КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ:
«Автоматизациятехнологического процесса»
НА ТЕМУ:
«Автоматизациятехнологического процесса обработки детали»
/>Содержание
Содержание
1 Разработка технологического процессаизготовления детали
1.1 Анализ конструкциидетали
1.2 Выбор методаполучения заготовки
1.3 Разработкатехнологического процесса
1.4 Расчёт режимоврезания и норм времени
2 Разработка автоматической линии
2.1 Выбор структурнойсхемы автоматической линии
2.2 Выбор и компоновкатехнологического оборудования
2.3 Выбор и компоновкатранспортных средств
2.4 Выбор методов исредств контроля
2.5 Составлениециклограммы работы автоматической линии
3 Построение системы управления электроприводомметаллообрабатывающего станка
Список литературы
/>1Разработка технологического процесса изготовления детали/>1.1Анализ конструкции детали
Анализконструкции детали произведём с точки зрения её технологичности при обработкена станках, обеспечении требуемой программы выпуска, экономии материала, энергии,затрат производимых при изготовлении детали.
Данная детальимеет простую конструкцию. Имеются поверхности для базирования и закрепления настанках на всех операциях.
Обрабатываемаядеталь – ступенчатый вал, изготавливаемый из стали 40, имеет повышенныетребования к качеству поверхностей Æ29 и конусной поверхности,шероховатость которых Ra 1,25 мкм. Шероховатость Ra 3,2 мкм имеютповерхности Æ49, Æ55. Поверхности Æ37 и Æ21 свободны.
Канавки могутбыть получены канавочным резцом после обработки шеек вала. Фаски точатся впоследнюю очередь. На поверхности с неуказанной шероховатостью в соответствии счертежом необходимо обеспечить Ra 6,3 мкм.
При даннойформе и конфигурации детали имеется возможность обработки большинстваповерхностей проходным резцом. Диаметральные размеры шеек вала убывают к концамвала, что несколько затрудняет их обработку. Шпоночные канавки отсутствуют, чтосокращает число операций. В конструкции детали отсутствуют резкие перепадыдиаметров.
Деталь имеетдостаточную жесткость для применения высокопроизводительных методов обработки.
Отношениедлины вала к минимальному диаметру не должно превышать 15:
/>
Такимобразом, можно сделать вывод, что деталь технологична за исключениемуменьшающихся к концам вала диаметров шеек и резьбы./>1.2Выбор метода получения заготовки
Материалдетали сталь 40 – среднеуглеродистая с содержанием углерода 0,40%. Имеетхорошую пластичность, вязкость, высокое сопротивление появлению трещин.Применяют для большой группы деталей машин работающих не только при статическихнагрузках, но и в условиях циклических нагрузок. Относится к недорогомуконструкционному материалу.
Заготовку дляпроизводства вала можно получить несколькими способами. Рассмотрим следующие изних: литьё под давлением, поперечно-клиновый прокат и использование в качествезаготовки круглого проката. Оценивать тот или иной способ будем по коэффициентуиспользования металла, подверженности металла данному методу обработки, а также по себестоимости получения заготовки.
При литьесталь имеет высокую усадку, низкую жидкотекучесть, склонность к образованиюгорячих трещин. Припуски на последующую механическую обработку получаются впределах 4…6 мм, что приводит к уменьшению коэффициента использования металла –много металла уходит в стружку, что приводит к увеличению времени намеханическую обработку и удорожанию обработки.
Прииспользовании круглого проката припуски получаются автоматически, и будут наотдельных частях детали очень большими. Коэффициент использования металла0,6…0,7. В связи с этим также увеличивается время на обработку, повышаетсяизнос инструмента, а значит, возрастает себестоимость готовой детали.
Наиболееоптимальный способ получения заготовки – это поперечно-клиновой прокат, которыйпозволяет назначить припуски в пределах 1,5…2,5 мм в зависимости от размеровповерхности. При прокате повышаются механические свойства металла. Метод имеетвысокую производительность, что удешевляет заготовку. Коэффициент использованияметалла 0,9./>1.3Разработка технологического процесса
Операциибудут строиться из малого числа простых технологических переходов, то естьтехнологический процесс разрабатываем по принципу дифференциации операций. Этосвязано в первую очередь с возможностью отделения сложной и точной чистовойобработки, требующей высокоточных станков, от предварительной черновойобработки, которая может производиться высокопроизводительными способами.Дифференциация в условиях средне — серийного производства является экономическицелесообразным построением технологического процесса.
