава и минералокерамики. С увеличением твердости обрабатываемой стали преимущество резцов из эльбора Р значительно повышается, так как их стойкость при точении закаленных сталей будет выше в 5...20 раз по сравнению с минералокерамическими и твердосплавными резцами.
Область применения алмазных режущих элементов при чистовой токарной обработке постоянно возрастает, но при этом следует учитывать особенности такого инструмента. На режущей кромке алмазного резца вначале образуются микротрещины, затем в них попадают микрочастицы металла, которые, постепенно накапливаясь, создают в микротрещине расклинивающее действие, тем самым формируя все более благоприятные условия для накопления новых микрочастиц обрабатываемого материала. Оценку износа алмазных резцов проводят по задней поверхности. Допустимым является износ в пределах 0,2...0,4 мм.
В качестве инструментальных сверхтвердых материалов используют синтетические поликристаллы алмаза, нитрида бора и композиты. Синтетические и природные алмазы применяют главным образом для обработки цветных металлов, пластмасс и керамики, в меньшем объеме — для обработки закаленных сталей и чугунов.
Резцы являются наиболее распространенными режущими инструментами. Ежегодно в машиностроительной промышленности России используется около 300 млн резцов, большинство из которых изготовлено из твердых сплавов, поэтому расширение их технологических возможностей имеет большое народнохозяйственное значение.
Применение многогранных, круглых и фасонных твердосплавных пластин с износостойким покрытием алмазных и заменяющих их вставок позволяет по-иному решать вопросы эксплуатации инструмента, выбора режимов резания, применения оборудования технологической оснастки и средств автоматизации. Расширяется диапазон конструкций державок резцов и режущих пластин, имеющих различную геометрическую форму, зависящую от обрабатываемых поверхностей.
Неперетачиваемые пластины делят на двусторонние и односторонние. На первый взгляд двусторонние пластины предпочтительнее, так как количество режущих кромок у них в 2 раза больше, чем у односторонних пластин, однако у них площадь, контактирующая с опорой поверхностью головки резца, меньше, что повышает вероятность их разрушения. Поэтому двусторонние пластины целесообразно использовать для легких и средних условий работы, а односторонние — для тяжелых.
На неперетачиваемых пластинах стружколомающие канавки могут быть получены в процессе прессования или шлифования. Пластины со шлифованными канавками рекомендуется применять для обработки алюминиевых и других цветных металлов и сплавов.
Резцы с круглыми пластинами могут принудительно вращаться, самовращаться или не вращаться. В последнем случае пластины по мере износа поворачиваются на заданный угол (аналогично многогранным неперетачиваемым пластинам). Крепление самовращающихся пластин зависит от их конструкции и предъявляемых требований к процессу обработки. Режущие круглые пластины изготавливаются совместно с осью или со сквозным отверстием.
Вращение пластины происходит из-за сил трения, возникающих между режущей и обрабатываемой поверхностями. Направление вращения зависит от того, к какой (к обрабатываемой или к уже обработанной) поверхности заготовки обращена задняя поверхность пластины. Соответственно, существует понятие прямого и обратного резания. В том случае, когда задняя поверхность пластины обращена к обработанной поверхности, вращение пластины совпадает с направлением подачи (прямое резание). Если задняя поверхность пластины обращена к необработанной поверхности заготовки, то вращение режущей пластины не совпадает с направлением подачи (обратное резание). За счет наклона режущей кромки самовращающихся круглых пластин можно повысить их стойкость.
Эксплуатационные характеристики и технологические возможности таких пластин (независимо от направления вращения, угла наклона и способа крепления) зависят от условий для дробления стружки.
Токарной обработке обычно подвергаются заготовки с твердостью 156...260 НВ, однако современные керамические материалы, выполненные, например, на основе триоксина алюминия, нитрида кремния с раз личными добавками (качественные характеристики которых близки к синтетическому алмазу), позволяют обрабатывать заготовки с твердостью до 59 HRC3.
Токарные пластины могут оснащаться режущей кромкой, выполненной из более прочного материала, чем основание. Сменные пластины из высокопрочного твердого сплава, у которых одна из вершин имеет вставку из синтетического поликристаллического алмаза, могут использоваться, например, для обработки алюминиевых сплавов, при этом скорость резания может достигать 500 м/с при подаче 0,1. ..0,5 мм/об.
Неперетачиваемые минералокерамические пластины обычно применяют при обработке закаленных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов. Конструкции пластин (и их крепления) аналогичны конструкциям твердосплавных неперетачиваемых пластин.
Минералокерамика имеет низкую теплопроводимость и склонна к образованию трещин. При установке керамические пластины не должны выступать за габариты головки резца более чем на 1 мм. Их не применяют при прерывистом резании и на заготовках, имеющих значительные перепады припуска, так как разрушение пластин происходит уже при входе и выходе их из зоны резания. Поэтому целесообразно использовать керамические пластины только в условиях получистовой и чистовой обработки, в стабильных условиях непрерывного резания.
Применение сверхтвердых материалов и керамических пластин при обработке металлов резанием позволяет уменьшить основное время в 5-10 раз. Скорость резания выбирают максимально возможной, глубину — исходя из припуска, а подачу — в зависимости от заданных величин параметров шероховатости. Следует учитывать, что эффективность применения сверхтвердых материалов для точения зависит в большей мере от оборудования, чем от инструмента. На низкоскоростном, нежестком оборудовании эффективность таких резцов не будет реализована.
