Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Литературный обзор по принципам построения и структуре ГПС

2. Технологическая часть. Разработка технологического процесса изготовления детали пуансон

2.1 Описание конструкции и назначение детали

2.2 Технологичность конструкции и анализ детали

2.3 Разработка маршрутного технологического процесса

2.4 Предварительное нормирование технологических операций

2.5 Определение типа производства и формы организации технологического процесса механической обработки

2.6 Выбор и расчёт припусков на механическую обработку

2.7 Выбор технологического металлорежущего оборудования

2.8 Выбор режущего инструмента

2.9 Выбор средств измерения

2.10 Выбор приспособлений

2.11 Выбор режимов резания

2.12 Техническое нормирование операций

2.13 Разработка управляющей программы для обработки детали на станке с ЧПУ

3. Конструкторская часть. Разработка производственного участка ГПС для изготовления деталей типа тел вращения

3.1 Назначение ГПС

3.2 Степени подготовленности к автоматическому производству изделия

3.3 Проектирование технологического процесса автоматического производства

3.4 Разработка структуры автоматизированного производства

3.4.1 Состав ГПС

3.4.2 Состав персонала ГПС и определение его численности

3.4.3 Подъёмно-транспортное оборудование ГПС

3.5 Планировка оборудования ГПС

3.6 Построение циклограммы работы станочной системы

3.7 Оборудование для компоновки автоматизированной станочной системы

3.8 Система управления станочной системой

3.9 Организация и планировка рабочих мест

4. Технико-экономическое обоснование разработки участка ГПС. Анализ структуры затрат на производство продукции ГПС

4.1 Расчёт основных экономических показателей

4.1.1 Расчёт стоимости основных фондов и амортизации

4.1.2 Расчёт стоимости материалов, топлива и энергии

4.1.3 Расчёт затрат на оплату труда работающих

4.1.4 Расчёт накладных расходов

4.1.5 Расчёт норматива оборотных средств и стоимости производственных фондов

4.1.6 Расчёт показателей прибыли и рентабельности

5. Безопасность и экологичность проекта

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов при работе на токарном оборудовании

5.2 Меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда

5.3 Расчёт освещения на участке ГПС

5.4 Меры по обеспечению устойчивой работы участка ГПС в условиях чрезвычайных ситуаций

5.5 Меры по охране окружающей среды

Заключение

Список использованных источников



Введение

Данная работа выполнена в соответствии с методическими рекомендациями 2016 года [1].

Опыт развития высокоразвитых стран за последние два десятилетия уже сейчас позволяет утверждать, что в условиях рыночной экономики изготовление изделий машиностроения с каждым годом требует все более интенсивного развития безлюдных производств, обеспечивающих быструю переналадку на изготовление разнообразных изделий высокого качества.

Эта тенденция вызвана следующими основными требованиями рынка:

? непрерывным увеличением номенклатуры выпускаемых изделий, вызванным возрастающими потребностями людей;

? уменьшением сроков службы изделий, что вызвано сокращением времени морального износа, а не ухудшением их качества;

? повышение комплектности изделий, вызванной увеличением количества деталей и сборочных единиц, входящих в каждое изделие;

? уменьшением сроков поставок изделий.

Эти требования рынка могут быть удовлетворены путём автоматизации производства, причём так называемой гибкой автоматизации.

До 60-тых годов основной концепцией автоматизации было создание так называемых жёстких (классических) автоматических линий (тактовых и роторных). Однако это специальные автоматические линии, которые предназначены для изготовления изделий одного типоразмера и не перенастраиваются для изготовления других изделий. Создание классических автоматических линий, как показала практика, требует больших затрат времени (от 2-х до 4-х лет) и средств. Конечно, при нынешних темпах развития технического прогресса по истечению такого промежутка времени изделие, для которого проектировалась автоматическая линия, может морально устареть и производство его не будет эффективным. Однако такие линии очень производительны, поэтому их выгодно использовать в массовом производстве, которое составляет в настоящее время 10-15 % и имеет тенденцию относительного уменьшения. Наибольшую же долю в настоящее время составляет серийное производство. Автоматизация такого производства возможна только с использованием средств, способных переналаживаться на изготовление различных изделий.

Такая автоматизация называется гибкой, основными целями которой являются:

? оперативная перенастройка на изготовление различных изделий (в пределах допустимых диапазонов изменения их характеристик);

? сокращение производственного цикла;

? повышение загруженности оборудования;

? сокращение запасов;

? повышение производительности серийного производства.

Причём повышение производительности производства можно осуществлять тремя основными путями:

? повышение производительности подготовки производства (эту задачу решают системы автоматизированной подготовки производства);

? интенсификация режимов обработки;

? сокращение вспомогательного времени (межоперационное хранение изделий, ожидание процесса обработки, транспортирование и прочее).

