Преподаватель Вечер Р.И.

1.1 Назначение и конструкция обрабатываемой детали

Деталь КЗК 0119603, который устанавливается на шасси КЗК-7-0100000 универсально энергетического средства «Полесье-250».

По Ш53Н8 деталь приваривается к рычагу КЗК01196. На Ш35f9 устанавливается кожух, который служит для распределения смазки по всей поверхности.

По Ш25 устанавливается кронштейн, который фиксируется по резьбе М20x1.5-6g.

Вал изготавливается из стали 40Х (ГОСТ 4543-71), химический состав и механические свойства которого приведены в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1

Химический состав стали 40Х в процентах

Таблица 1.2

Механические свойства стали 40Х

Таким образом, исходя из служебного назначения, конфигурации вала 0119603 и условий работы детали в узле использование материала стали 40Х ГОСТ 4543-71 оправдано.

1.2 Анализ детали с точки зрения её возможности обработки на автоматическом оборудовании

Деталь вал имеет простую геометрическую диаметральную форму, чёткие технологические базы и может быть автоматизирована для передачи на оборудование и механической обработки на станках.

Анализ должен дать возможность оценить степень подготовленности конструкции изделия к автоматизированному производству. В основу способа положен принцип поэлементного анализа конструкции изделия с точки зрения возможности и технической целесообразности автоматического выполнения дискретных операций ориентации деталей в пространстве и во времени, подачи их в рабочие органы, базирования (установки) в рабочей позиции, съёма, послеоперационного транспортирования. При этом предполагается, что выполнение основных операций обосновано и оправдано.

Параметрами оценки являются: конфигурация, физико-механические свойства детали, сечение поверхности, сцепляемость, абсолютные размеры и их соотношение, показатели симметрии, специфические свойства детали и т.д., т.е., основные свойства детали.

Все свойства детали взаимосвязаны, находятся в единой связи и в совокупности определяют её качественную характеристику. Для исследования деталей или изделий в целом характерные свойства дифференцированы на семь ступеней. Каждая ступень качественно характеризует определённую совокупность свойств [1]:

1 - не требует ориентации; деталь металлическая - 0000000;

2 - сцепление полем - 700000;

3 - стержневая ферромагнитная - 10000;

4 - круглая прямая - 2000;

5 - одна ось вращения - 200;

6 - Центральное отверстие отсутствует - 00;

7 - Паз; отверстие, не центральное с одной стороны - 7;

По характеристике категорий сложности автоматизации вал КЗК 0119603 по сумме баллов набирает 0712207-22, что по таблице 1.2 соответствует автоматизации средней сложности [2]. Требуется обработка системы ориентации, загрузки детали в рабочие органы. Известны технические решения, которые применяем для автоматизированного участка.

1.3 Разработка технологического маршрута обработки автоматизированного участка

Технология автоматизированных участков в значительной мере отличается от технологии традиционный производственных систем, что в первую очередь связано с «безлюдным» режимом производства, быстрой переналаживаемостью и высокой производительностью при многономенклатурном характере производства, одновременного запуска комплектов деталей. Создание производственных систем, удовлетворяющей всей совокупности перечисленных требований, стало возможным только после разработки и широкого промышленного внедрения новых технологических средств и отдельных подсистем, в том числе станков с Ч1ТУ и промышленных роботов, систем автоматического регулирования технологическими и производственными процессами; электронно-вычислительных машин и управляющих вычислительных комплексов, а также систем автоматизации технологической подготовки производства.

В автоматизированном производстве конструкция детали, технологический процесс её обработки, конструкция основных узлов станков и расчёт рабочих позиций взаимосвязаны между собой и создаются с учетом этой взаимосвязи. При проектировании технологического процесса для автоматизированного участка должны учитываться специфические условия обработки [6]:

- возможность автоматической установки заготовки в рабочей позиции;

- синхронизация выполнения технологических переходов во времени;

- соответствие времени цикла заданному такту выпуска;

- возможность одновременной обработки взаимосвязанных поверхностей со стабильной точностью.