Токарные станки с ЧПУ оснащаются приводом, развивающим мощность до 90 кВт и скорость вращения шпинделя более 800 с -1. При таких скоростях теплота в основном отводится со стружкой и в заготовке не возникает температурных деформаций, что позволяет после черновой обточки переходить на чистовую и при этом иметь отклонение от цилиндричности в пределах 5 мкм.
Применение твердых сплавов, керамики, поликристаллических сверхтвердых материалов повышает требования к беззазорности крепления таких пластин, точности и повторяемости установки (положение режущей кромки пластин при их повороте).
Токарные резцы (особенно для станков с ЧПУ) должны оснащаться многогранными неперетачиваемыми пластинами с износостойким покрытием, например из корбида титана (TiC). Целесообразно использовать новые режущие материалы (безвольфрамовые, высокотвердые, с многослойными покрытиями и т.д.) наиболее полно удовлетворяющие требования механической обработки валов в заданных условиях.
При фрезеровании плоскостей насадными торцевыми фрезами с механическим креплением пластин целесообразно использовать твердый сплав. Для спиральных сверл диаметром до 300 мм (с цилиндрическим и коническим хвостовиком) применяется как быстрорежущая сталь, так и твердых сплав. Сверла диаметром более 30 мм могут выполнять комбинированными, сборными или составными.
Центровые отверстия на валах выполняются обычно центровыми сверлами из быстрорежущей стали Зенкеры и развертки могут быть изготовлены из быстрорежущей стали или из твердого сплава.
Метчики обычно изготавливаются из быстрорежущей стали.
Вспомогательный инструмент целесообразно выбирать толькостандартизованный и унифицированный.
Целесообразно уделить особое внимание оборудованию с ЧПУ и средствам автоматизации загрузки и выгрузки заготовок В зависимости от типа производства деталей, выбранного оборудования выбираются зажимные приспособления на одну операцию (на которую выполняется технологическая наладка), на базе технико-экономического анализа.
При выборе контрольных приспособлений следует уделять особое внимание средствам активного бесконтактного контроля.
Особое внимание необходимо уделить материалу режущей части
металлорежущего инструмента. Выбор материала режущей части инструмента имеет большое значение для повышения производительности и снижения себестоимости обработки. Для анализа выбираемого материала режущей части, например резца, применяемого для обточки вала, составляется сравнительная таблица, пример которой представлен в табл. 7.2.
Таблица 7.2
№ операции
Наименование
операции
Вид
инструмента
Возможный
материал
режущей
части
Выбранная
марка
материала
010
токарная
Резец
проходной
Р18
Р6М5
ВК8
Т15К6
Т15К6
Т15К6 – твердые сплавы –они лучше сопротивляются изнашиванию для конструкционных сталей, имеющих большую твердость.
8. Выбор припусков на механическую обработку
После разработки маршрутного технологического процесса определяются припуски и операционные размеры. Для облегчения понимания расположения припусков на обработку необходимо изобразить схему припусков и допусков на обработку, пример которой изображен на рис. 8.1.
Расчет припусков на обработку производится на основе аналитического метода. Учитывая форму заготовки и требования к качеству поверхности для расчета припуска выберем цилиндрическую поверхность.
Суммарное отклонение:
/>,
где />мм – погрешность базирования;
/>мм – погрешность закрепления;
/>мм – погрешность положения в приспособлении.
/>мкм
Остаточные пространственные отклонения:
/>мкм
/>мкм
/>мкм,
где Δ1 – отклонение на предварительное точение;
Δ2 – отклонение на окончательное точение;
Δ3 – отклонение на предварительное шлифование;
Минимальные значения припусков:
/>
где /> — значение шероховатости по переходам;
/> — допуск после технологического перехода;
/> — значение остаточного пространственного отклонения после перехода.
Обтачивание предварительное:
/>мкм
Обтачивание окончательное:
/>мкм
Шлифование предварительное:
/>мкм
Шлифование окончательное:
/>мкм
Шлифование предварительное:
/>мм
Обтачивание предварительное:
/>мм
Обтачивание окончательное:
/>мм
/>мм
/>мм
Шлифование окончательное:
/>мм
Шлифование окончательное:
/>мм
Шлифование предварительное:
/>мм
Обтачивание окончательное:
/>мм
Обтачивание предварительное:
/>мм
/>мм
/>мм
Заготовка:
/>мм
Предельные значения припусков определяем как разность наибольших предельных размеров и – как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.
Шлифование окончательное:
/>мкм
Шлифование предварительное:
/>мкм
Обтачивание окончательное:
/>мкм
Обтачивание предварительное:
/>мкм
/>мкм
/>мкм
Шлифование окончательное:
/>мкм
Шлифование предварительное:
/>мкм
Обтачивание окончательное:
/>мкм
Обтачивание предварительное:
/>мкм
/>мкм
/>мкм
/>
Рис. 8.1 Схема расположения припусков и допусков
9. Проектирование схемы наладки оборудования
На основании проведенного анализа операции, определения последовательности обработки заготовки (вала), погрешности его установки, режимов резания, межоперационных припусков и размеров, настроечного размера для инструмента (резца), норм времени можно вынести результаты этой работы в виде операционного эскиза (рис. 9.1).
Проектирование схемы наладки.
Токарная операция 005 Оборудование
Токарно-винторезный станок
Модели 16К20
/>движение
подачи
Рис. 9.1. Пример изображения технологической наладки на токарную операцию.
Главным движением (Dr) является прямолинейное поступательное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью в процессе резания. Движение подачи обозначают Ds. Движением подачи является прямолинейное поступательное или вращательное режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения резания. Движение подачи предназначено для того, чтобы распространить отделение слоя металла на всю обрабатывамую поверхность.