При этом, как показали статистические исследования, в серийном производстве машинное время, определяющее процесс формоизменения изделий, составляет не более 5 %. Поэтому очевидно, что в этом случае интенсификация режимов обработки не даёт значительного увеличения производительности и основную роль будет играть сокращение вспомогательного времени. Эта задача, конечно может решаться за счёт улучшения организации труда, однако в развитых производствах эти резервы уже исчерпаны. И в этом случае дальнейшее увеличении эффективности производства возможно путём гибкой автоматизации и удаления человека из непосредственного производства, оставив за ним функции подготовки производства, наблюдения и наладки.

Гибкость (производственная) - способность к быстрой перенастройке производства в целом.

Гибкое автоматизированное производство (ГАП) - система автоматизации, охватывающая все производство - от идеи создания до изготовления изделия. ГАП охватывает этапы научных исследований, автоматизацию подготовки производства (как конструкторской, так и технологической) и автоматизацию изготовления.

Создание ГАП стало возможным только в начале 60-х годов в связи с началом развития вычислительной техники и систем числового программного управления технологическим оборудованием (первая ГПС была создана в США в 1964году). Научные же основы ГАП (такие как, например, принципы многооперационной обработки) были предложены ещё в 30-х годах профессором А.П. Соколовским.

Основные достоинства ГАП:

? повышение производительности;

? удовлетворение потребности рынка;

? уменьшение временных затрат освоения изделий;

? значительное уменьшение численности персонала;

? увеличение загрузки оборудования;

? повышение контроля качества изделий;

? более компактные производственные помещения.

Основные недостатки ГАП:

? высокотехнологичное оборудование, требующее высокой надёжности всех элементов системы;

? высокие требования к квалификации рабочих;

? высокая точность изготовления деталей (6-7 квалитет).

В настоящее время появляется всё больше фирм, специализирующихся на разработке, обслуживании и подготовки персонала для ГАП [2].

Целью данной дипломной работы является разработка гибкой производственной системы (ГПС) для изготовления деталей типа тел вращения, соответствующей передовому уровню отечественной и зарубежной техники и обеспечивающей качественное производство деталей типа тел вращения.



1. Литературный обзор по принципам построения и структуре ГПС

В отечественной и зарубежной практике за последнее десятилетие было разработано и передано в эксплуатацию несколько сотен гибких производственных систем (ГПС) различного целевого назначения и уровня автоматизации.

Согласно проведённым недавно исследованиям на ряде промышленных предприятиях, показало, что 45 % ГПС не достигали проектных показателей по ряду причин. Причём в большинстве случаев низкая эффективность ГПС обусловлена недостаточным технико-экономическим обоснованием целесообразности создания системы в условиях конкретного потребителя (включая и неподготовленность предприятия к эксплуатации систем подобной сложности), неправильным выбором уровня автоматизации, структуры и состава ГПС, недостаточным опытом проектировщиков и заказчиков, несоответствием ГПС общей структуре производственного процесса предприятия.

Использование традиционных методов проектирования при создании автоматизированных переналаживаемых производственных комплексов, какими, собственно, и являются ГПС, оказалось неприемлемым в силу значительной трудоёмкости разработки нескольких вариантов и возможности случайного выбора окончательного проектного, решения, т.к. оптимальный (или близкий к нему) вариант на практике может вообще не рассматриваться и, соответственно, не разрабатываться. С другой стороны, рациональность одновариантного проектирования полностью зависит от ряда случайных факторов, включая опыт и квалификацию проектировщиков.

Создание ГПС является сложной научно-технической задачей, предусматривающей разработку оптимального, экономически обоснованного проекта на основе новейших достижений науки и техники, обеспечивающих высокую эффективность производства и качество продукции [3].

В состав проекта ГПС (как и любого проектируемого изделия), согласно требованиям ГОСТа 15.001-73 "Порядок разработки и постановки продукции на производство", должны входить: заявки на создание ГПС, аванпроект, техническое задание (ТЗ), проект и рабочая документация. В составе проекта имеются организационно-технологическая и конструкторская части, разделы, посвящённые автоматизированной системе управления и строительно-монтажным работам.

Таким образом, ТЗ на создание ГПС - это совокупность уточнённых документов, содержащих технико-экономические показатели н все исходные данные, необходимые для разработки технической документации на ГПС в целом и на её составные части, и дающие полное представление о составе и принципе организации системы.

Проект ГПС ? это совокупность документов, содержащих окончательные технические решения, а также необходимые данные для разработки рабочей документации.

Гибкая производственная система (ГПС) - подразумевает различные сочетания оборудования, станков с ЧПУ, гибких производственных модулей (ГПМ), технологическое оборудование и системы обеспечения их функционирования. ГПС должна обладать свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий различной номенклатуры.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) - это технологическая единица оборудования, которая может являться частью ГПС.

Гибкий производственный цех - комплекс ГП-линий, ГП-участков, ГП-модулей, предназначенный для выполнения технологических процессов и переналаживаемый на изделия заданной номенклатуры.

