Модернизация конструкции и технологии изготовления механизма выверки визира оптического устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ВКР

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Описание работы визира оптического устройства

2.2 Разработка конструкции механизма выверки

2.3 Разработка каталога и разнесенной сборки

2.4 Инженерный анализ корпуса линзы методом конечных элементов

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Разработка технологического процесса детали корпус

3.2 Разработка программы на обрабатывающем центре

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Для эффективного ведения огня из танков и боевых машин пехоты (БМП), они оснащаются совершенными системами управления огнем (СУО). Производя выстрел, танк или боевая машина неизбежно обнаруживает себя, поэтому главной задачей системы управления огнем является максимально увеличить возможность первым же снарядом уничтожить или по крайней мере вывести из строя танк противника до того, как он откроет ответный огонь.

Современные СУО включают в себя оптические прицелы (дневного и ночного типа) с тепловизионными камерами и дальномерами, баллистические вычислители, стабилизаторы вооружения и датчики условий, позволяющие подстраиваться под определенные условия стрельбы. Поэтому конструкция и технология должна отвечать высоким требованиям точности и качества.

АО «Вологодский оптико-механический завод» сегодня - это успешно развивающееся предприятие, обладающее мощным технологическим и интеллектуальным потенциалом.

Являясь многопрофильным машиностроительным предприятием, завод осуществляет производство сложной оптико-электронной, тепловизионной продукции специального назначения, оптико-электронных приборов медицинского и гражданского назначения. В каждой из этих областей завод ориентирован на выпуск качественной современной продукции. Качество является нашим приоритетом, основой во всем производственном цикле.
Маркетингово-ориентированная политика ВОМЗ обеспечивает постоянное присутствие на рынках оптико-механических и оптико-электронных приборов. Продукция АО «ВОМЗ» является традиционным понятием высокого качества в сегменте «Сделано в России». Достижения завода по достоинству оцениваются на российских и международных выставках, где предприятие не раз удостаивалось звания лауреата, многократно награждалось дипломами, золотыми и серебряными медалями.Современные технологии производства, нацеленность на потребителя, постоянное расширение ассортимента предлагаемых товаров и услуг, эффективный менеджмент, высокопрофессиональный коллектив - все это служит гарантом качества продукции АО «ВОМЗ». АО "ВОМЗ" входит в холдинг Госкорпорации "Ростех" Швабе.

Представленная ВКР выполнена на базе ОАО “Вологодский оптико-механический завод”. Специфической продукцией предприятия являются прицельные приспособления различного назначения, как военного, так и гражданского. Предприятие выпускает комплектующие к СУО, конструкция и технология которых разработана в 80-х годах 20 века. Исходя из этого, представляется рациональной модернизация механизма выверки визира.



1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ВКР

Первое применение оптики в военном деле началосьс кольцевых прицелов, которые устанавливались на арбалеты и самострелы еще в средние века.Он состоял из кольца закреплённым на ложе стрелкового оружия и сушки установленной на другом конце ствола. Таким образом, прицельная линия удлинялась более чем в 2 раза. Кольцевой прицел изображён на рисунке 1.

Рисунок 1 - Кольцевой прицел

Большое применение и развитие прицелы получили чуть более 100 лет тому назад. На винтовки устанавливались телескопические прицелы, длинна которых иногда была больше длинны ствола. Телескопические прицелы представляли собой зрительную трубку с линзами, снабженные прицельными сетками, дистанционными и угловыми шкалами. Такой вид прицелов изображен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Винтовки Стивенс с телескопическими прицелами



Одним из следующих этапов развития военной оптики стали оптические прицелы (ночного и дневного типа). Особо быстрое развитие снайперских оптических прицелов началось после первой мировой войны, и уже в1949 году были разработаны первые прицелы, которые могли, менять кратность увеличения. Оптический прицел времен второй мировой войны изображен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Оптический прицел на винтовке SMLEMk.III

Современные оптические прицелы состоят из объектива (системой из двух и более линз), оборачивающей системы, прицельной сетки, окуляра, механизма корректировки горизонтальной и вертикальной поправки, и корпуса.

Также существуют различные модификации, включающие в себя установку дальномера, телевизионной камеры и подсветки. Один из видов современного оптического прицела изображён на рисунке 4.

Рисунок 4 - Цифровой оптический прицел

Дальнейшее развитие цифровых технологий привело к созданию уникально нового прицела, который позволял целиться обоими глазами, при этом увеличивая углы обзора. В основу конструкции заложен принцип коллимации света, за что и получили данные прицелы название коллиматорные. Коллиматор представляет собой длиннофокусный объектив, в котором установлена марка, подсвечиваемая специальным устройством. Она имеет вид точечной диафрагмы или сетки с необходимой служебной информацией. Коллиматоры делятся на 2 вида: открытого и закрытого типа. Коллиматорные прицелы изображены на рисунке 5.

Рисунок 5 - Коллиматорные прицелы открытого типа (справа) и закрытого типа (слева)

С развитием прицелов военная оптика стала применяться на боевых машинах. Начиная от обычных танковых прицелов времен второй мировой войны и заканчивая целыми системами основанных на законах оптики. Одой из таких систем называется “Система управления огнем”. Это комплекс приборов, устройств и датчиков, качество изготовления и сборки которых напрямую влияет на эффективность ведения стрельбы и выживаемости танка (боевой машины) в бою. Один из вариантов системы изображен на рисунке 6.



Рисунок 6 - Схема системы управления огнем

Лазерный прицел - это относительно новое прицельное приспособление, которое в настоящее время получает все большее распространение.