Касательное движение обозначают — Dk. Касательным движение являются поступательное или вращательное движение режущего
инструмента, скорость которого меньше скорости главного движения
резания и направлена по касательной к режущей кромке. Это движение
предназначено для того, чтобы сменять контактирующие с заготовкой
участки режущей кромки.
Результирующее движение резания обозначают De. Результирующее
движение является суммарное движение режущего инструмента
относительно заготовки, включающее главное движение резания,
движение подачи и касательное движение.
10. Расчет режимов резания и норм времени
Определение годовой производственной программы
За один календарный год необходимо изготовить 1500 деталей «Ступенчатый вал», но при производстве всегда присутствует брак, поэтому количество деталей, которые необходимо изготовить, будет больше. Это называется годовым выпуском, который определяется по формуле:
/>, где
β – процент брака на данную обработку
t – время до запуска в производство
Nп – партия, годовая производительная программа
В нашем случае:
β =5%
Nп = 2500 штук
t = 1 год
Поэтому:
/>штук
Определение ритма и такта выпуска
Ритм выпуска определяется:
/>, где FГВ – годовой фонд времени
А такт выпуска:
/>
Годовой фонд времени определяется по формуле:
FГВ = «кол-во рабочих дней в году» x «кол-во смен» x «8 час.» x «60 мин.»
Обработка резанием
Литье под давлением
/>
Ритм:
/>
Такт:
/>
/>
Ритм:
/>
Такт:
/>
Техническое нормирование времени операций
Техническое нормирование времени операций можно выполнить расчетно-аналитическим методом. В нашем случае, в среднесерийном производстве рассчитывается норма штучно-калькуляционного времени
Тшт.к.= То + Тв + Ттех + Торг + Тп + Тп.з.
где То — Основное (машинное) время, вычисляемое как отношение длины рабочего хода инструмента к подаче (в минутах) его перемещения.
Тв — Вспомогательное время, включает в себя продолжительность всех вспомогательных ходов инструмента, включений, переключений станка, установки и снятия заготовки.
Топ = То + Тв — операционное время.
Ттех — Время технического обслуживания
Тмех = 0.06*Топ
Торг — Время организационного обслуживания
Торг= 0.06*Топ
Тоб = Ттех + Торг — время обслуживания.
Тп — Время регламентированных перерывов
Тп = 0.025*Топ
Тп.з. — Подготовительно-заключительное время
Тп.з. = 60 / р = 60 / N * a,
где р — размер партии
N — годовая программа выпуска
a — количество запусков партии в течении года
То = 153,8 мин
Тв = 5мин
Топ = 158,8 мин
Ттех = 9,5мин
Торг = 9,5мин
Тоб = 19мин
Тп = 4мин
Тп.з. = 60/100 * 12 = 7,2мин
В результате получаем
Тшт.к. = Топ + Тоб + Тп + Тп.з. = 189 мин
Время на организационное обслуживание рабочего места включает в
себя осмотр и опробование оборудования, подготовку рабочего места, в
начале и уборку его в конце смены. Время на отдых и личные потребности
так же, как и организационное время, берется в процентах от оперативного
времени.
При оценке штучного и штучно-калькуляционного времени наибольшие сложности представляет снижение основного технологического времени, остальные значения для определения штучного времени можно выбрать по нормативным данным.
Основное и вспомогательное (неперекрываемое) время являются
основными составляющими штучного времени. Сокращаются они, и
соответственно сокращается штучное время на операцию. Учитывая, что
основное время зависит от режимов резания, их выбору следует уделять
особое внимание.
Например, применяемых при токарной обработке, глубина резания (t) в наименьшей степени влияет на износ резца. Поэтому при черновой
обработке можно выбрать ее максимально допустимое значение. Подача S
влияет на износ резцов меньше, чем скорость резания, поэтому при черновой обработке подача лимитируется в основном прочностью режущей кромки и жесткостью технологической системы, а при чистовой обработке — требуемым качеством поверхностного слоя.
В табл. 10.1 представлены приблизительные значения глубины резания t и подачи S при точении конструкционных сталей проходным резцом, из которой видно, что независимо от условий обработки глубина резания значительно больше подачи.
Таблица 10.1
Параметр резания
Операция
предварительное точение
окончательное точение
Глубина резания t
Подача S
4,0
0,8
5,0
0,7
6,0
0,6
7,0
0,5
0,07
0,007
0,08
0,008
0,09
0,009
0,1
0,01
продолжение
--PAGE_BREAK--
Скорость резания V оказывает наибольшее влияние на износ режущей
кромки резца, в то же время от ее значения зависит и производительность
обработки. По скорости резания определяется частота вращения шпинделя, которая корректируется с учетом значений, указанных в паспортных данных станка. Поэтому фактическая скорость резания Vф определяется с учетом корректировки частоты вращения шпинделя Vф = лDnф.Если выбранные режимы резания удовлетворяют заданным техническим требованиям на обработку изделия, то следует сравнить крутящий момент резания Мр с допустимым крутящим моментом Мд на шпинделе Мр Np, с мощностью электродвигателя станка Nэ, умноженной на КПД (г|) станка.
Например, при обработке ступенчатых валов по принципу
последовательной концентрации операций вспомогательное время можно
уменьшить, в частности, за счет снижения времени на обратный (холостой) ход. Вариант, при котором обработка начинается со ступени большого диаметра и проводится в несколько проходов менее предпочтителен по сравнению с обработкой в один проход. При этом сокращается и длина пути резания, т. е. и основное время обработки.