Минимальновозможным числом операций может быть четыре, это связано с особенностями иметодами обработки отдельных поверхностей вала, а также осуществлением чистовойи черновой обработки на отдельных станках.
Операцияфрезерно-центровальная: на фрезерно-центровальном автомате за один установможно произвести фрезерованием торцов вала и их зацентровку.
Операциятокарная: на токарном автомате производится черновое наружное точение шеек валапроходным резцом.
Операциятокарная: на токарном автомате чистовая обработка шеек вала с выдерживаниемдиаметральных и линейных размеров согласно требованиям чертежа.
Операциятокарная: прорезка канавок канавочным резцом и снятие фаски фасочным резцом натокарном автомате.
/>1.4Расчёт режимов резания и норм времени
Всоответствии с требуемой точностью обработки и шероховатостью поверхностейследует назначать режимы резания: скорость вращения шпинделя, глубину резания,подачу.
Общий припускпод всю механическую обработку 2,5 мм на сторону. Припуск под черновую токарнуюобработку — 2 мм, под чистовую – 0,5 мм.
Прифрезеровании торцов принимаем подачу S=0,2 мм/об, частоту вращения инструмента (фрезы) n=650 мин-1,глубину равную припуску на торце t=2,5 мм. Длину рабочего хода:
/>
где dТ – наибольший диаметрфрезеруемого торца, мм.
Расчётноевремя обработки
/>
При черновомточении принимаем следующие режимы: глубина резания t=2 мм, подача S=0,4 мм/об., частотавращения заготовки n=650мин-1. Длину рабочего хода принимаем равной длинешейки вала. Расчётное время обработки:
/>
Остальныережимы резания и время на обработку приведём в технологической карте (таблица 1.1).
Таблица 1.1 – Маршруттехнологического процессаОперации
Операционный
эскиз
Припуск
мм
Длина раб. хода,
мм Режимы
tP,
мин
n,
мин-1
S,
/>
t,
мм i 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Фрезеро-вание
торцов
/> 2,5 32 650 0,2 2,5 1 0,3
Центро-вание
торцов
/> 2,5 10 500 0,1 2 1 0,2
Черновое
точение шеек
№1
№2
№3
№4
№5
№6
/> 2
20
42
13
27
23
27 650 0,5 2 1
0,061
0,129
0,040
0,083
0,070
0,083
Чистовое
точение шеек
№1
№2
№3
№4
№5
№6
/> 0,5
20
42
13
27
23
27 1000 0,15 0,5 1
0,133
0,280
0,087
0,180
0,153
0,180
Прорезка
канавок
/>
1
3,5 17 800 0,12
1
3,5 1 0,177 Точение фасок
/>
2
2
3
2
3 5 800 0,1
2
2
3
2
3 1 0,06
Нарезание
резьбы
/> 2 27 90 1 2 2 0,6 /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
На основеопределённого времени на обработку составим типовой технологический маршрут.
Таблица 1.2 – Типовойтехнологический маршрутОперации
ТО, мин
Фрезерование торцов
Зацентровка торцов
0,25
0,2 I позиция – 0,45
Черновая токарная обработка
шеек вала
№1
№2
№3
№4
№5
№6
0,061
0,129
0,040
0,083
0,070
0,083 II позиция – 0,466
Чистовая токарная обработка
шеек вала
№1
№2
№3
№4
№5
№6
0,133
0,280
0,087
0,180
0,153
0,180 III позиция – 1,013
Прорезка канавок
Точение фаски
0,177
0,06 IV позиция – 0,237
Нарезание
резьбы 0,6 V позиция – 0,6
Минимальнаякомпоновка автоматической линии будет состоять из пяти позиций: одногофрезерно-центровального автомата и четырёх токарных автоматов. Лимитирующей позициейявляется чистовая обработка шеек вала – 1,013 мин.
Дифференцируяобщий объём обработки вала на число позиций (станков), можно сократитьдлительность рабочих ходов цикла. Переходы, основное время которых превышает 0,25мин, необходимо расчленить на более мелкие. Максимальное число позиций 10ограничивается невозможностью дробления фрезерования торцов на 2 станка.