Основное отличие лазерного прицела в том, что это устройство излучает луч лазерного света, который освещает место, куда должна попасть пуля. Диаметр пятна, освещающего цель, зависит от дальности до цели и конструкции прицела. Дальность действия прицела зависит от мощности излучения, прозрачности атмосферы и способности отражать лазерный свет освещаемой поверхностью.

Лазерный прицел рекомендуется применять на гладкоствольном оружии для стрельбы пулей и картечью, а по неподвижной цели - и дробью. Для стрельбы из нарезного оружия прицел не следует применять более чем на 100 м. Изобретение «лазерный целеуказатель» относится к оптико-электронному приборостроению в частности к малогабаритным лазерным источникам света, использующимся в оптических прицелах, оптических приборах для строительства и геодезии, оптических системах записи, считывания и передачи информации, медицинской технике. Сущность изобретения: целеуказатель включает установленные в корпусе на оптической оси коллимирующий объектив и лазерный диод со встроенным фотодиодом, к которым подключены схема управления и источник питания. Лазерный прицел представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 - Лазерный прицел

Исходя из выше перечисленного, целью ВКР является модернизация конструкции и технологии изготовления механизма выверки визира оптического устройства. Исходя из поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

- Разработать автоматизированную компьютерную модель механизма выверки

- Создать разнесенную сборку

- Исследовать напряжённо-деформированное состояние методом конечных элементов

- Разработать конструкторскую документацию

- Разработать технологический процесс изготовления детали «корпус»

- Разработать программу для обработки детали



2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Описание работы визира оптического устройства

В военном деле визир - приспособление, устройство для визуального наведения угломерного, дальномерного или наблюдательного прибора на определенную точку в пространстве.

Изобретение относится к области военной техники, в частности к способам выверки линии прицелов танка. Сущность изобретения заключается в том, что при выверке нулевой линии прицела танка, включающей наведение действительной оси канала ствола (ДОКС) на контрольно-выверочную мишень или удаленную точку и визирование этого положения через зрительную трубку с последующей регулировкой положения оси прицела винтами выверки зрительную трубку постоянно и жестко закрепляют на дульной части пушки. Ось трубки предварительно, при монтаже пушки в танк, согласуют с ДОКС пушки. Изображение ДОКС через оптоволоконный кабель и призму подают в прицел с возможностью включения и выключения выверки поворотом призмы. Технический результат изобретения состоит в сокращении времени и трудозатрат на проведение и уточнение выверки.

2.2 Разработка конструкции механизма выверки

Спецификация механизма выверки представлена в приложении 1.

Автоматизированное проектирование конструкций было сделано в системах «КОМПАС»

Чтобы создать новый файл, содержащий 3D модель детали, необходимо вызвать из меню «Файл» команду «Создать деталь» или использовать кнопку «Новая деталь» на «Панели управления». Пример представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 -команда «Создать деталь»

Создавать можно как чертежи, так и фрагменты, текстовый документ, спецификации, сборку, технологическую сборку, деталь.

Все зависит от того, что нужно получить в конечном результате. Пример «Нового документа» приведен на рисунке 9.

Рисунок 9 - Создание «Нового документа»

Рисунок 10 - Окно создания детали



После создания файла документа-детали можно создатьтрехмерную модель. Построение трехмерной модели детали начинается с создания основания - ее первого формообразующего элемента. В качестве основания можно использовать любой из четырех типов формообразующих элементов - элемент выдавливания, элемент вращения, кинематический элемент и элемент по сечениям. Когда создание эскиза закончено, необходимо перейти в режим трехмерных построений.

В виде примера приведен эскиз детали «кронштейн» из ВКР. Изображение приведено на рисунке 11.

Рисунок 11 -Эскиз детали «кронштейн»

Далее при выполнении ВКР применяем элемент выдавливания, в итоге у нас получилась трехмерная модель, пример приведен на рисунке 12.

Рисунок 12 -Операция выдавливания



Далее, используя эскиз, убираем операцией «вырезать выдавливанием» лишний слой детали, пример показан на рисунке 13 и на рисунке 14.

Рисунок13 - Эскиз детали

Рисунок 14 - Операция вырезать выдавливанием

Далее, использую операцию выдавливание, мы получим отверстия, согласно эскизам, рисунок 16.



Рисунок 16 - Операция вырезать элемент выдавливанием

Далее с помощью эскиза, как на рисунке 17 убираем операцией «вырезать выдавливанием» лишнюю часть детали, рисунок 18.

Рисунок 17 - Эскиз

Рисунок 18 - Операция вырезать выдавливанием

В системе КОМПАС имеется возможность создания ассоциативных чертежей трехмерных моделей, рисунок 19 и рисунок 20.

На чертеже детали «кронштейн» представлены вид сбоку. Так же выполнен разрез. Проставлены все необходимые размеры шероховатости, отклонения, заполнена основная рамка.

Рисунок 21 - Готовый чертеж детали «кронштейн»

Ассоциативные виды постоянно сохраняют связь с моделями, изображения которых в них содержатся. Благодаря этому любое изменение модели передается в ее вид (виды). По этой же причине ручное редактирование геометрии в ассоциативных видах невозможно.

При необходимости ассоциативная связь вида с моделью может быть разрушена. Для этого служит команда "Разрушить вид" из контекстного меню на виде в "Дереве построения" чертежа (можно также воспользоваться командой "Разрушить" из меню "Операции").

После разрушения ассоциативный вид превращается в набор примитивов (отрезков, дуг и т.п.) и становится обычным пользовательским видом чертежа КОМПАС-ГРАФИК.

Остальные конструкторские чертежи узла представлены в приложении 2.

2.3 Разработка каталога и разнесенной сборки

Каталог разнесенной сборки производится в программе КОМПАС - 3Dv15.2

Произведем разнесенную сборку механизма выверки.