Несмотря на явную выгоду, такое решение обычно целесообразно
использовать только при обработке жестких валов с небольшим перепадом
диаметров. При обработке заготовок по принципу параллельной
концентрации операции (многоинструментальная наладка), в которой
осуществляется одновременная обработка значительных по размерам шеек
вала, снимаются фаски, обрабатываются заплечники, вытачиваются канавки и т.д. Расчет основного времени и режимов резания следует вести по лимитирующему резцу.
Учитывая результаты расчета режимов резания на
многоинструментальную наладку, расчет основного времени ведут по формуле:
Принята следующая последовательность назначения режимов резания: сначала назначают глубину резания, затем задают величину подачи, потом скорость резания, затем скорость вращения шпинделя станка.
/>
Расчетно-аналитическим методом вычислим режимы резания для токарной обработки. Глубина резания назначается в зависимости от вида обработки, т.к. обработка черновая выбираем t = 3 мм. Для черновой обработки выбираем значение подачи s = 0,3 мм/об.
Скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле:
/>
/>
Для углеродистой стали Kg=1; sv=600; для резца nv=1,75
Knv — коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки, равен 0.8 для поковки.
Kiv — коэффициент, учитывающий вид инструментального материала, для ВК8 равен 0.4
T — время износа материала резца, для одноинструментальной обработки 30-60 мин.
Показатели степеней x, y, m и коэффициент Cv выбираем по таблицам; для подачи 0,3 мм/об и наружного продольного точения:
Cv=350; x=0,15; y=0,35; m=0,20.
После расчета получаем значение скорости резания 150 м/мин.
Мы привели пример расчета режима резания по эмпирической формуле. Далее мы будем назначать их, исходя из следующих соображений:
— токарная черновая обработка
V=100 м/мин
S= 0,2 0,4 мм/об
t=3 мм
— токарная чистовая обработка
V=120 150 м/мин
S=0,01 0,05 мм/об
t=1 мм
— сверлильная, фрезерная и координатно-расточная обработка
V=25 30 м/мин
S=0,01*dн
Следует учитывать, что при многоинструментальной обработке все инструменты, закрепленные на одном суппорте, имеют одинаковые рабочий ход и подачу. Число оборотов шпинделя и основное время для всех инструментов одинаково. При параллельной обработке заготовок, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, не позволяющем производить обработку каждой заготовки одним резцом, эта схема обработки не будет отличаться от обычной, так как, если заготовки по ширине одинаковые, то длина рабочего хода определяется одним из любых резцов, а если длина резания разная, то длина рабочего хода определяется по лимитирующему резцу при прочих равных условиях.
Методика расчетов режимов резания следующая:
1. Исходя из размеров токарной обработки указанных в наладке,
определяется длина рабочего хода (L d.o.) по формуле:
L d. o. = L d +L n,
где L d — длина резания;
Ln — величина подвода, врезания и перебега инструмента (см.
приложение).
Длину подвода, врезания и перебега инструмента определяют по таблицам (см. приложение)
2. Исходя из обрабатываемого материала (см. технические условия на
деталь), на инструменты (см. схему наладки) назначается подача на
оборот шпинделя So по таблице ( см. приложение)
3. Определяется стойкость инструмента. (Для резцов оснащенных
сменными многогранными пластинами стойкость
инструмента можно принять равной 30 минутам).
4. Определяется скорость резания (V) по формуле:
V = Vooae K1 K2 K3,
где Vooae – скорость резания;
K1 K2 K3 – коэффициенты, зависящие от марки и твердости материала детали и инструмента.
Табличное значение скорости и резания Vooae и коэффициентов
K1 K2 K3 при обработке стальных и чугунных заготовок определяется по таблицам (см. приложение).
5. Расчетное число оборотов (частота вращения) детали определяется по формуле
n = 1000V / пd
где d — диаметр заготовки.
6. Определяется основное время обработки То по формуле:
То = Lр.х. / s0 n
где Lp.x. — длина рабочего хода;
s0 — подача на оборот;
n — число оборотов.
При обработке валов на токарных прутковых и многошпиндельных
автоматах, фрезерных, сверлильных, шлифовальных и других станках
необходимо использовать соответствующую справочную литературу [1-5]
Нормирование технологических операций рассмотрим на примере обработки ступенчатого вала.
Рассмотрим варианты схем чернового обтачивания шеек вала с учетом затрат основного времени. При первом варианте обтачивание шеек
осуществляется от большого диаметра к меньшему, а основное
время ( Т 01) определяется по формуле:
T01 = l1 + 2l2 + 3l3 / ns.
Для второго варианта: T02 = l1 + 2l2 + 2l3 / ns.
Для третьего варианта: T03 = l1 + l2 + 2l3 / ns.
Шейки осуществляется при уже не жесткой третьей, самой меньшей по диаметру шейки, что может привести к погрешностям их обработки.
Четвертый вариант имеет тот же недостаток.
В третьем и пятом варианте наименее жесткая шейка обрабатывается
последней, что предпочтительней. При пятом варианте возникает
необходимость дважды переустанавливать заготовку (выполняя рабочий ход) 1, переустановку, рабочий ход 2, переустановка, рабочий ход 3) что вызовет
дополнительные погрешности обработки. Таким образом выбираю вариант
три который должен обеспечивать высокую производительность
и точность черновой обработки вала.
Для четвертого варианта: Q04 = l1 + l2 + 2l3 / ns.
Для пятого варианта: Q05 = l1 + l2 + 2l3 / ns.
Для шестого варианта: Q06 = l1 + l2 + 2l3 / ns.