Приведёмтехнологическую схему обработки при восьми позиционном варианте (q=5):
I поз. – 0,45 мин:фрезерование торцов, центрование торцов;
II поз. – 0,466 мин:черновое точение шеек №1, №2, №3, №4, №5, №6
III поз. – 1,013 мин:чистовое точение шеек №1, №2, №3, №4, №5, №6;
IV поз. – 0,237 мин: прорезкаканавок и точение фасок.;
V поз. – 0,6 мин:нарезание резьбы;
Такимобразом, для обработки вала даже при простейшем построении однопоточнойобработки и жёсткой межагрегатной связью автоматическую линию можно построитьпо 8 вариантам q=5…13.
Для выбораварианта структуры автоматической линии необходимо рассчитать производительностьавтоматической линии по формуле:
/> , шт/смену
где Р=1 –количество параллельных линий,
ТОmax – время наиболеедлительной операции,
tX=0,25 мин – времяхолостых ходов,
∑Сi=0,12 мин/шт – ожидаемыевнецикловые потери,
te=0,02 мин/шт –ожидаемыепростои и внецикловые потери из-за
отказовустройств и механизмов,
ny=1,2,3,4 – числоучастков,
w – коэффициент возрастаниявнецикловых потерь при различных вариантах количества участков.
Определим QАЛ для варианта q=5, ny=1, ТОmax=1,013 мин
/> шт/см.
Значенияпроизводительностей для других структурных вариантов сведём в таблицу 1.3 ирисунок 1.1.
Таблица 1.3 –Производительности автоматической линииq Tomax, мин Qал, шт/смену nу=1 nу=2 nу=3 nу=4 5 1,013 323,6682 6 0,6 440,367 458,0153 465,6577 7 0,513 469,2082 8 0,5 466,0194 494,8454 513,0398 9 0,46 475,2475 525,5091 10 0,45 470,5882 509,5541 11 0,367 501,5674 12 0,333 509,0138 566,706 593,3251 606,2137 13 1,013 516,129
Из заданиятребуемая производительность автоматической линии QАЛ(min)=395 шт/см, с увеличениемдо Qmax=513,5 шт/см. В данныйдиапазон попадает 2 структурных варианта:
/>
Рисунок 1.1 Производительностьавтоматических линий обработки ступенчатого вала при различных структурныхвариантах обработки
/>
Рисунок 1.2 Конкурирующиеструктурные варианты построения автоматической линии обработки ступенчатоговала/>
2 Разработка автоматической линии/>2.1Выбор структурной схемы автоматической линии
Определимприведённые затраты для каждого из вариантов
/>,
где Кi – стоимость оборудованиядля i-говарианта, €,
Сi – годовыеэксплуатационные затраты для i-го варианта, €,
ЕН=0,15– нормативный коэффициент эффективности
/>,
где САВТ=29000у.е. — стоимость одного станка автомата,
СНАК=4000у.е. — стоимость накопителя,
СЗУ=2000у.е. — стоимость загрузочного устройства,
СТС– стоимость транспортной системы,
/> у.е.,
/> у.е.,
/>,
где А –амортизационные отчисления, принимаем 12% от стоимости оборудования,
ЗР– затраты на текущий ремонт и межремонтное обслуживание, принимаем 7% отстоимости оборудования,
ЗПЛ –годовой фонд заработной платы рабочих при двухсменной работе,
СИН=4500у.е. – годовые расходы на инструмент и электроэнергию.
/>у.е.,
Тогдаприведённые затраты для первого варианта
/>у.е.
При сравнениивсе полученные значения приведённых затрат должны быть скорректированы наодинаковый выпуск продукции CПi*φi.
/>
/>у.е.
Результатывычисления приведённых затрат сводим в таблицу4.
Таблица 4 – Приведённыезатратыq ny Q
СТС K С
СП φ1
СП 6 1 440,367 6600 192600 53574 82464 1,165 96065,4 6 2 458,015 9600 199600 54904 84844 1,120 95029,5 6 3 465,658 12600 206600 56234 87224 1,102 96091,9 8 1 466,019 7800 255800 65582 103952 1,101 114431,7 7 1 469,208 7200 224200 59578 93208 1,093 101907,2 10 1 470,588 9000 319000 77590 125440 1,090 136745,3 9 1 475,248 8400 287400 71586 114696 1,079 123807,2 8 2 494,845 10800 262800 66912 106332 1,037 110233,0 11 1 501,567 9600 350600 83594 136184 1,023 139288,1 12 1 509,014 10200 382200 89598 146928 1,008 148078,6 10 2 509,554 12000 326000 78920 127820 1,007 128684,4 8 4 513,040 16800 276800 69572 111092 1,000 111083,4
Наиболееоптимальный вариантом является QАЛ1=469,208 шт/см, q=7, ny=1, ТOmax=0,513 мин.