Исходный вид механизма выверки представлен на рисунках 22 и 23.

Рисунок 22 - Модель механизма в сборе

Рисунок 23 - Модель механизма в сборе

На начальном этапе, когда механизм полностью собран, отсоединению от корпуса подлежат винты в соответствии с рисунком 24 и рисунком 25.При отвинчивании винтов используется отвертка 0 ,4 Ч1,6.

Рисунок 24 - Отсоединение винтов

После отсоединения винтов можно снять основной корпус в соответствии с рисунком 26.

Затем снимает вилки в соответствии с рисунком 26.

Рисунок 26 - Отсоединение корпуса

После снятия вилок снимаем кронштейн в соответствии с рисунком 27.



Рисунок 27 - Отсоединение кронштейна

Далее отсоединяем две пары карданных валиков в соответствии с рисунком 28 и рисунком 29.

Рисунок 28 - Отсоединение пары карданных валиков

Рисунок 29 - Отсоединение пары карданных валиков



Далее снимаем втулки и звездочки в соответствии с рисунком30 и рисунком 31.

Рисунок 30 - Отсоединение втулок

Рисунок 31 - отсоединение звездочек

На следующем этапе отсоединяем пару трибок и колесо зубчатое в соответствии с рисунком 32.



Рисунок 32 - Отсоединение двух трибок и колеса зубчатого

Далее отсоединяем пару червяков в соответствии с рисунком 33.

Рисунок 33 - Отсоединение пары червяков

На следующем этапе отсоединяем сборочную единицу «призма» в соответствии с рисунком 34.

Рисунок 34 - Отсоединение Призмы



Далее отсоединяем две линзы в соответствии с рисунком 35 и рисунком 36.

Рисунок 35 - Отсоединение линзы

Рисунок 36 - Отсоединение линзы

На следующем этапе отсоединяем последовательно пару Колец, Пару червячных колес, пару клиньев соответствии с рисунком 37.

Рисунок 37 - Отсоединение Червячных колес, колец и клиньев



В конечном итоге механизм должен быть полностью разобран на отдельные сборки или на отдельные компоненты. Разнесенная сборка механизма представлена на рисунке 39.

Рисунок 39 - Разнесенная сборка механизма

После того как механизм полностью разнесен на детали, создается его каркасное изображение для каталога, изображение приведено на рисунке 40.

Рисунок 40 - Каркасное изображение

2.4 Инженерный анализ корпуса линзы методом конечных элементов

Анализ напряженно-деформированного состояния будем производить для детали «Корпус».

Решение линейных задач теории упругости методом конечных элементов

Точное аналитическое решение возможно только для очень ограниченного круга задач теории упругости. Поэтому для инженерной практики огромное значение имеют приближенные методы. Важность этих методов особенно возрастает в связи с активным внедрением в теорию и практику проектирования вычислительной техники и новейших информационных технологий.

В данной главе мы рассмотрим метод конечных элементов (МКЭ), имеющий наибольшее применение для решения прикладных инженерных задач.

Характерной особенностью МКЭ, относящегося к так называемым прямым методам, является то, что процедуры для отыскания числовых полей неизвестных функций в теле (таких как перемещения, напряжения, силы) строятся на основе вариационных принципов механики упругого тела без непосредственного использования дифференциальных уравнений. Заметим, что в настоящее время МКЭ является самым эффективным прямым методом приближенного решения прикладных задач механики.

В основе МКЭ лежит представление объекта исследования в виде набора некоторых простых с геометрической точки зрения фигур, называемых конечными элементами, взаимодействующими между собой только в узлах. Расположенные определенным образом (в зависимости от конструкции объекта) и закрепленные в соответствии с граничными условиями конечные элементы, форма которых определяется особенностями моделируемого объекта, позволяют описать все многообразие механически конструкций и деталей.

Например, плоскую форменную конструкцию можно смоделировать набором плоских стержневых фигур, рамную - набором объемных стержневых элементов, различного рода пластины и оболочки - множеством плоских треугольников или прямоугольников. Геометрически объемные тела удобно представлять в виде совокупности элементарных пирамид, параллелепипедов и призм, и т. д. На рисунке 41 показан пример разбивки куба на конечные элементы - треугольники.

Рамные конструкции, как правило, моделируются набором стержневых конечных элементов. Различного рода пластины и оболочки удобно моделировать набором плоских треугольных, либо прямоугольных элементов, а в отдельных случаях и набором более сложных элементов. Геометрически объемные тела удобно представлять в виде совокупности элементарных пирамид, параллелепипедов и призм.

Такое представление рассматриваемого объекта позволяет решать задачи расчета напряженного и деформированного состояний тела, устойчивости и динамики, нахождения частот и амплитуд собственных и вынужденных колебаний. Кроме того, МКЭ можно с успехом использовать для решения задач стационарной и нестационарной теплопроводности, расчета полей статического электричества и скоростей безвихревого течения жидкости, и т. д.

Практическое использование этого метода во многом зависит от уровня развития компьютерной техники и качества программного обеспечения, реализующего этот метод. Программное обеспечение для решения задач методом МКЭ должно включать в себя следующие элементы: редактор разбивки на конечные элементы, ядро, непосредственно обеспечивающее решение, и визуализатор для демонстрации полученных результатов.

Следует отметить, что МКЭ - это достаточно самостоятельный раздел механики сплошной среды, который динамично развивается и совершенствуется. Для подробного ознакомления с ним можно воспользоваться специальной литературой. Здесь же будут рассмотрены лишь физические основы этого метода на примере решения плоской задачи теории упругости - расчета напряженного состояния тонкой пластины произвольной формы. В качестве конечного элемента примем плоский элемент треугольной геометрической формы.