Принято различать кратковременную и долговременную гибкость:

? Кратковременная гибкость позволяет быстро переналаживать имеющееся оборудование на производство различной продукции в рамках действующей производственной программы.

? Долговременная гибкость обеспечивает возможность переналадки на выполнение новых, заранее не предусмотренных технологических задач.

Основные стадии создания ГПС включают следующие разработки:

? заявка на разработку ГПС;

? техническое задание;

? технический проект;

? рабочий проект;

? внедрение ГПС.

Заявка на разработку ГПС должна включать исходные требования к проектируемой ГПС - номенклатуру изготавливаемых изделий, ориентировочные объёмы производства по каждому изделию.

Техническое задание включает:

? основание для разработки ГПС;

? цель и назначение разработки;

? технические требования к ГПС;

? технико-экономические показатели ГПС;

? стадии и этапы разработки;

? порядок контроля и приёмки.

Технические требования к ГПС должны включать следующие основные ограничения:

? уровень автоматизации;

? перечень обязательных технических средств ГПС;

? схемно-структурные ограничения;

? конструктивно-компоновочные, габаритные, энергетические и другие ограничения;

? качество функционирования системы, точность обработки, качество поверхностей, надёжность, долговечность, живучесть;

? информационные и программно-алгоритмические ограничения, а также информационное обеспечение, возможности корректировки программного обеспечения;

? системно-организационные ограничения;

? использование групповой технологии, требования к гибкости потоков;

? эксплуатационные ограничения: условия эксплуатации, режимы работ ГПС, требования охраны труда и техники безопасности;

? социальные требования;

? экологические требования;

? эволюционно-адаптивные требования;

? особые требования.

В качестве технико-экономических показателей используются, производительность, прямые производственные затраты, сроки окупаемости, период эксплуатации.

Технический проект ГПС содержит окончательные технические решения, дающие полное представление о составе, структуре (лист № 1 приложения 1) и функционировании комплекса, а также исходные данные для составления рабочей документации.

В рабочий проект ГПС включают техническую документацию, необходимую для изготовления ГПС:

? конструкторскую;

? технологическую;

? программную;

? строительно-монтажную;

? организационную.

В соответствие с основными задачами, решаемыми в ГПС в процессе обработки, в ГПС используются следующие основные подсистемы:

? Управление - для решения задач организации и управления производственным процессом в ГПС, основными из которых являются следующие, - планирование, учёт, контроль хода производства, координация взаимодействия функциональных подсистем ГПС, автоматическое управление всеми техническими средствами ГПС;

? ТПП (технологическая подготовка производства) - для автоматизации проектирования технологических процессов, инструментальных наладок и оснастки, подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ;

? Обработка - обеспечивает автоматизированную обработку изделий в ГПС;

? АТСС (автоматизированная транспортно-складская система) - для осуществления учёта, автоматизированного хранения, доставки заготовок, полуфабрикатов, готовых изделий, инструментов, приспособлений, тары и др. на рабочие места ГПС, разгрузки и разгрузки оборудования ГПС.

? Инструмент - для обеспечения технологических процессов обработки необходимыми инструментами и оснасткой: комплектация, сборка-разборка, настройка, паспортизация, сортировка, заточка, определение стойкости, учёт наработки и прочие;

? Контроль - для обеспечения требуемого качества изготавливаемых изделий и работоспособности технических средств ГПС;

? СОЖ (снабжения смазочно-охлаждающими жидкостями) - для централизованного снабжения СОЖ;

? УОП (удаления отходов производства) - для сбора и удаления стружки и др. отходов производства от рабочих мест (может быть с разделением отходов по видам и маркам материалов) и предварительная их обработка;

? ТОП (технического обслуживания и ремонта) - для организации и проведения технического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов оборудования ГПС;

? ХОБ (хозяйственного обеспечения) - для обеспечения ГПС вспомогательными материалами, ремонта помещений.

Основные функции системы планирования и управления ГПС:

? прогнозирование;

? планирование производства;

? оценка производственных затрат;

? формирование основного графика производства;

? планирование материальных потребностей;

? материально-техническое снабжение;

? календарное планирование;

? диспетчеризация;

? оперативное управление технологическими процессами;

? контроль качества выпускаемой продукции;

? поставки по заказам и управление запасами готовой продукции.

Функциональная блок-схема системы планирования и управления производством показана на рисунке 1.1.

Прогнозирование позволяет предвидеть будущий объем реализации продукции, различают:

? долгосрочные прогнозы на срок более 5 лет, основной целью которых являются рекомендации по реконструкции производства и выполнению научно-исследовательских работ;

? среднесрочные прогнозы на срок 1-2 года, которые используются для планирования заказов на поставки материалов и комплектующих изделий.

Планирование производства имеет целью оценку выпуска продукции по группам изделий на определённый отрезок времени (чаще всего - на год). Такое планирование необходимо для определения необходимых запасов (материалов, комплектующих и др.) по производству каждой группы изделий [4].