Учитывая в нашем случае l1 = l2 = l3, то
Q01 = 6l/ns, T02 = 5l/ns, T03 = 4l/ns, Q04 = 4l/ns, T05 = 4l/ns, T06 = 4l/ns.
Таким образом наименее производительным оказались первый и второй варианты, а остальные — одинаковые.
Шестой вариант имеет существенный недостаток заключающийся в том, что полной обработке меньшего диаметра вал будет неравножестким. При обработке других шеек вал будет деформироваться, а возникшие погрешности невозможно исправить из-за отсутствия припуска.
11.
Сравнительная характеристика методов обработки детали
Обработка резанием
Литье под давлением
Обработка резанием — процессы механического срезания поверхностных слоев материала в виде стружки лезвийными или абразивными инструментами на металлорежущих станках с целью получения деталей с заданными формой, размерами и качеством поверхностей.
Основные виды процессов обработки резанием: точение, растачивание, фрезерование, строгание, сверление, зенкерование, развертывание, протягивание, шлифование, полирование, суперфиниш, доводка.
Разрабатываемая деталь выполняется с помощью токарной обработки.
Процессы обработки резанием имеют свои уникальные технологические возможности: малую энергоемкость и большую объемную производительность; относительная простота и универсальность формы режущих инструментов, обеспечивающих получение простейших и сложных поверхностей. Для обработки деталей резанием применяют металлорежущие станки всех основных групп. При массовом и крупно-серийном типах производств широко используют станки-автоматы.
Технологический процесс формообразования литьем под давлением выполняют на специальных литейных машинах. Основные преимущества процесса литья под давлением: высокая производительность, высокая точность размеров отливок, возможность получать тонкостенные детали сложной формы, низкая трудоемкость, рациональное использование исходного материала, высокая чистота поверхностей отливки (5-8 класс).
К наиболее существенным недостаткам литья под давлением относятся: пористость массы заготовки (из-за высоких скоростей движения жидкого материала при заполнении формы и быстрого остывания металла в форме), высокая стоимость пресс-форм.
12. Маршрутная технологическая карта
Важнейшим этапом выполнения курсового проекта является окончательное заполнение маршрутной технологической карты. В нее вносится предлагаемый маршрут механической обработки детали с указанием всех предлагаемых изменений и дополнений.
В условиях массового производства вал может быть обработан на одношпиндельном фрезерно-центровальном станке. Так же параллельно осуществляется фрезерование торцев, затем зацентровываются отверстия. Более сложная наладка в данном случае экономически оправдана большой партией обрабатываемых заготовок.
Затем вне зависимости от типа производства, с целью соблюдения принципа постоянства баз, вал обычно будет обрабатываться в центрах. И только в исключительных случаях, когда невозможно обеспечить заданный размер (например шлицевых шпоночных пазов, лысок и т.д.)
В условиях крупносерийного производства вал может быть обработан на двухпозиционном фрезерно-центровальном станке (соответственно и исходная заготовка будет взята приближенной к форме готовой детали)
Заготовка устанавливается на призму (двойная направляющая база) с упорами в торец ( опорная база)
В единичном и мелкосерийном производстве обработка вала осуществляется на универсальном оборудовании. В этом случае вал устанавливается в трехкулачковый патрон и зацентровывается один из торцев. Затем вал переворачивается (2-ой установ) обрабатывается и зацентровывается второй торец.
Таким образом на первой технологической операции необходимо обработать торцы вала, и осуществить их зацентровку. Если валы имеют одинаковые размеры и технические требования то и маршрут обработки у них будет одинаковый. Базовой поверхностью в процессе обработки будут на первой операции :
наружный диаметр вала. Затем центра (соблюдая принцип постоянства баз) Записав вариант обработки вала, исходя из материалов полученных на заводе (базовый процесс) или взятый из литературных источников (типовой процесс), необходимо предложить свой вариант обработки (проектируемый процесс). Результаты произведенного анализа операции должны быть занесены в маршрутную карту. Примеры маршрутных планов механической обработки ступенчатого вала представлены в табл. 12.1 и 12.2.
Таблица 12.1
В соответствии с порядком операций можно предложить следующий технологический маршрут обработки.
Маршрутный план Технологического процесса обработки ступенчатого вала на станке с ЧПУ
Вид заготовки – прокат
Материал – сталь 20
Размер партии запуска — 2500
№
Наименование и содержание операции
Оборудование
Оснастка
Средства автоматизации
005
Заготовка
Отрезать заготовку данного размера
Отрезной станок 8Б-66
Упоры
010
Выходной контроль заготовок
Контролировать отсутствие раковин, трещин окалин, размеры, твердость
Универсальный стенд для контроля заготовок
015
Комплектовочная
Уложить заготовку в тару.
Стенд для укладки деталей
Тара
Подъемник
020
Токарная обработка
Установить заготовку в трехкулачковый патрон и поджать задним центром
Точить заготовку выдерживая размеры
Токарно-винторезный станок с ЧПУ 16К20Ф3С5
трехкулачковый патрон
Робот манипулятор
025
Снять деталь
Уложить в тару
Стенд для укладки деталей
Тара
Подъемник
030
Фрезерная обработка
Установить вал в универсальную делительную головку и поджать задним центром.
Последовательно фрезеровать торцы
Фрезерно-сверлильный обрабатывающий центр
Универсальная делительная головка
Робот манипулятор
035
Фрезерная обработка
Фреза концевая
Тиски
040
Шлифовальная обработка
Установить деталь в приспособление, зажать.