Использование трёхмерной модели для расчёта изделия методами имитационного моделирования

Имитационное моделирование создание электронной модели проектируемого объекта и экспериментирование с ней при заданных ограничениях. Цель таких экспериментов это определение оптимальных параметров модели.

Различают два метода имитации:

- Кинематическая имитация процесса движения элемента объекта с целью определения столкновений (коллизий).

- Динамическая имитация процесса исследования поведения объекта при изменении действующих нагрузок и температур. В этом случае определяется теплонапряжённое состояние объекта, а также определение напряжённо деформированного состояния объекта.

Последняя задача была решена давно. Для определения напряжённо деформированного состояния могут использоваться методы имитационной физики, достаточно хорошо разработана теория метода математической физики. Эти методы позволяют получить достаточно точные результаты, только лишь при достаточно простой конфигурации объекта. При сложной конфигурации объекта в САПР используется метод конечных элементов (МКЭ).

Расчет напряженно - деформированного состояния детали в среде SolidWorksSimulation

Прежде всего, необходимо создать твердотельную модель детали в среде SolidWorks.

Проводим исследование напряженно-деформированного состояния, имитируя работу оси под действием сил, действующих со стороны ручки арретира.

Расчет детали «корпус» производится с использованием модуля Simulation. Модуль предназначен для расчета напряженно-деформированного состояния стержневых, пластинчатых, оболочечных и твердотельных конструкций, а также их произвольных комбинаций. Модуль Simulation организован таким образом, что в его рамках можно рассчитать все многообразие существующих конструкций, собирая их из вышеперечисленных макроэлементов. Внешняя нагрузка, так же как и условия закрепления конструкции, могут быть произвольными как по характеру, так и по местоположению.

Данный модуль позволяет решать следующие задачи:

- Тип анализа и их особенности.

- Линейный динамический: модальный; случайные колебания; гармонический.

- Нелинейный динамический.

- Нелинейный с учетом физической и геометрической нелинейности.

Свойства материалов:

- В нелинейном динамическом анализе для тел и оболочек: пластические по Мизесу, гиперупругие по Муни-Ривлину и Огдену, вязкоупругие, с эффектом памяти формы.

- В статическом нелинейном анализе - те же, плюс материалы с ползучестью. Поддерживается модель больших перемещений и больших пластических деформаций.

- В линейных динамических моделях можно определить коэффициенты демпфирования материалов.

Граничные и начальные условия, параметры настройки:

- Для статического нелинейного анализа - история нагружения;

- Для динамической модели в дополнение к статической и в зависимости от типа динамического анализа - перемещения, скорости, ускорения, спектр возбуждения, параметры гармонических нагрузок;

- В зависимости от типа анализа тип и параметр модели демпфирования: модальное и Рэлеевское.

Виртуальные соединители:

- Болты с предварительным натягом, соединяющие как тела, оболочки.

- Штифты с конечной бесконечной жесткостью.

- Пружины, "сосредоточенные" и "распределенные", в том числе и с предварительным натягом. Пружины, соединяющие концентрические грани с радиальной и тангенциальной жесткостью.

- Шариковые и роликовые подшипники.

- Точки контактной сварки.

- Жесткая связь граней.

- Жесткий стержень.

Сетки:

- Многослойные анизотропные плоские и криволинейные оболочки с назначенным углом армирования для каждого слоя.

- Трехслойные сэндвич-панели.

Результаты:

- Доступны параметры, присущие динамическим эффектам: скорости, ускорения, спектральные характеристики.

- Абсолютное большинство результатов доступно в зависимости от времени.

- Для большинства всех типов можно получить кривые отклика.

- Анимация динамических эффектов.

Выбирая тип расчетной опоры, необходимо учитывать, что деформативные перемещения корпуса - малы, и если конструкция действительной опоры допускает хотя бы небольшой поворот или перемещение, то этого достаточно чтобы считать ее неподвижной или подвижной.

Приступая к расчету, предварительно намечаем опасные сечения корпуса, которые подлежат расчету. При этом учитывается характер эпюр изгибающих и крутящих моментов, структурная форма корпуса и места концентрации напряжений.

Теперь проведем расчет и анализ напряженно - деформированного состояния корпуса в программной среде SolidWorksSimulation.

На рисунке 42 представлена трехмерная модель корпуса.

Рисунок 42 - трехмерная модель корпуса

На рисунке 43 представлена трехмерная модель с приложенной нагрузкой и заделкой.

Рисунок 43 - с приложенной нагрузкой и заделкой



Для расчета оси создаем сетку конечных элементов, представленную на рисунке 44.

Рисунок 44 - Сетка конечных элементов

На рисунке 45 представлен корпус и эпюра нормальных напряжений.

Рисунок 45 - Корпус и эпюра нормальных напряжений

На рисунке 46 представлен корпус и эпюра перемещений.

Рисунок 46 - Ось и эпюра перемещений



На рисунке 47 представлен корпус и эпюра коэффициента запаса на прочность. визир оптический корпус деталь

Рисунок 47 - Коэффициент запаса прочности



3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Разработка технологического процесса детали корпус

Описание назначения и конструкции корпуса линзы

Разрабатываемый корпус применяется для соединения и держания линзы. Проектируемая деталь должна быть очень точной: отверстия каналов корпусе должны точно совпадать с каналами на кронштейне, присоединительные плоскости должны быть хорошо отшлифованы.

Корпус является телом цилиндрической формы, имеющим отверстия, дополнительные крепежные отверстия.

Наиболее сложными и точными являются поверхность на которой устанавливается линза.