Оценка производственных затрат осуществляется для формирования цен на продукцию и выполняется с помощью известных методов микроэкономики.

Формирование основного графика производства - это установление объёмов выпуска и сроков изготовления по каждому виду продукции, на основании чего определяются графики поставок необходимых материалов, комплектующих и др. основной график может формироваться на месяц, неделю, день.

Рисунок 1.1 - Функциональная блок-схема

Планирование материальных потребностей осуществляется на основе основного графика производства и устанавливает все компоненты (сырье, комплектующие, инструменты и др.), необходимые для изготовления изделий.

Материально-техническое снабжение имеет своей целью оформление заказов и приобретение всех необходимых компонентов (материалов, комплектующих, инструментов и др.), необходимых для изготовления изделий. при этом общеизвестна дилемма материально-технического снабжения: "изготовить или купить". в странах с развитой рыночной экономикой широко развиты кооперативные связи и, в этом случае, конечно, выгоднее купить, чем изготавливать в условиях "натурального хозяйства".

Календарное планирование (иначе его ещё называют составлением расписания) выполняется с целью назначения моментов начала и окончания изготовления изделий. Задача календарного планирования является наиболее ответственной и сложной в ГПС, что вызвано возможностью одновременного изготовления на ГПС нескольких изделий, каждое из которых имеет индивидуальный технологический процесс.

Диспетчеризация осуществляется путём выдачи индивидуальных заданий на согласованное выполнение работ по изготовлению продукции. В ручном производстве диспетчеризация осуществляется руководителями подразделений (мастер, бригадир, диспетчер). В ГПС эта функция выполняется управляющим вычислительным комплексом ГПС.

Оперативное управление обеспечивает управление оборудованием и транспортными потоками в ГПС.

Контроль качества обеспечивает контроль соответствия производимых изделий заданным техническим характеристикам.

Поставка по заказам и управление запасами готовой продукции должна обеспечивать создание рациональных запасов по каждому виду продукции, достаточных для удовлетворения спроса потребителей.

Анализ эффективности ГПС можно разделить на несколько составляющих этапов:

? анализ затрат и потерь существующего производства;

? анализ затрат и экономии от внедрения ГПС;

? анализ риска и чувствительности технических решений.

На этапе анализа затрат существующего производства определяются показатели, определяющие прямые производственные затраты продукции, производительность обработки, степень использования технологического оборудования, уровень запасов материалов.

Анализ затрат и экономии от внедрения ГПС основан на оценке как количественных, так и качественных показателей:

? показатели прямой экономии, имеющие количественный характер;

? показатели косвенной экономии, сочетающие как количественные, так и качественные оценки;

? факторы экономии, имеющие качественный характер.

Показатели прямой экономии, уменьшение затрат на:

? прямую оплату труда;

? обеспечение производства энергией, топливом;

? перемещение материалов, полуфабрикатов, изделий;

? обработку отходов;

? амортизацию помещений и оборудования.

Основные показатели косвенной экономии в ГПС:

? ускорение производственного цикла;

? снижение уровня незавершённого производства;

? снижение уровня складских запасов и затрат на их хранение;

? уменьшение затрат на оплату труда в сфере ремонта, обслуживания и эксплуатации меньшего парка оборудования (хотя они могут и возрасти вследствие усложнения оборудования и повышения квалификации обслуживающего персонала);

? повышение уровня инженерного труда: эффективности обработки информации, проектирования, планирования, организационного управления;

? снижение затрат на реконструкцию и модернизацию производства.

Качественные факторы экономии наиболее сложны для оценки:

? улучшение качества продукции и повышение её конкурентоспособности;

? возможность быстрого изменения характеристик производимых изделий;

? улучшение условий труда;

? повышение эффективности связей между предприятиями и степени кооперации на основе высокой дисциплины взаимных поставок;

? снижение затрат в социальной сфере (в результате уменьшения количества работающих).

Анализ риска и чувствительности экономических решений при создании ГПС необходим в связи с отвлечением больших средств, необходимых для внедрения ГПС, на достаточно длительное время. Поэтому анализ риска проводится очень тщательно с помощью систем имитационного моделирования [5].

Основные технико-экономические характеристики ГАП:

? производительность живого и фондоотдача осуществлённого труда;

? степень гибкости производства;

? продолжительность производственного цикла изготовления изделий;

? потери от брака;

? материалоёмкость и энергопотребление производства;

? применение безотходных технологий;

? надёжность ГАП;

? живучесть ГАП.

Примеры компоновочных схем ГПС:

Без транспортной тележки, транспортирование с помощью робота-штабелёра, показано на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Компоновочная схема: 1-3 - ГПМ; 4-6 - устройства манипулирования; 7-9 - пристаночные накопители; 10 - транспортное устройство; 11 - автоматический склад; 12 - управляющий вычислительный комплекс ГПС; 13-16 - УЧПУ станочных модулей и автоматического склада

Такая компоновка используется при небольшом количестве ГПМ, т.е. в том случае, когда их можно расположить вдоль склада, т.е. это ГПЛ (линия).