Технологический процесс производства детали - это процесс непрерывного повышения точности ее параметров, процесс постепенного снижения погрешностей черновой заготовки до точных размеров детали соответствующих требованиям чертежа.

Технология ГПС в области машиностроения - это дальнейшее развитие общей технологии машиностроения и в первую очередь ее разделов относящихся к автоматизации управления технологическими процессами.

Перерабатываем базовый технологический процесс механической обработки детали вал КЗК 0119603 к условиям автоматизированного производства участка цеха. Применяем станки с ЧПУ, промышленные роботы и манипуляторы, транспортные системы, накопители, а также средства управления. Разработанный маршрут заносим в технологические карты и помещаем в приложение А.

1.4 Определение норм времени

Норма штучно-кальуляционного времени Тш-к:

,

где Т_шт - штучное время;

Тшт = То+Тв+Тоб+Тот,

где Т_п-з - подготовительно-заключительное время, мин;

n - количество деталей в настроечной партии, шт.;

Т_о - основное время, мин;

Т_в - вспомогательное время, мин;

T_от - время перерывов на отдых и личные надобности, мин.

Вспомогательное время состоит из затрат времени на отдельные приемы:

Тв = Т_ус + Т_зо + Т_уп + Т_из,

где Т_ус - время на установку и снятие детали, мин;

Т_зо - время на закрепление и открепление детали, мин;

Т_уп - время на приемы управления, мин;

Т_из - время на измерение детали, мин;

Т_об - время на обслуживание рабочего места, мин.

Время на обслуживание рабочего места Т_об слагается из времени на организационное обслуживание и времени на техническое обслуживание рабочего места:

Т_об =Т_тех + Т_орг.

Основное время То вычисляется на основании принятых режимов резания.

Оперативное время:

Т_оп = Т_о + Т_в,

Общее время на обслуживание рабочего места и отдых :

Т_об.от = Т_опП_об.от/100,

Приведенные выше формулы для определения штучного и штучно-калькуляционного времени для всех операций, кроме шлифовальных:

Т_ш-к = Т_п-з/n + Т_о + Т_в + Т_об.от,

для шлифовальных операций

Т_ш-к = Т_п-з/n + Т_о + (Т_ус + Т_зо + Т_уп + Т_из) k + Т_тех + Т_орг + Т_от,

Полученные нормы времени по операциям заносим в таблицу 1.3

1.5 Выбор оборудования, систем транспортирования и управления

К основному технологическому оборудованию автоматизированного производства относятся металлорежущие станки, к которым предъявляются следующие основные требования:

а) обработка должна вестись в автоматическом режиме;

б) возможность быстрой переналадки оборудования при смене объекта производства;

в) компоновочная и программная стыковка основного оборудования с транспортно-накопительными системами, промышленными роботами и другими системами входящими в состав участка.

Наиболее полно этим требованиям отвечают станки с ЧПУ, однако, это не исключает применение на участке автоматов и полуавтоматов обычного исполнения. Последние должны быть доработаны с целью использования их как автоматов, управляемых ПР.

На первую операцию 010 фрезерной обработки был назначен станок КЛ173.

Вторая операция это слесарная

В данном технологическом процессе на третью операцию 030 токарной обработки был выбран станок 16К20.

На четвертую операцию 040 токарной обработки был выбран станок 16К20 .

На пятую операцию 050 круглошлифовальной обработки был назначен станок 3М151. Этот станок не оснащен численно программным управлением. Невысокая сложность обработки шлифуемой поверхности делает невыгодным использовать станков с ЧПУ.

Шестая операция шпоночно-фрезерная и на её обработку был назначен станок ГФ2171С5 с численно программным управлением. Этот станок обеспечивает высокую точность и производительность обработки.

Седьмая операция - слесарная.

Восьмая операция - промывка.

Девятая операция - контрольная.