Данные о материале детали приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав сплава

Fe	Si	Mn	Ti	Al	Cu	Zr	Mg	Zn
1,5	10	0,5	0,1	87	0,4	0,1	0,1	0,3

Сплав на основе системы алюминий - кремний - магний (силумин). Из сплава получают плотные герметичные отливки сложной формы, не испытывающие в процессе эксплуатации значительных нагрузок, сплав отличается высокой герметичностью [9]. Механические свойства приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Химические свойства сплава АК12-Д

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
литье в кокиль, ГОСТ 1583-93			157		2
литье под давлением, ГОСТ 1583-93			157		2

Изделие является технологичным, если оно удовлетворяет следующим требованиям:

- обрабатывается на высокопроизводительном оборудовании;

- обрабатываемые поверхности легкодоступны;

- совпадают технологические и измерительные базы;

характеристики станков позволяют получить детали с заданными отклонениями;

- есть возможность непосредственного измерения заданных на чертеже размеров;

- на изделии отсутствуют конструктивные элементы, вызывающие коробления, изменение формы.

Корпус имеет сложную геометрическую форму (отливка). Это позволяет применять высокопроизводительные методы обработки. К таким методам можно отнести:

- одновременное фрезерование нескольких деталей, набранных в пакет;

- сверление отверстий на станках с ЧПУ.

- Точение внутренних и внешний отверстий с ЧПУ

Следовательно, деталь удовлетворяет основным требованиям технологичности. Нетехнологичным является лишь сверление отверстия с выходом инструмента в другое отверстие. Такой выход сверла может привести к уводу сверла от оси отверстия и поломку инструмента.

Разработка технологического изготовления деталей

Исходные данные:

- годовая программа - 2000 шт.;

- режим работы предприятия -- двухсменный.

Действующий годовой фонд времени работы оборудования определим по формуле:

Fd=(D-d) •h-S•Kp,

где Fd-действующий годовой фонд времени работы оборудования, час;

D- количество календарных дней в году, D=365 дней;

d- количество нерабочих дней, d= 1 13 дней; h- продолжительность смены, h=8 часов;

S-- количество смен в сутки (режим работы предприятия), S=2;

Кр - коэффициент планируемых потерь рабочего времени, Кр=0,98.

Тогда:

Fd=(365-113) -8-2-0,98=3952 час.

Воспользуемся укрупненным методом расчета норм штучно-калькуляционного времени предварительно принимаем следующий технологический маршрут:

1. токарная операция;

2. токарная операция;

3. сверление и резьбонарезание;

4. сверление;

5. горизонтально фрезерная;

6. вертикально фрезерная;

7. горизонтально фрезерная.

Штучно-калькуляционное время определяется по формуле:

Тшт.к=к•То ,



где Тшт.к - штучно-калькуляционное время, мин;

к - коэффициент штучно-калькуляционного времени,

То-основное технологическое время, определяемое по приближенной методике получения норм времени но обрабатываемой поверхности (3).

Определяем основное технологическое время по маршруту техпроцесса.

1.Токарная операция:

То=7•L•10-3

где То-основное технологическое время операции, мин;

L- длина обрабатываемой поверхности, мм.

То=7•(22,5+24) •2•10-3=4,424 мин

Коэффициент штучно-калькуляционного времени (к для операции равен 1,84) следовательно:

Тшт.к= 1,84•4,424=8,140 мин.

Количество станков на каждую операцию определяем по формуле:

Ср=,

где Cр количество станков на каждую операцию,

N- годовая программа выпуска деталей, шт., N=2000 шт.;

Тшт.к - штучно-калькуляционное время, мин;

-нормативный коэффициент загрузки оборудования,=0.85.

Так для токарной операции получим:



Ср= =0.08;

При расчетном значении Ср равном 0,08 станков, принимаем количество рабочих мест Р равным 1.

Фактический коэффициент загрузки рабочего места определяем по формуле:

,

Количество операций, выполняемое па рабочем месте, определяем

по формуле:

Аналогично для других операций.

Результаты расчетов представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты расчетов

№ п/п	Операция	То,мин	Фк	Тшт.к,мин	Ср,%	Р		О
1	Токарная	4.424	1.84	8,140	0.08	1	0.08	11
2	Токарная	1,193	1,89	2,25	0,11	1	0,11	7
3	Сверлильная	3,53	1,72	6,07	0,50	1	0,50	35
4	Сверлильная	6,36	1,79	11,38	0,16	1	0,16	15
5	Гор.фрезерная	7,58	1,65	12,50	0,98	1	0,99	45
6	Верт.фрезерная	6,58	1,60	10,52	0,45	1	0,46	32
7	Гор.фрезерная	10,56	1,70	17,952	0,53	1	0,53	20
?				68,8		7		165

Коэффициент закрепления операций определяется по формуле:



Кзо=?О/?Р=95/3=31.67

Так как Кзо>10,то производство данной детали относится к мелкосерийному производству.

Выбор заготовки

- материал сплав АК12-Д;

- масса детали: 0,007кг;

- годовая программа выпуска:2000 шт.

Сравним два варианта получения заготовки: первый - деталь сделана из проката, второй-деталь сделана из отливки.

SIзаг=М+?СОЗ,

где М - затраты на материал заготовки, руб.;

?СОЗ - технологическая себестоимость операции отрезки руб.;

Затраты на материал заготовки находим по формуле:

М=Q•q - (Q-q)•,

где Q-масса заготовки, кг;

S-цена 1 кг материала заготовки, руб;

q- масса заготовки детали, кг;

- цена 1 т отходов, руб.

Следовательно:

SIзаг=6,5·5,9-(6,5-5,9)·26/1000=1,908 руб.

Определяем себестоимость операции отрезки:

Соз=,

где Спз-приведенные затраты при резке на отрезных станках дисковыми пилами, Спз=120 руб/час;

Тшт.к-штучно-калькуляционное время при отрезке, Тшт.к=4 мин.