С применением транспортной тележки, показано на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Компоновочная схема: 1-2 - ГПМ; 3-4 - пристаночные накопители; 5-6 - устройства загрузки-выгрузки; 7 - автоматическая тележка, транспортный робот

Создание дорогостоящих крупных технических систем (ГПС) потребовало минимизации уровня риска принятия не только ошибочного, но даже просто неоптимального технического решения при их проектировании.

Опыт отечественной и зарубежной практики создания ГПС показал, что перенос традиционных методов на процесс проектирования ГПС неприемлем ввиду значительной трудоёмкости разработки нескольких вариантов и не исключает случайный выбор окончательного проектного решения. Это положение потребовало практического переосмысления всей существующей методологии проектирования вообще и проектирования ГПС в частности.

В то же время, в результате анализа ряда литературных источников выявлены методические и теоретические подходы для целенаправленного определения оптимального или близкого к нему состава ГПС и методология оценки экономической эффективности проектного варианта. Причём информационной базой для оценки принятого варианта на ранних стадиях проектирования могут служить данные, полученные в результате статистического анализа по ряду основных показателей ГПС (технические возможности, производительность, комплектация, режим эксплуатации надёжность и т. д.) при условии их постоянного обновления.

Относительно собственно проектирования ГПС (поиска ее образа), с точки зрения системного проектирования был выявлен алгоритм проведения этих работ по этапам (постановка задачи, формирование комбинаторного множества, выбор оптимального варианта создаваемой системы, уточняющий анализ выбранных вариантов и выдача ТЗ на разработку отдельных технических средств), а также были показаны состав и особенности работ по каждому из этапов.

Необходимо отметить, что одним из основных условий успеха той или иной методологии проектирования является наличие развитого информационного массива данных, представленных в удобном для многовариантного автоматизированного проектирования виде. Особенности информационного обеспечения системного проектирования ГПС, основанного на определённого вида классификации составляющих ГПС, показали необходимость предварительной обработки информации для формирования комбинаторной матрицы или файла на базе иерархической структуры, (что, собственно, подтверждено приведёнными примерами подсистемы инструментального обеспечения и транспортной подсистемы). Указанные примеры в достаточной степени выявляют необходимость изменения ряда паспортных данных ГПС и её составляющих для обеспечения процесса автоматизированного проектирования производственных систем вообще и ГПС в частности.



2. Технологическая часть. Разработка технологического процесса изготовления детали пуансон

В рассматриваемом машиностроительном производстве имеются ряд деталей, которые имеют сходную между собой конструкцию. Представим комплексную деталь (лист № 2 приложения 1).

В данном случае каждая из показанных деталей имеет ряд признаков таких, как геометрическую форму, размеры, конструкцию, массу, допуска, квалитет и прочие характеристики. В результате мы создаём для каждого передела - группу деталей, с общими признаками.

Группа деталей, характеризуется общностью оборудования при обработке, оснастки, наладки всего технологического процесса или его отдельных операций. Создавая унифицированные технологические процессы, необходимо основываться на сходных признаках: по конструктивно-технологическому сходству (валы, втулки, шестерни и т.д.); по элементарным поверхностям, которым соответствуют элементарные технологические процессы; по преобладающим видам обработки, общности наладки оборудования и т.д.

При создании групповых технологических процессов за базовую основу берут комплексную деталь.

Групповая оснастка - это совокупность приспособлений и инструментов, обеспечивающих обработку всех заготовок деталей данной группы с несколькими переналадками.

Так технологический процесс, составленный для комплексной детали в целом, может быть использован при изготовлении любой другой детали данной группы. Для отдельных деталей групп возможен пропуск некоторых ненужных операций.

Групповая операция - это такая операция, которая является общей для группы различных деталей с определённой групповой оснасткой на данном оборудовании.

2.1 Описание конструкции и назначение детали

Деталь - пуансон. Пуансоны широко используются в узлах и механизмах, предназначенных для штамповки или формовки деталей различных форм [6].

Заготовки для пуансонов получают, как правило, из горячекатаного проката. Прокат в виде прутков (цилиндров) правят и разрезают на заданные размеры с учётом припусков на обработку. Затем в зависимости от конфигурации и технических требований к изделию заготовки в виде разрезанных прутков обдирают и фрезеруют торцы.

Изготавливаемый пуансон представляет собой цилиндр, имеющий следующие размеры: (рисунок 2.1 приложения 2).

длина - 90мм;

диаметр - 76мм.