1.6 Синхронизация работы оборудования

Основным в организации производственного процесса автоматизированного участка является обеспечение максимальной загрузки оборудования. Так как время обработки на станках разное и цикл обработки неодинаков, то интервал времени, через который со станков поступают обрабатываемые детали, меняется от максимальных до минимальных значений. Для исключения простоев станков необходимо выдерживать такой же ритм и при подаче к ним заготовок.

Проверяем условие синхронизации14]:

Где - штучно-калькуляционное время i-ой операции; - число единиц оборудования на i-ой операции.

;

;

;

;

Так как условие синхронизации не выполняется ни на одной операции, то принимаем:

На операции 010-один станок, на операции 030- пять станков, на операции 040- пять станков, на операции 050- два станка, на операции 060- три станка.

1.7 Разработка принципиальной схемы участка

Принципиальную схему участка разрабатываем с учётом рекомендаций [5,15].

В состав технологической линии входит основное технологическое вспомогательное оборудование, промышленные роботы и другое технологическое вспомогательное оборудование. В качестве транспортных средств применяется автоматическая тележка. Для удаления стружки используется шнековый конвейер. Складирование партии деталей в таре производит робот-штабелер. Управление линией осуществляет оператор.

Схема автоматизированного участка по обработке детали располагается в механосборочном цеху.

На основании анализа общности структур технологических процессов выделяются группы повторяющихся смежных операций, для которых формируются гибкие технологические модули.

Компоновочная структура автоматизированного участка включает его планировку, состав и структуру автоматизированной транспортно-складской системы. При этом планировка технологической структуры определяет характер и объём грузопотоков, конструктивные требования к транспортным потокам. Проектируем следующую планировку автоматизированного участка, с применением односекционной транспортной системы с замкнутым потоком, так как для обработки вала потребуется несколько видов оборудования.

Из стеллажного склада краном-штабелёром заготовки подаются в перегрузочный стол, откуда они закладываются в шпиндели станка, а затем поштучно подаются на локальные накопители станков в последовательности, определяемое технологическим процессом обработки деталей на автоматизированном участке. После обработки изделия транспортируются той же тележкой по замкнутой трассе на перегрузочный стол для контроля, передачи на другие операции или в ячейку стеллажного склада.

Отходы (стружка), собираемые в чаре накопителей, автоматической тележкой передаются на перегрузочный стол, предназначенный для сбора отходов (стружки). При компоновке оборудования с замкнутой трассой транспортирования перемещения тары с заготовками, обработанными деталями, отходами и т. д.

Инструментальные наладки комплектуются в кассеты на позиции подготовки инструмента, а затем кассеты устанавливаются на приспособления - спутники и в нужный момент подаются к оборудованию.

Приспособления для базирования и закрепления заготовок представляют собой ценные наладки, установленные на спутниках. При переходе на обработку других деталей приспособления - спутники переналаживаются на позиции подготовки приспособлений.

Автоматизированный участок размещаем на площади механосборочного цеха с выделением его в отдельный участок. В качестве основного критерия расположения технологического оборудования принимается принцип потока для большинства деталей участка и установление минимально допустимых расстояний между станками, рядами станков, от станков до стен и колонн здания, нормы ширину проходов и проездов.

На планировке участка цеха наносим оборудование по механической обработке, системы транспортировки и системы накопления заготовок; промышленные роботы для зажима, фиксации, базирования и закрепления заготовок при сквозной обработке детали.

Вспомогательное оборудование в виде моечной машины, слесарных и контрольных столов, а также пульта управления размещаем по технологической цепочке. Всё оборудование и рабочие места изображаются в соответствии с рекомендациями [15] в масштабе 1:100 в механосборочном цехе на стандартном участке.

1.8 Составление циклограммы работы автоматизированного участка

Норма времени на линии должна устанавливаться с учетом возможности совмещения элементов основного и вспомогательного времени. Последовательность и совмещение работы элементов отражает циклограмма работы участка, которая представлена в таблице 2.