Следовательно:

Соз=1204/60100=0,08 руб.,

Тогда SIзаг=1,908+0,08=1,988 руб.

Стоимость заготовки по второму варианту определим по формуле:

SIIзаг = Сi/1000(QKтKcKвКмКп)-(Q-q)

где Сi-базовая стоимость 1 т заготовки, руб.;

Q - масса заготовки, кг;

Кт - коэффициент точности, Кт=1,05 (по II Кл.точности);

Кс - коэффициент сложности, Кс=1;

Кв - коэффициент массы отливок, Кв=0,87;

Км - коэффициент массы заготовок, Км=1,22

Кп - коэффициент объема производств, Кп=1. Следовательно:

SIIзаг=(360/10006,51,0510,871,221)-(6,5-5,9)26/1000=4.842 руб.

Отсюда стоимость заготовки SIIзаг, полученный по второму варианту (из отливки) равна 4,84 рубля.

Поскольку различий в механической обработке по обоим вариантам нет, то годовой экономический эффект от выбора того или иного варианта получения заготовки можно определить по формуле:

Эг=(SIIзаг-SIзаг)·N=(4,84-1,988)·2000=5704 руб.

Основываясь на полученном годовом экономическом эффекте равном 2704 рублям, в качестве заготовки для корпуса выбираем заготовку из отливки.

Выбор плана обработки детали

Технологический процесс обработки детали предусматривает несколько стадий. Каждая из этих стадий разбивается на необходимое количество технологических операций [1].

В описании технологического процесса не указываются такие операции как смазка, упаковка, нанесение специальных покрытий и т.д.

Можно предложить следующий порядок операций технологического процесса:

1.Токарная обработка.

2.Токарная обработка.

3.Сверлильная обработка.

4.Сверлильная обработка

5.Горизонтально фрезерная обработка

6.Вертикально фрезерная обработка.

7.Горизонтально фрезерная обработка.

В соответствии с порядком операций можно предложить следующий технологический маршрут обработки, который приведен в таблице 4.

Таблица 4 - План обработки детали

№	Наименование операции и переходов
1	2
1	Токарная
1.1	Подрезать торец в размер
1.2	Расточить отверстие в размер с расточкой фаски
1.3	Расточить канавку
1.4	Нарезать резьбу
2	Токарная
2.1	Подрезать торец в размер
2.2	Расточить отверстие в размер
2.3	Точить ступень в размер
2.4	Расточить канавку

Маршрутная карта представлена в приложении 3.

Выбор и расчет припусков на обработку

Выбор и расчет припусков на обработку производится расчетноаналитическим методом. Учитывая форму заготовки и требования к качеству поверхности.

1 - 2 - плоскости размером 22,5x22,5;

3 - 4 - плоскости размером 22x22;

5 - 6 - плоскости размером 22,5x22,5.

Исходные данные: деталь - корпус, заготовка литье под давлением, приспособление - тиски.

Рассчитаем припуски на поверхности 1 - 2. Суммарное значение пространственных отклонений для заготовки данного типа определяется по формуле:

с=,

где ссм=0,5 мм=500 мкм'

скоп=91х0,3=27,3 мкм

с==501 мкм.

Остальные пространственные отклонения:

- после предварительного фрезерования: с1=95 мкм;

- после окончательного фрезерования: с1=95 мкм;

- после предварительного фрезерования: с2=65 мкм;

- после однократного шлифования: с1=36 мкм;

Для расчета минимальных значений припусков применяется формула:

Zmin=,

Следовательно

Zmin= (45,5+45,5+501)=592мкм

Zmin= (50+50+95)=195мкм

Zmin= (30+30+65)= 95 мкм

Расчетный размер dpопределяем начиная с конечного (чертежного) размера:

dpl=123+0,25=123,25;

dp2=123,25+0,39=123.64;

dp3=l23,64+1,604=125,244;

Предельные значения припусков Znpmaxопределяем, как разность наибольших предельных размеров, aZnpmin- разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.

Znpmax3=123,36-123,25=110 мкм;

Znpтах2=123,86-123,36=500 мкм;

Znpтах1=125,446-123,86=1586 мкм;

Znpmin3=123,25-123=25 мкм;

Znpmin2=123,64-123.25=390 мкм;

Znpminl=125,244-123,64=1604 мкм.

После коррекции предельных размеров и припусков, получим:

dmaxзаг=127



dminзаг=127-1,2=125,8 мм;

Znpmin=125,8-123,64=2,16 мм=2160 мкм;

Znpmax=l27-123,86=3,14 мм=3140 мкм.

Выбор оборудования

Выбор металлорежущих станков для изготовления предложенной детали осуществлен с учетом следующих факторов:

- вид обработки;

- точность обрабатываемой поверхности;

- расположение обрабатываемой поверхности относительно

Технологических баз;

- габаритные размеры и масса заготовки;

- производительность операции;

- тип производства.

Все операции изготовления детали можно осуществить на оном обрабатывающем центре PoLyGim Mini-88Y CNC Lathewith Y axis

Выбранное оборудование и его основные параметры приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Оборудование и его параметры

Наименование	Единица измерения	Величина
1	2	3
Макс. токарные диам.	мм	25
Макс. длина точения	мм	Диаметр прутка х3
Ось X	мм	165
Ось Z	мм	150
Ось Y	мм	148
Отверстие шпинделя	мм	34
Бар емкость	мм	26
Расстояние от торца шпинделя	мм	Ш 85
Тип Цанги	мм	161E/25
Мотор шпинделя	ч. п.	2.2 кВт / 3
Х,Z,Y оси мотора	кВт	0.75
Крест и спереди не по центру приводными инструментами мотор	кВт	0.75
Скорость вращения шпинделя (об / мин)	р.п. м	100-6000

Выбор режущих инструментов

Выбор режущих инструментов осуществляется в зависимости от метода обработки, формы и размеров обрабатываемой поверхности, ее точности и шероховатости, обрабатываемого материала, заданной производительности и периода стойкости инструментов. Режущие инструменты, в особенности, для автоматизированного производства, станков с ЧПУ, должны обладать высокой режущей способностью (стабильной размерной стойкостью при высоких режимах резания), обеспечить возможность быстрой и удобной замены, подналадки в процессе обработки, формировать транспортабельную стружку и отводить ее от зоны обработки без нарушения нормальной (безостановочной) работы оборудования [6].