Автоматическаялиния представляет собой группу станков, расположенных по ходу технологическогопроцесса, связанных между собой транспортной системой и имеющих единую системууправления.
По видупередачи изделий от станка к станку принимаем автоматическую линию с боковым(фронтальным) транспортированием.
Порасположению оборудования автоматическая линия незамкнутая с жёсткой связью.Все станки работают в одном такте. Транспортная система проходит через всерабочие позиции, во время обработки детали снимаются с транспортёра,фиксируются и зажимаются на базовых поверхностях./>2.2Выбор и компоновка технологического оборудования
Всоответствии с разработанным технологическим процессом выбираем следующеетехнологическое оборудование автоматической линии:
Обработкаторцов и центрование: двухсторонний фрезерно-центровальный станок модели 6С230со следующими основными характеристиками:
Наибольшийдиаметр вала 60 мм;
Наибольшаядлинна вала 160 мм;
Частотавращения шпинделя 125-1250 мин-1;
Мощностьэлектродвигателя 4,2 кВт;
Габариты(ДхШхВ) 1400х2160х3200 мм;
Масса 4,2 т.
Обработкашеек вала, точение фасок прорезка канавок: и нарезание резьбы, одношпиндельныйтокарно-револьверный автомат модели МЕ226С1:
Наибольшийдиаметр вала 60 мм;
Наибольшаядлинна вала 200 мм;
Частотавращения шпинделя 33-2000 мин-1;
Мощностьэлектродвигателя 5,5 кВт;
Габарит(ДхШхВ) 2200х1250х1850 мм;
Масса 3,2 т.
/>2.3 Выбори компоновка транспортных средств
Дляпроектируемой автоматической линии с параллельной работой и фронтальнымрасположением оборудования необходимы механические подъёмники, которые будутосуществлять загрузку и выгрузку заготовок и деталей, а так же отводящийконвейер для перемещения деталей между позициями.
Автоматическиеподъёмники прерывистого действия широко применяются в транспортных системахавтоматических линий. В процессе транспортировки в подъёмниках детали могуториентироваться для загрузки на станок в определённом направлении. Выбираемподъёмник модели КК5А.
Диаметртранспортируемых валов до 80 мм;
Наибольшаядлинна валов 160 мм;
Тип привода пневматический;
Регулированиескорости бесступенчатое;
Скоростьдвижения:
Каретки 10м/мин;
Кассетызагрузки/выгрузки 12 м/мин;
Габариты(ДхШхВ) 1250х900х1900 мм;
Масса 800 кг.
Отводящиеконвейеры обеспечивают непрерывное принудительное перемещение заготовок илидеталей по фронту автоматической линии с распределением их между параллельноработающими станками и сбором обработанных деталей./>2.4 Выборметодов и средств контроля
Наибольшиетребования по точности получаемого вала предъявляются к диаметрам шеек, а такжек геометрической точности цилиндрических поверхностей вала. В связи с этимпринимаем в качестве измерительной станции КА-60:
Контролируемыепараметры – наружный диаметр, конусность, бочкообразность;
Диапазонразмеров контролируемых деталей:
По диаметру 5…60мм;
По длине100…200 мм;
Предельнодопустимая погрешность измерений автомата 0,2 мкм;
Тип преобразователейоптикоэлектронный;
Производительность1500 шт/час;
Мощностьэлектродвигателя 2,5 кВт;
Габариты(ДхШхВ) 1300х1000х1680 мм./>2.5 Составлениециклограммы работы автоматической линии
Транспортированиеизделий между рабочими позициями осуществляется отводящим конвейером. Определимвремя на перемещения изделия:
/> с,
где l=800 мм – расстояниемежду двумя соседними изделиями на конвейере;
VK =12 м/мин – скоростьдвижения конвейера.
Время наподвод изделия в рабочую позицию, а также зажим и фиксацию принимаем согласнотехнической характеристики автоматического подъёмника t=4 с.
Времябыстрого подвода инструмента к обрабатываемой поверхности вала:
/> с,
где ln=200 мм – путь холостогохода инструмента;
Vn=10 м/мин – скоростьбыстрых перемещений.
Время отводаинструмента:
/> с,
где lO=300 мм – путь пройденныйинструментом при отводе.
Составимциклограмму обработки.