Пуансон изготавливается из стали 40ХН по ГОСТ 4543-71. Химический состав и механические свойства материала после термообработки приведены в таблицах 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1 - Химический состав стали 40ХН (ГОСТ 4543-71), %

Углерод, (С)	Хром, (Х)	Никель (Н)	Сера, (S)
0,38-0,42	0,9-1,1	0,50-0,80	0,03

Таблица 2.2 - Механические свойства стали 40ХН (ГОСТ 4543-71)

ут., МПа	увр., МПа	ув., %	ш, %	Н, Дж/см 2	НВ, не более
Не менее		В отожжённом или отпущенном состоянии
833	920	10	45	69	203 … 229

Стальные пуансоны из легированной конструкционной стали, работающие при значительных нагрузках, для повышения прочности подвергаются термической обработке. В нашем случае для полного снятия остаточных напряжений, обеспечения сочетания высокой прочности и пластичности при окончательной термообработке, применена закалка в масле с последующим отпуском [6].

Пуансон крепится к корпусу узла посредством болтов М 8, для чего в детали изготавливаются 6 отверстий. По своей конструкции деталь является достаточно технологической. Изготовленные, путём механической обработки, поверхности имеют необходимую и достаточную точность и шероховатость поверхностей. Кроме того, преобладающей шероховатостью на поверхности пуансона является Ra 0,8, достигаемая на шлифовальном оборудовании.

На чертеже пуансона заданы сопряжённые, габаритные и свободные размеры. На сопряжённые размеры заданы поля допусков. Предельные отклонения многократно повторяющихся размеров относительно низкой точности указаны в технических требованиях на поле чертежа.

2.2 Технологичность конструкции и анализ детали

Обеспечение изделия технологичностью конструкции является одной из основных функций единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП). Анализ технологичности в машиностроении производится как для изделия в целом, так и для отдельных деталей.

Деталь, типа пуансон, изготовлена из легированной конструкционной стали прокатом. По форме деталь является телом вращения. Заготовку будем обрабатывать в трёхкулачковом самоцентрирующемся патроне.

На чертеже обрабатываемой детали указаны параметры, дающие полное представление о детали, т.е. все проекции, разрезы и сечения, совершенно чётко и однозначно объясняют конфигурацию детали, и возможные способы получения заготовки, также указаны диаметры, линейные размеры, допуска и шероховатость поверхностей, параметры соосности.

Неуказанные предельные отклонения ряда поверхностей и свободных размеров выполняется в соответствии со СТ СЭВ 144-75. В детали не применяются защитные и декоративные покрытия.

Анализ чертежа показывает, что конструкция детали в основном обработана на технологичность, а именно: обеспечивается свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям, что позволяет использовать при обработке многоинструментальные наладки и высокопроизводительные режимы резания. Заданная чертежом точность размеров поверхностей, их относительное расположение и параметры качества поверхностных слоев могут быть достаточно экономично обеспечены традиционными методами механической обработки. Базовые поверхности технологичны для базирования, установки и закрепления детали. На пуансоне предусмотрены канавки для прохода и выхода обрабатывающего инструмента.

Пуансон изготовлен с минимальными трудовыми затратами и с соблюдением требований и технологии. Деталь в целом можно считать технологичной.

2.3 Разработка маршрутного технологического процесса

Разработка технологического маршрута механической обработки детали является основой всего раздела 2. От правильности и полноты разработки маршрутного технологического процесса во многом зависят организация производства и дальнейшие технико-экономические расчёты проекта [7].

Разработка технологического процесса должна быть основана на использовании научно-технических достижений во всех отраслях промышленности и направлена на повышение технического уровня производства, качества продукции и производительности труда.

Разрабатывая технологический процесс, следует учитывать определённую последовательность:

? В первую очередь необходимо обработать те поверхности, которые будут являться базовыми при дальнейшей обработке;

? Далее обрабатывают поверхности, которые в меньшей степени уменьшают жёсткость детали;

? Вначале выполняют те операции, в процессе которых есть вероятность получения брака из-за дефекта.

Технологический процесс составляют по операционно, с указанием всех переходов:

Заготовка - Пруток Ш 80 - Сталь 40ХН ГОСТ 4543-71.

Операция 010 Заготовительная

Нарезка заготовок из прутка Ш80 х 1000 мм в размер L = 95 мм.

Операция 020 Токарная с ЧПУ

Переход 01 - Подрезать торец в размер L = 92,5 мм,

Переход 02 -Точить поверхность Ш76 мм в размер 30 мм,

Переход 03 - Центровать и сверлить отверстие Ш20 мм в размер 95 мм,

Переход 04 - Расточить отверстие Ш35 мм в размер 20 мм,

Переход 05 - Расточить отверстие Ш70^+0,03 в размер 8мм.

Операция 030 Токарная с ЧПУ

Переход 01 - Подрезать второй торец в размер L = 90 мм,

Переход 02 - ТочитьШ50 мм в размер 65мм с подрезкой торца Ш50 /Ш76 мм,

Переход 03 - Расточить отверстие Ш34,5 мм в размер 50 мм,

Переход 04 - Расточить конус 10⁰ на Ш41,5 мм,

Переход 05 - Расточить канавку 3 х Ш37 мм.