Выбранные инструменты для обработки заданной детали сведены в таблице 7.

Таблица 7 - Инструменты для обработки

№	Наименование операции и переходов	Наименование режущего инструмента	Материал	Регламентирующий документ
1	Токарная
1.1	Подрезать торец в размер	Проходной упорный резец	Р6М5	ГОСТ 18871-73
1.2	Расточить отверстие в размер с расточкой фаски	Расточной резец	Р6М5	ГОСТ 18063-72
1.3	Расточить канавку	Канавочный резец	Р6М5	ОСТ 2И10-8-84
1.4	Нарезать резьбу	Одновершинный резец	Р6М5	ГОСТ 18876-73
2	Токарная
2.1	Подрезать торец в размер	Проходной упорный резец	Р6М5	ГОСТ 18871-73
2.2	Расточить отверстие в размер	Расточной резец	Р6М5	ОСТ 2И10-8-84
2.3	Точить ступень в размер	Проходной упорный резец	Р6М5	ТУ 2-035-892-82
2.4	Расточить канавку	Торцевой канавочный резец	Р6М5	ОСТ 2И10-7-84
3	Сверлильная
3.1	Сверлить отверстие 1 на проход	Сверло спиральное	Р6М5	ГОСТ 10902-77
3.2	Фрзеровать отверстие 2	Концевая фреза	Р6М5	ГОСТ 16225-81
3.3	Нарезать резьбу	Метчик	Р6М5	ГОСТ 1604-71
4	Сверлильная
4.1	Центровать 4 отверстия	Сверло центровочное	Р6М5	ГОСТ 14952-75
4.2	Сверлить 4 отверстия на проход	Сверло спиральное	Р6М5	ГОСТ 19543-74
5	Горизонтально фрезерная
5.1	Фрезеровать 2 паза в размер	Фреза прорезная	Р6М5	ГОСТ 2679-93
6	Вертикально фрезерная
6.1	Сверлить отверстие	Сверло спиральное	Р6М5	ГОСТ 10903-77
6.2	Фрезеровать паз, выдерживая размер	Концевая фреза	Р6М5	ГОСТ 18942-73
7	Горизонтально фрезерная
7.1	Фрезеровать паз, выдерживая размер	Фреза прорезная	Р6М5	ГОСТ 2679-93

Выбор вспомогательных инструментов

Выбор вспомогательных инструментов осуществлялся по возможности из числа стандартных или типовых. Критерием выбора является вид механической обработки, точность обработки поверхности, габаритные размеры и масса заготовки, тип станка, расположение поверхности по отношению к технологическим базам.

Необходимые инструменты представлены в таблице 8.

Таблица 8 - Вспомогательные инструменты

№	Наименование операций и переходов	Наименование инструментального приспособления	Регламентирующий документ
1	Токарная	Патрон 6151-0051	ГОСТ 17200-71
2	Токарная	Патрон 6151-0051	ГОСТ 17200-71
3	Сверлильная	Кондуктор	ИЖГА.292753.012
4	Сверлильная	Кондуктор	ИЖГА.292753.012
5	Горизонтально фрезерная	Тара V Ю 7070-1340	СТП Ю-1055-81
6	Вертикально фрезерная	Тара V Ю 7070-1340	СТП Ю-1055-81
7	Горизонтально фрезерная	Тара V Ю 7070-1340	СТП Ю-1055-81

Выбор приспособлений

Станочные приспособления (СП) применяют для установки заготовок на металлорежущие станки. Обоснованное применение СП позволяет получатьвысокие технико-экономические показатели. Трудоемкость и длительность цикла технологической подготовки производства, себестоимость продукции можно уменьшить за счет применения стандартных систем СП, сократив трудоемкость, сроки и затраты на проектирование и изготовление СП.

Точность обработки деталей по параметрам отклонений размеров, формы и расположения поверхностей увеличивается (в среднем на 25-40 %) за счет применения СП точных, надежных, обладающих достаточной собственной и контактной жесткостью, с уменьшенными деформациями заготовок и стабильными силами их закрепления.

Применение СП позволяет обоснованно снизить требования к квалификации станочников основного производства (в среднем на разряд), объективно регламентировать длительность выполняемых операций и расценки, расширить технологические возможности оборудования. На данном обрабатывающем центре приспособления не нужны.

Операционные карты представлены в приложении 4, а так же карты эскизов в приложении 5.

Выбор средств измерения и контроля размеров

Выбор средств измерения и контроля производится для всех контролируемых параметров на каждой операции технологического процесса,на основании точности обрабатываемых поверхностей; выбранного инструмента; технологических допусков на размеры и т.д.

Карта контроля представлена в приложении 6.

Выбор режимов резания

Режимы резания - это управляемые параметры (факторы). К режимам резания относятся:

1. глубина резания;

2. подача при резании;

3. скорость резания.

Существует главное движение - движение на которое затрачивается наибольшее количество энергии. Движение подачи как бы обслуживает главное движение.