/>
Рисунок 1 – Циклограммаавтоматической линии
/>/>3 Построение системы управления электроприводомметаллообрабатывающего станка
На фрезерномстанке производится цикл обработки Т-образного паза Т-образной фрезой. Вращениешпинделя осуществляется от индивидуального привода – двигателя постоянного токаМ1. Привод подач также имеет два индивидуальных двигателя постоянного тока длядвижения стола вдоль каждой из осей.
/>
Рисунок 3.1 – Типовойцикл фрезерования прямого паза концевой фрезой
Согласнозаданию можно составить словесное описание процесса обработки:
— поразрешающему сигналу включаются двигатели М2 и М3 и осуществляетсявспомогательный ход вдоль осей X и Z в обратном направлении;
— срабатываетдатчик перемещения SP1 и движение вдоль осей X и Z прекращается, включается вспомогательное прямое перемещениепо оси Z;
— присрабатывании датчика SP2 движение вдоль оси Z прекращается, включаетсявращение шпинделя (двигатель М1) и рабочий ход по оси X в прямом направлении;
— присрабатывании датчика SP3 отключается рабочий ход по оси X, а включаетсявспомогательный ход вдоль осей X и Z в обратном направлении;
— при срабатываниидатчика SP4 отключается перемещение по осям X и Z в обратном направлении ивыключается вращение шпинделя.
Чтобыреализовать данный цикл обработки необходимо управление тремя двигателями взамкнутой последовательности. В схеме необходимо предусмотреть реверсдвигателей М2 и М3, а также регулирование скорости двигателя М2. Снижениескорости вращения двигателя будем осуществлять путём включения в цепь якорядополнительного сопротивления.
Составимциклограмму работы автомата (рисунок 3.2).
/>
Рисунок 3.2 – Циклограммаработы автомата
Составимлогические функции:
/> />
Всхеме управления необходимо предусмотреть элементы памяти, так как конечныевыключатели формируют кратковременный импульс.
Определимпараметры источника питания, который включает стабилизатор напряжения,трансформатор, выпрямитель и С-фильтр:
Токнагрузки
/> мА
где IR1=IВЫХ=1 мА – ток на выходе логического устройства;
IK=ICP=60мА – ток срабатывания реле К;
Прямойток диодов для мостовой схемы:
/> мА
Максимальноеобратное напряжение диода:
/> В
где UН= UП=10 В – напряжение нанагрузке.
Покаталогу выбираем диоды RVD1SR35
/>
Рисунок 3.1 –Схема источника питания
Действующеенапряжение вторичной обмотки:
/>В
Коэффициенттрансформации:
/>
ПараметрыС-фильтра выбираем исходя из допустимого коэффициента пульсации для С-фильтра КП= 0,1%
/>
где m =1 – число фаз;
fC= 50 Гц – частота тока;
/>Ом
/>мкФ
Рабочеенапряжение конденсатора:
/>В
Принимаемконденсатор 75мкФх15В.
Определимпараметры каскада транзисторного усилителя. Исходные данные: напряжение питания9 В, токколлектора равный току срабатывания реле 60мА, сопротивление цепи коллектора равное сопротивлениюкатушки реле 115 Ом, напряжение UБЭ=1В (для кремниевых транзисторов UБЭ=0,6…1,1 В), статическийкоэффициент передачи тока βСТ=80 (50…250). Глубинаотрицательной обратной связи задаётся коэффициентом обратной связи 1
Сопротивлениецепи эмиттера:
/>Ом
Напряжениемежду коллектором и эмиттером:
/>В
Покаталогу выбираем транзистор 2SC2001K
Делительнапряжения включает два сопротивления, причём R1=R+RУ.Задаём ток делителя:
/>А
принимаемIд = 0,004 А = 4 мА
/>Ом
/>
/>Ом
где Rу=115 Ом –сопротивление логического устройства.
РезисторыR и R2 выбираем подстроечные.
В качествеисполнительного устройства принимаем двигатели постоянного тока 4ПФ132S.
Список литературы
1 Автоматические линии в машиностроении.Справочник в 3-х томах./Под ред. Волочевича Л.И. М.: Машиностроение 1984.
2 Справочник технолога-машиностроителя в 2-хтомах./Под ред. А.Г.Косиловой, Р.К.Мещерякова. М.: Машиностроение 1985.
3 Комышный Н.И. Автоматизация загрузки станков.М.: Машиностроение 1977.
4 Корсаков В.С. Автоматизация производственныхпроцессов. М.: Высшая школа 1978.