Шлифовать торец
Универсальный круглошлифовальный станок
трехкулачковый патрон
045
Открепить, снять деталь
050
Слесарная
Тупить острые кромки
Верстак
Набор слесарного инструмента
Подъемник
055
Маркировка
верстак ОР 1960
Ударные клема
060
Контроль
Контролировать размеры и шероховатость детали согласно эскизу
Таблица 12.2
Проектируемый процесс
№
операций
Наименование операций
Оборудование
Приспособление
Режущий инструмент
Средства измерения
005
Заготовка
Отрезной станок 8Б-66
Упоры
Дисковая пила D=400мм
Штангельциркуль
010
Токарная
Токарно-винторезный станок ТВ-320
—
Резцы: проходные, отрезные, центровые сверла
Штангельциркуль
015
фрезерная
Фрезерный станок
Разрезная втулка
Фреза концевая D=20мм
Штангельциркуль
020
Шлифование
Шлифовальный станок,
круг 20
—
Абразивный круг
Микрометр
Базовый процесс
005
Пилоотрезная
Ленточно-пильный вертикальный станок модели 8532
010
Фрезерно-центровальная. Фрезеровать торцы начисто и зацентровать с 2-х сторон
Фрезерно-центровальный полуавтомат МР-71
Тиски
2 оправки для торцевых фрез; 2 сверлильных патрона (вспомогат.)
2 торцевые фрезы; 2 центровочных сверла
Штангельциркуль, линейка
015
Автоматная токарная. Обточить длинную часть вала начерно
Токарно-многорезцовый полуавтомат 1А730
Поводковый патрон с плавающим центром; возвращающийся центр
Стойка для крепления резцов;
резцы 2 проходных упорных и один прямой
Скобы для диаметров; Штангельциркуль, линейка
020
Токарно-винторезная. Обточить короткую часть вала
Токарно-винторезный станок 16К20
Центр жесткий; поводок; центр вращающий
Токарный проходной упорный резец
Скобы для диаметров; Штангельциркуль, линейка
025
Горизонталь
но–фрезерная.
Горизонтально-фрезерный станок 6М82Г
Специальное пневматическое тисочного типа. Оправка для фрезы
Фреза дисковая трехсторонняя
Штангельциркуль, линейка
Эффективность предлагаемого технологического процесса
Чтобы завершить изготовление продукции к определенному сроку необходимо планирование выполнения работ всеми исполнителями. Планирование значительно облегчается, если создать модель, в которой были бы отражены процессы, протекающие при изготовлении или проектировании изделий.
Система СПУ представляет собой комплекс графических и расчетных методов, организационных мероприятий и контрольных приемов, обеспечивающих моделирование, анализ и динамическую перестройку плана выполнения сложных процессов и разработок.
Построение сетевого графика
Сетевое планирование комплекса работ позволяет оценить количество и качество мероприятий, установить, от каких и в какой степени зависит достижение конечной цели.
Основано СПУ на графическом изображении комплекса работ, работы в их логической последовательности и взаимосвязи представляются графической моделью – сетевым графиком (сетью).
События
(предки)
начало работ (1)
Обработка торцов
(2)
готовность
документации (5)
Черновая и чистовая обработка наружных цилиндрических поверхностей
(3)
Зацентровка технологический отверстий
(4)
События
(потомки)
Обработка торцов
(2)
изготовление
деталей (4/3)
готовность
документации (5)
подготовка
документации
(5/2)
Черновая и чистовая обработка наружных цилиндрических поверхностей
(3)
закупка
дополнительного
оборудования
(10/5)
Зацентровка технологический отверстий
(4)
сборка блоков
(6/4)
составление
инструкций
(11/6)
готовность
изделия
(6)
установка
дополнительного
оборудования
(12/6)
компоновка
изделия (9/6)
Таким образом, мы пронумеровали все события. Используя эту нумерацию, а также указав вес дуг, построим график.
/>
Полученный график оказался неупорядоченным, т.к. предок 5 предшествует потомку 4. Эти числа необходимо поменять местами, чтобы получить упорядоченный граф – сетевой график.
События
(предки)
начало работ (1)
Обработка торцов
(2)
готовность
д/>окументации (5)
(4)
Черновая и чистовая обработка наружных цилиндрических поверхностей
(3)
Зацентровка технологический отверстий
(/>4)
(5)
События
(потомки)
Обработка торцов
(2)
изготовление
деталей (4/3)
г/>отовность
документации (5) (4)
подготовка
документации
(5/2)
Черновая и чистовая обработка наружных цилиндрических поверхностей
(3)
закупка
дополнительного
оборудования
(10/5)
Зацентровка технологический отверстий
(/>4)
(5)
сборка блоков
(6/4)
составление
инструкций
(11/6)
готовность
изделия
(6)
установка
дополнительного
оборудования
(12/6)
компоновка
изделия (9/6)
продолжение
--PAGE_BREAK--
Теперь мы получили окончательный сетевой график.
/>
Используя полученную нумерацию событий в графике, изменим вторую таблицу исходных данных в задании. Она примет вид:
Работы
Нормальный вариант
Ускоренный вариант
Прирост
затрат на
одни сутки
ускорения
Время
(сутки)
Затраты
(у.е.)
Время
(сутки)
Затраты
(у.е.)
1-2
4
100
3
120
20
1-3
10
150
5
225
15
2-5
6
50
4
100
25
3-4
5
70
2
100
10
3-6
12
250
6
430
30
4-5
11
260
6
435
35
5-6
9
180
6
300
40
ВСЕГО
1060
ВСЕГО
1710
АНАЛИЗ СЕТЕВОГО ГРАФИКА
Любая последовательность взаимосвязанных событий и работ на сетевом графике называется путем.