Для наиболее простых видов обработки таких как токарная, сверлильная, фрезерная определяется определенный нормированный порядок режимов резания[8]:

1. Глубина.

2. Подача.

3. Скорость.

1) Глубина резания при однопроходной обработке, которая является предпочтительной, определяется величиной максимального припуска. Кроме того она определяется величиной режущей кромки инструмента и точностью обработки. Также глубина резания определяется ограничением мощности двигателя.

2) Подачу назначают максимально допустимую для заданных режимов обработки - разрешаемая заданной точностью обработки и заданной шероховатостью поверхности, обрабатываемым материалом. И глубина, и подача влияют на силы резания (ГлубинахПодача = Площадь сечения срезанного слоя).

3) Скорость резания определяется либо по типовым значениям, принятым для данного типа обработки, либо рассчитывается с учетом стойкости инструмента и с учетом выбранных глубины и подачи.

t- глубина резания

S- подача при резании

V-скорость резания



V=,

где Cv- начальное условие (эмпирический коэффициент).

Т - стойкость инструмента - это время (продолжительность) непрерывной работы. Обычно 60, 90, 120, 240, 480 мин.

t- глубина резания в мм.

S- подача при резании в мм/об, мм/зуб.

т, х, у - эмпирические показатели степени, обычно не более 1.

m? 1; х ?0,7-0,5; у ? 0,3.

Ку - уточняющий коэффициент.

Типовыми режимами резания являются следующие:

Черновая обработка V = 100 м/мин;

Чистовая обработка V = 130 м/мин;

Сверление V = 25 м/мин.

Скорость вращения шпинделя определяется по формуле:

п=1000·V/p·Dmax,

Черновая обработка S0= 0,2-0,3мм/об

Чистовая обработка S0= 0, 2-0,1 мм/об

СверлениеSo= 0,01-Dmaxмм/об (1% от 0 отверстия).

Фактическая подача определяется по формуле:

F=S0·nф

и округляется до стандартных подач, поддерживаемых выбранными станками.

Рассчитаем режимы резания для токарной операции.

При наружном продольном точении проходными резцами, с материалом режущей части Р6М5 по справочным таблицам назначаем:

Cv=12

Показатели степени:

xv=0.13; yv=0.25; m=0.26; dv=0.3; UV=0; Pv=0.

Kv=Kµv·Knv·Kuv- общий поправочный коэффициент,

где Kµv- коэффициент, учитывающий качество обрабатываемой поверхности;

Knv - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

Kuv - коэффициент, учитывающий инструментальный материал.

Kµv=Cµv(75/ув)nv,

где Cµv -коэффициент, учитывающий группу

nv=0.9, ув=61 кг/см2;

Kµv=1(75/61)0,9=1,178

Knv=0,9

Kuv=1,1

Kv=1.1787·0.9·1.1=1.17

Тогда:

Наружная обработка tmax= 4 мм; Внутренняя обработка tmax= 2 мм. Выбранные режимы приведены в табл. 3.11.

V=(12·1600.3/600.26*100.3*0.0370.25*280*20)*1.17=245м/мин.

Частота вращения шпинделя станка равна:

n=1000·V/р·D

n=1000·245/3.14·160=488

мин-1 (назначаемn=500 мин-1).

С учетом реальных частот вращения шпинделя станка находим: 

V= р·D·n/1000=3.14·160·500/100=250м/мин.

Наружная обработка tmax=4 мм;

Внутренняя обработка tmax=2 мм.

Выбранные режимы приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Режимы резания

№	Наименование операций и переходов	Режимы резания
		L, мм	t, мм	S, мм/об	V, м/мин	i	n ,об/мин	F, мм/мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Вертикально-фрезерная
1.1	Фрезеровать 6 поверхностей	1264	2	0.15	250	1	500	150
2	Вертикально-фрезерная					1
2.1	Фрезеровать 6 поверхностей	1264	2	2	40	1	260	100
	Сверлильная
	Сверлить 4 отверстия d=10	91	5	0,25	11	1	350	110
	Сверлить 4 отверстия d=5	30	10	0,25	9	1	573	180
q	Зенковать фаски	30	1	0,25	1,6	1	50	16
3.4	Нарезать резьбу М6 в 4 отверстиях	20	1	0,25	1,63	1	50	16
4	Сверлильная			0,25		1
4.1	Сверлить отверстиеd=11	43	10	0,25	12	1	350	110
4.2	Сверлить отверстиеd=16	50	5	0,25	13	1	260	90
4.3	Сверлить отверстиеd=25	52	5	0,26	15	1	200	60
4.4	Сверлить отверстиеd=32	52	5	0,26	20	1	200	60
4.5	Зенковать фаски	52	1	0,24	1,6	1	50	16

Расчет технической нормы времени

Норма времени на выполнение станочной операции состоит из нормы подготовительно-заключительного времени Тпз и нормы штучного времени Тшт.

Рассчитаем норму штучно-калькуляционного времени для токарной операции на обрабатывающем центре PoLyGim Mini-88Y CNC Lathewith Y axis. Основное время - То=0,13мин. Определяем состав подготовительно-заключительного времени:

- установка тисков с креплением четырьмя болтами - 14 мин;

- установка фрезы - 2 мин.;

- завершение работы -7 мин.

Тогда,Тпз= 14+2+7=23 мин.

Время на установку детали, ее составляет:

Тус=0,03 мин

Время на приемы управления состоит из:

-включить и выключить станок - 0,01 мин.,

-подвести резец к детали в продольном направлении - 0,03 мин.;

-переместить стол в обратном направлении на 300 мм - 0,02 мин.

Тогда, Туп=0,01 +0,03+0,02=0,06 мин.

Время затраченное на измерение детали равно - 0,16 мин., при

контролируемых деталей получим:

...