Для составления циклограммы работы участка задаемся следующими показателями: поворот на 90 градусов - 1,05с; взять деталь - 2с; поворот на 180 градусов - 3с; положить деталь - 2с; переустановить деталь - 2,5с; установить деталь - 2,5с; перемещение на транспортере - 2,5с. Суммарное значение штучного времени с учетом количества единиц оборудования:

Циклограмму строим в масштабе 1:1 и заносим в таблицу 2.

автоматизированный обработка вал

2. Конструкторский раздел

2.1 Патентная проработка средства механизации или автоматизации

Для данного типа проектируемого средства автоматизации были взяты следующие прототипы узлов и приспособлений:

Зажим качающимся прихватом клиновым. Схема данного зажима представлена на рисунке.

Рисунок 2.1 - Схема клинового зажима с качающимся прихватом

В корпусе 1 находится пневмоцилиндр 2, на поршне которого закреплен клин 3, по которому катаются ролики 4. Ролики соединенный с плунжером 3, к которому крепится прихват 6.

Прихват фиксируют заготовку. При срабатывание пневмоцилиндра 2 поршень вмести с клином 3 выдвигается на величину рабочего хода, ролик 4 катясь по поверхности клина толкает плунжер 5 вверх. плунжер толкает прихват 6 в вертикальном положении и прихват 6 как рычаг закрепляет заготовку.

Достоинства этого приспособления:

Быстрая степень закрепления за счет быстродействия пневмоцилиндра.

Простота в эксплуатации

Стабильные силы закрепления.

Недостатки:

Величина подъема прихвата при разжиме незначительная, зависит от хода плунжера 1 и соотношения плеч прихвата 2. Съем заготовки допускается только в сторону, так как прихват не поворачивается и не отводится

Зажим с клиновым механизмам и двумя прихватами.

Зажим обычно используется для сверлильных или фрезерных операциях. Данный тип механизма приведен на рисунке.

Рисунок 2.1.1 - Схема приспособления с клиновым механизмом с двумя прихватами

Данное приспособления состоит из корпуса 1, в котором вмонтирован пневмоцилиндр 2. К поршню прневоцилиндра присоединен шток с клином 3, по которому перекатывается ролик 4. Ролик соединен с плунжером 5. На плунжере крепится коромысло 6. На коромысле установлены две шпильки 7 на которых крепятся прихваты 8.

Принцип действия приспособления:

При срабатывание пневмоцилиндра 2 шток с клином выдвигается на величину рабочего хода Ролик 4 перекатываясь по поверхности клина 3 толкает плунжер 5 вниз. Плунжер 5 толкает вниз коромысло 6 на котором установлены шпильки 7 и прихват 8. Из-за того что вся система идет вниз происходит закрепления заготовки.

Достоинства:

Маленькое время закрепления детали, стабильные силы закрепления

Недостатки: высокая металлоемкость, Большое количество составных деталей.

Зажим качающимся прихватом

Зажим качающийся с прихватом используется в основном в фрезерных и сверлильных операция, при обработке призматических деталей. Схема данного приспособления представлена на рисунке.

Рисунок 2.1.2 - схема зажима с качающимся прихватом

Данное приспособления состоит из корпуса 1, в который вмонтировано пневмоустройство 2. Рычаг 3 передает усилие от устройства на плунжер 4, на котором находится быстросменная шайба 5, которая упирается одним боком на упор 6

Принцип действия приспособления:

Пневмоустройство 2 при срабатывании толкает рычаг 3, который связан с плунжером 4. Плунжер 4 под действие рычага 3 опускается прижимая быстросменную шайбу к заготовке. Таким образом происходит закрепления заготовки.

Достоинства:

Малое время на зажим заготовки

Простота приспособления

Компактность приспособления

Недостатки: малые силы закрепления

Величина подъема прихвата при зажиме незначительная и зависит от хода штока и соотношения плеч промежуточного рычага 3.

2.2 Описания выбранного средства механизации или автоматизации

При автоматизации данного технологического процесса производства детали вал было спроектировано приспособление для фрезерной операции. Автоматическое приспособление для фрезерной операции представлена на рисунке 2.2.