Полным путем называется путь от исходного до завершающего события. Путь от исходного до данного события называется путем, предшествующим данному событию. Путь от данного события до завершающего называется путем, последующим за данным событием. Продолжительность любого пути равна сумме продолжительности составляющих его работ.
Критическим называется наиболее продолжительный из полных путей. Критический путь определяет достаточно необходимое время выполнения всех работ, называемое критическим сроком.
Цель анализа сетевого графика заключается в том, чтобы выявить резервы времени работ, не лежащих на критическом пути, и направить их на работы, лимитирующие срок завершения комплекса работ. Результатом этого является сокращение продолжительности критического пути.
Проведем анализ сетевого графика:
Определяем время выполнения каждой работы и рассчитываем параметры сетевого графика. Анализируются резервы времени выполнения работ и возможность их использования с целью сокращения сроков выполнения работ, лежащих на критическом пути.
Данные представлены в таблице:
Полные пути
Продолжительность (сутки)
Нормальный ре-жим
Ускоренный ре-жим
1 – 3 – 6
22
11
1 – 2 – 5 – 6
19
13
1 – 3 – 4 – 5 — 6
35
19
ОПТИМИЗАЦИЯ СЕТЕВОГО ГРАФИКА
С каждой работой, имеющей определенный неизменный объем, связаны затраты на ее выполнение. Как правило, затраты на выполнение работы с неизменным ее объемом возрастают с уменьшением ее продолжительности и снижаются при увеличении ее продолжительности.
В связи с этим возможны варианты организации комплекса работ, отличающиеся продолжительностью его выполнения и затратами на его выполнение.
Для выбора наилучшего варианта служит оптимизация. Оптимальным считается тот вариант, который отвечает заданному критерию. Оптимизация сетевого графикаможет осуществляться по следующим двум критериям:
— минимизация времени выполнения комплекса работ при заданных затратах на это выполнение;
— минимизация затрат на выполнение комплекса работ при заданном времени этого выполнения.
Таким образом, нельзя добиться выполнения комплекса работ одновременно в минимальные сроки и с наименьшими затратами.
Требуется оптимизировать по критерию минимизации затрат сетевой график при заданной продолжительности выполнения всего комплекса работ за 21 сутки.
Представим алгоритм решения поставленной оптимизационной задачи первым способом (нормальный вариант выполнения комплекса работ) в таблице:
№
шага
Суточный прирост затрат
Работа
Количество сокращаемых суток
Продолжительность
полного пути
Общий
прирост
затрат
1–3–6
1–2–5–6
1–3–4-5-6
-
-
-
22
19
35
-
1
10
3-4
(3) 3
-
-
32
30
2
15
1-3
(5) 5
17
-
27
75
3
20
1-2
(1)
-
-
-
-
4
25
2-5
(2)
-
-
-
-
5
30
3-6
(6)
-
-
-
-
6
35
4-5
(5) 5
-
-
22
175
7
40
5-6
(3) 1
-
18
21
40
В С Е Г О
320
В этой таблице работы расположены в порядке возрастания суточного прироста затрат на изменение (снижение) их продолжительности. Наименования полных путей и их продолжительность взяты из результатов предыдущего анализа сетевого графика для рассматриваемого нормального варианта. Максимально возможное количество сокращаемых суток для каждой работы указано в скобках.
На первом шаге рассматривается работа 3-4, которая входит в третий полный путь и ее продолжительность может быть сокращена на все 3 суток, т.к. продолжительность третьего полного пути, а следовательно и всего комплекса работ будет все еще выше требуемой. Такое снижение продолжительности рассматриваемой работы на 3 суток приведет к увеличению затрат на выполнение этой работы, а следовательно, и всего комплекса работ в размере: 3*10=30 у.е.
Далее рассмотрим возможность снижения продолжительности работ 1-3, на втором шаге, которая входит в первый и третий пути, ее продолжительность можно сократить по максимуму. Работы 1-2, 2-5, 3-6 входят в первый либо во второй пути продолжительность которых уже не превышает требуемой, поэтому снижении их продолжительности не производится и затраты не увеличиваются. На шестом шаге стоит работа 4-5, которая входит в третий путь, производим сокращение ее продолжительности по максимуму. А на седьмом шаге уменьшение продолжительности работы 5-6, входящей во второй и третий полные пути, определяются продолжительности более критичного третьего полного пути, соответствующей продолжительности всего комплекса работ. Поэтому эта продолжительность уменьшается на 1 сутки и тем самым достигается заданная продолжительность всего комплекса работ.
Подсчитав суммарные дополнительные затраты на произведенное сокращение продолжительностей работ (320 у.е.) и зная первоначальную стоимость (1060 у.е.) всего комплекса работ в рассматриваемом нормальном варианте его выполнения, получим, что при снижении продолжительности выполнения всего комплекса работ с 35 суток до 21 суток оптимальные затраты составят 1060+320=1380 (у.е.).
Представим алгоритм решения поставленной оптимизационной задачи вторым способом (ускоренный вариант выполнения комплекса работ) в таблице:
№
шага
Суточный прирост затрат
Работа
Количество сокращаемых суток
Продолжительность
полного пути
Общее снижение
затрат
1–3–6
1–2–5–6
1–3–4-5-6
-
-
-
11
13
19
-
1
40
5-6
(3) 2
-
15
21
— 80
2
35
4-5
(5)
-
-
-
-
3
30
3-6
(6) 6
17
-
-
— 180
4
25
2-5
(2) 2
-
17
-
— 50
5
20
1-2
(1) 1
-
18
-
— 20
6
15
1-3
(5)
-
-
-
-
7
10
3-4
(3)
-
-
-
-
В С Е Г О
— 330
Отличие этой таблицы от предыдущей состоит в том, что в ней работы располагаются в порядке убывания их суточного прироста затрат на изменение ( увеличение) их продолжительности. Продолжительность полных путей здесь соответствует другому варианту и взята из результатов предыдущего анализа сетевого графика для рассматриваемого ускоренного варианта выполнения всего комплекса работ. В последней колонке теперь будет рассчитываться уже снижение затрат.