Операция 040 Координатно-расточная с ЧПУ

Переход 01 - Сверлить три отверстия Ш5,0 мм и нарезать резьбу М 6,

Переход 02 - Сверлить и цековать четыре отверстия Ш11 / Ш6,5 мм.

Операция 050 Термическая

Операция 060 Шлифовальная с ЧПУ

Переход 01 - Шлифовать конус 10⁰ на Ш42 мм выдерживая допуски формы расположения поверхности относительно базы Б,

Переход 02 - Шлифовать внутреннюю поверхность Ш35^+0,025 мм, выдерживая допуски формы расположения поверхности относительно базы Б.

2.4 Предварительное нормирование технологических операций

1. Подрезать торец в размер L= 92,5 мм за один проход

t₁ = 0,052(D² - d²) = 0,052•(80^2-0²) = 332,8•10^-3, мин,

2. Точить поверхность Ш 76 мм в размер 3 0мм за один проход

t₂ = 0,17•d•l = 0,17•76•30 = 387,6•10^-3, мин,

3. Сверлить отверстие Ш 2,0 мм на глубину 5 мм за один проход

t₃ = 0,52•d•l = 0,52•2•5 = 5,2•10^-3, мин,

4. Сверлить отверстие Ш 20 мм на глубину 100 мм за один проход

t₄ = 0,52•(d•l) = 0,52•(20•100) = 1040•10^-3, мин,

5. Расточить отверстие Ш 35 мм на глубину 20 мм за пять проходов

t₅ = 5•0,31•d•l = 5•0,31•35•20 = 1085•10^-3, мин,

6. Расточить отверстие Ш 70^+0,03 мм на глубину 8 мм за десять проходов

t₆ = 10•0,31•d•l = 10•0,31•70•8 = 1736•10^-3, мин,

7. Подрезать торец в размер L= 90 мм за один проход

t₇ = 0,052•(D² - d²) = 0,052•(80^2-20²) = 312•10^-3, мин,

8. Точить поверхность Ш 50 мм в размер 65 мм за десять проходов

t₈ = 10•0,17•d•l = 10•0,17•50•65 = 5525•10^-3, мин,

9. Расточить отверстие Ш 34,5 мм на глубину 50 мм за пять проходов

t₉ = 5•0,31•d•l = 5•0,31•34,5•50 = 2674•10^-3, мин,

10. Расточить конус 10⁰ на Ш 41,5 мм на длине 21 мм за один проход

t₁₀ = 0,17•d•l = 0,17•41,5•21 = 150•10^-3, мин,

11. Расточить канавку 3 х Ш 37 мм за один проход

t₁₁ = 0,17•d•l = 0,17•37•3 = 19•10^-3, мин,

12. Сверлить 3 отверстия под резьбу М 6 на глубину 8 мм за один проход

t₁₂ = 3•0,52•(d•l) = 3•0,52•(5•8) = 62•10^-3, мин,

13. Нарезать 3 резьбы М 6 на глубину 8 мм за один проход

t₁₃ = 3•0,4•(d•l) = 3•0,4•(6•8) = 57,6•10^-3, мин,

14. Сверлить 4 отверстия Ш 6,5 мм на глубину 18 мм за один проход

t₁₄ = 4•0,52•(d•l) = 4•0,52•(6,5•18) = 243,4•10^-3, мин,

15. Сверлить 4 отверстия Ш 11 мм на глубину 6,5 мм за один проход

t₁₅ = 4•0,52•(d•l) = 4•0,52•(11•6,5) = 148,7•10^-3, мин,

16. Шлифовать конус 10⁰ на Ш 42 мм на длине 21 мм

t₁₆ = 1,8•(d•l) = 1,8•(42•21) = 1587,6•10^-3, мин,

17. Шлифовать внутренний Ш 35^+0,025 мм на длине 30 мм

t₁₇ = 1,8•(d•l) = 1,8•(35•30) = 1890•10^-3, мин,

Общая норма времени на механическую обработку детали (средняя продолжительность механической обработки детали) предварительно равна:

t_{шт. ср.}= Уt_i = 17255•10^-3 мин ? 17,3, мин.

2.5 Определение типа производства и формы организации технологического процесса механической обработки

Согласно ГОСТ 3.1108-74 тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операций К_з.о., который указывает на соотношение технологических операций, выполняемых в течение месяца, к числу рабочих мест.

Рассчитывается К_з.о. по следующей формуле:

К_з.о.=ф / t_{шт. ср.}, (2.1)

где t_{шт. ср.}= 17,3 - средняя продолжительность мех обработки детали, мин;

ф - такт выпуска, который определяется по формуле:

ф = (F_T? 60) / N_г, (2.2)

где N_г. = 600 - годовой выпуск, шт;

F_T. - годовой фонд рабочего времени.

F_T. = (К - В - П) • Т_с. •m • з, час, (2.3)

где К = 365 - количество дней в год;

В = 104 - выходные дни;

П = 10 - праздничные дни;

Т_с. = 8 - продолжительность смены, час;

m = 1 - количество смен в день;

з = 0,96 - коэффициент работы оборудования.