Описание приспособления:

Приспособление состоит из следующих элементов: корпуса 1, стопора 2, 3, планка 4, валик 5, штифт 6, шайба 8, 10, стяжка 9, шпонка 11, винт 12, гайка13, специальный винт 14, прижим 15, ось 16, призма 17, шайба 18, специальная гайка 19, втулка 20, крышка 21, корпус 26, прокладка 27, крышка задняя 28, ниппель 39, 40, пружина 41, кран распределительный 42, болт 43, призма 44, шток 45, кольцо 46, 47, гайка 48, поршень 49, кольцо 50, шайба 51, 52, корпус 54, призма 55, 56, проходник 57, клапан 58, фильтр влагоотделительный 59, манометр 60, маслораспылитель 61.

Рисунок 2.2 - приспособление для фрезерной операции

2.3 Приспособление станочное

2.3.1 Назначение и описание работы приспособления

Данное приспособление предназначено для фрезерования поверхности и состоит из следующих элементов: корпуса 1, стопора 2, 3, планка 4, валик 5, штифт 6, шайба 8, 10, стяжка 9, шпонка 11, винт 12, гайка 13, специальный винт 14, прижим 15, ось 16, призма 17, шайба 18, специальная гайка 19, втулка 20, крышка 21, корпус 26, прокладка 27, крышка задняя 28, ниппель 39, 40, пружина 41, кран распределительный 42, болт 43, призма 44, шток 45, кольцо 46,47, гайка 48, поршень49, кольцо 50, шайба 51, 52, корпус 54, призма 55,56, проходник 57, клапан 58, фильтр влагоотделительный 59, манометр 60, маслораспылитель 61.

2.3.2 Расчет необходимого усилия зажима

В данном приспособлении винтовой тип зажима.

Для определения усилия зажима необходимо узнать силы резания и их взаимодействие с силами зажима. Главная составляющая силы резания при фрезеровании - окружная сила, Н

P_z=,

где C_p - постоянный коэффициент, C_p = 58;

t - глубина фрезерования, t = 4,5 мм;

S_z - подача на зуб фрезы, S_z = 0,105 мм/зуб;

В - ширина фрезерования, В = 67,5 мм;

D - диаметр фрезы, D=100 мм;

Z - число зубьев фрезы, Z=10;

N - частота вращения фрезы, n=851 об/мин;

x,y,u,q,w - коэффицинты резания:

x = 0,9; y = 0,8; u = 1; q = 0,9; w = 0;

K_мр - поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала:

К_мр= ()ⁿ = (220/200)^0,3 = 1,02,

где - предел прочности при растяжении;

n - показатель степени, n=0,3.

P_z= H

Радиальная составляющая силы резания,Н:

P_y = 0,5P_z = 0,53207 = 1603 H.

Сила резания

Р = Н.

Для определения нормальной силы реакции опоры N спроецируем все силы, действующие на заготовку, на ось OY

P_y - Ncos = 0.

Угол определим

= arcsin (P_z/P) = arcsin(3207/3585) = 70^o

Рисунок 2.3.2 - Расчетная схема приспособления для фрезерования

2. Болотин Х.Л., Костромин Ф.П. Станочное приспособление. Изд.5«Машиностроение», 1973 г.

3. Прейс В.Ф. Автоматизация загрузки процессов штучными заготовками «Машиностроение», 1975 г.

4. Мельников Г.Н. Проектирование механосборочных цехов. «Машиностроение», 1985 г.

5. Горохов В.А. Проектирование технологической оснастки «Машиностроение», 1997 г.

6. Горошкин. К.П. Технологическая оснастка «Машиностроение», 1993 г.

7. Горбацевич В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения «Машиностроение», 1984 г.

Приложение А

Маршрутно-операционный техпроцесс изготовления вала

Маршрутно-операционный техпроцесс изготовления вала представлен в таблице 1

Таблица 1

Маршрутно-операционный техпроцесс изготовления вала в условиях серийного производства

Размещено на Allbest.ru