На первом шаге продолжительность работы 5-6 может быть увеличена только на 2 суток, т. к. при этом продолжительность третьего полного пути станет как требуемая в задании.
Тогда затраты на эту работу, с более поздним сроком выполнения, снизятся на 2*40=80 (у. е), т.е. -80 у. е.
Второй шаг не используем, т.к увеличение продолжительности соответствующей работы ему работы 4-5 приведет к недопустимому увеличению продолжительности третьего полного пути, а следовательно и всего комплекса работ.
Рассматривая работы 3-6, 2-5, 1-2, приходим к выводу, что их продолжительность можно увеличить на максимально возможную величину, т. к. это никак не скажется на увеличении продолжительности всего комплекса работ, а сокращение затрат будет максимальным.
Шестой и седьмой шаг пропускаем по той же причине, что и второй шаг.
Подсчитав суммарное снижение затрат из-за произведенного увеличения продолжительностей работ (-330 у.е.) и зная первоначальную стоимость (1710 у.е.) всего комплекса работ в рассматриваемом ускоренном варианте его выполнения, получим, что при увеличении продолжительности выполнения всего комплекса работ с 19 суток до 21 суток оптимальные затраты составят 1710-330=1380 (у.е.).
Итоговые результаты, полученные обоими способами оптимизации, должны совпадать. Проверим это:
1) продолжительности соответствующих полных путей после оптимизации совпадают – 17,18,21;
2) стоимости выполнения всего комплекса работ после оптимизации совпадают – 1380.
Таким образом, при оптимизации можно использовать один из указанных критериев и полученный результат будет действительно наилучшим при имеющихся исходных данных. Если по условиям заданы сроки выполнения работ и количество исполнителей, есть возможность оптимизировать график, перераспределяя, сокращая или увеличивая число исполнителей отдельных работ. Алгоритм расчетов остается прежним. Расчеты параметров сети, оценка вероятности совершения отдельных событий и всего комплекса работ в директивные сроки, оптимизация графика могут проводиться вручную лишь для простых сетей, содержащих не более 400–500 событий. Если же событий больше или требуется решить задачу перераспределения ресурсов хотя бы и для небольших сетей, расчеты проводятся с использованием ЭВМ.
Общие выводы и рекомендации
Таким образом, использование типового технологического процесса облегчает проектирование, конструирование детали, ее изготовление и контроль.
Благодаря экономии не только времени, которое было бы затрачено на разработку в случае отсутствия такого «прототипа», но и сокращение затрат, требующихся на исправление и утилизацию брака при использовании неотработанных технологии, оборудования и оснастки, удается получить хорошие экономические показатели технологического процесса изготовления и сборки даже для небольших партий продукции и оборудования.
Наибольшее время при использовании типового процесса приходится затрачивать на технологическую подготовку производства, которая необходима для подгонки «прототипа» для конкретной детали. Учитывая, что многие операции из ТПП являются стандартными и вполне могли бы выполняться с помощью вычислительной техники, в настоящее время преобладающим является тенденция к оной или хотя бы частичной автоматизации процесса технологической подготовки производства.
Список использованной литературы
1. ГОСТ 3.1118-82. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления маршрутных карт. М.: Из-во стандартов, 1995, 22 с.
2. Степанов Б.А., Айрапетян А.С., Граблев А.Н., Сафронов В.А. Технология машиностроения. Учебно-методическое пособие к выполнению курсового проекта. М.: МГИУ, 2008, 75 с.
3. ГОСТ 3.1127-93. Единая система технологической документации. Общие правила выполнения текстовых технологических документов. М.: Из-во стандартов, 1994, 12 с.
4. ГОСТ 3.1128-93. Единая система технологической документации. Общие правила выполнения графических технологических документов. М.: Из-во
5. Ревин С.А. Методические указания по проектированию технологических процессов механической обработки деталей машин. М. 1979, 215 с.
6. ГОСТ 2.109-73. Единая система конструкторской документации. Основ
ные требования к чертежам. М.: Из-во стандартов, 2002, 136 с.
7. Демина Л.М. Пояснительная записка дипломного проекта (работы).
М.: МГИУ, 2004, 31 с.
8. Обработка деталей на токарном станке с ЧПУ. Методические указания к лабораторным работам. — Вологда.
9. Обработка деталей на фрезерном станке с ЧПУ. Методические указания к лабораторным работам. — Вологда.
10. Клепиков В.В. Бодров А.Н Технология машиностроения М.: Форум 2008, 860 с.
11. Аверьянов О.Н., Клепиков В.В., Бодров А.Н. Совершенствование оборудовании. М.: Школьная книга, 2003, 392 с.
12. Фотеев Н.К., Бодров А.Н., Клепиков В.В. Производство заготовок в ма-
шиностроении. М.: Школьная книга, 2003, 224 с.
13. Таратынов О.В., Аверьянов О.Н., Клепиков В.В. Проектирование и расчет металлорежущего инструмента на ЭВМ. М.: МГИУ, 2001.
14. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ. М.: Машиностроения, 1976, 140 с.