F_T. = (365-104-10) • 8 • 1 • 0,96 = 1927,68, час.

ф = (1927,68 • 60) / 600 = 192,8,

К_з.о. = 192,8 / 17,3 = 11,14.

В связи с тем, что коэффициент Кз.о. по данным расчетов находится в пределах от 10 до 20, то данное производство считается среднесерийным.

В таком производстве используется высокопроизводительное оборудование, где наряду с универсальным применяют специализированное и даже специальное оборудование. При этом широко используют специализированные и переналаживаемые приспособления, универсальный, стандартный и специальный режущий и измерительный инструмент, увеличивающие производительность и тем самым, позволяет снизить трудоёмкость и прямые производственные затраты на изготовление изделия.

Оборудование, предназначенное для обработки заготовок, выпускаемых в большом количестве, располагают по ходу технологического процесса, часть оборудования располагают по группам станков. Для среднесерийного производства характерен дифференцированный процесс изготовления деталей, разделённый на самостоятельные операции, выполняемые на определенных станках [8].

Цикл изготовления продукции при среднесерийном производстве средний.

Производительность труда и се 6естоимость выпускаемой продукции средняя.

2.6 Выбор и расчёт припусков на механическую обработку

При выполнении дипломного проекта расчёт припусков на механическую обработку производится аналитическим методом и по таблицам.

Рассчитаем припуска и промежуточные предельные отклонения размеров на механическую обработку внутренней поверхности Ш35^+0,025 мм.

Технологический маршрут механической обработки внутренней поверхности состоит из чистового растачивания и чистового шлифования, выполняемого одной установке обрабатываемой детали.

Расчёт припусков на обработку внутренней поверхности приведён в таблице 2.3 в которой последовательно записывается технологический маршрут обработки поверхности и все значения составляющих элементов припуска.

Значения R_z и Т, характеризующие качество поверхности заготовок из прутка, составляют 150 и 250 мкм.

Для заготовок данного типа суммарное значение пространственных отклонений определяется по формуле:

с _заг. = Дk • l, мкм, (2.4)

где Дk - удельная кривизна заготовки, после правки на прессе;

l = 95 - длина обрабатываемой заготовки, мм,

с _заг. = 0,12 • 95 = 11,4, мкм.

Пространственные остаточные отклонения на обработанных поверхностях, имевших исходные отклонения, остаются вследствии копирования погрешностей при обработке. Значение данных отклонений зависят как от режимных условий обработки, так и от параметров, характеризующих жёсткость технологической системы и механические свойства материала.

Пространственное отклонение - остаточное:

с _ост. = k_у • с _заг., мкм, (2.5)

где k_у - коэффициент уточнения формы.

После окончательного (чистового) растачивания из проката:

с_{ост. 1} = 0,04 • с _заг. = 0,04 • 11,4 = 0,456, мкм.

Погрешность установки е_у. на выполняемом переходе при определении промежуточного припуска характеризуется смещением обрабатываемой поверхности, которое должно компенсировать дополнительной составляющей промежуточного припуска:

, мкм,

где е_б. - погрешность базирования;

е_з. - погрешность закрепления;

е_пр. - погрешность положения заготовки в приспособлении.

Погрешность установки при чистовом растачивании составляет 70 мкм, а при чистовом шлифовании - 30, мкм.

Занесём данные в таблицу 2.3



Таблица 2.3 - Расчёт припуска и промежуточных предельных отклонений размеров на механическую обработку внутренней поверхности пуансона Ш35^+0,025 мм

Опера-ция	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск 2Zmin, мкм	Расчетный размер dр., мм	Допуск д, мкм	Предельный размер, мм	Предельные значения припусков, мкм
	Rz	T	с	еу				d min	d max	2Zi пр.min	2Zi пр.max
Заготов-ка	150	250	11,4	100	-	33,74	1000	32,74	33,74	1285	2260
Растачи-вание Чисто-вое	30	30	0,456	70	1001	34,74	150	34,59	34,74	1000	1850
Шлифо-вка чисто-вая	5	15	-	30	260	35,00	25	35,00	35,025	285	410

На основании данных в таблице, производим расчёт межоперационных припусков, пользуясь основной формулой:

, мкм, (2.7)

Максимальный припуск под чистовое растачивание:

, мкм, (2.8)

, мкм,

Максимальный припуск под чистовое шлифование:

, мкм, (2.9)

, мкм.

Следующая графа заполняется, начиная с номинального размера путем последовательного вычитания расчетного максимального припуска каждого технологического перехода. Значение наибольшего предельного размера определяется округлением расчетных размеров в сторону увеличения. Округление происходит до того же знака, с каким дан допуск на размер для каждого технологического перехода.

Наименьшие предельные размеры d_mini вычисляем путем вычитания допуска к округлённому наибольшему размеру.

d_minшлиф. = d_maxшлиф. - д_шлиф.=35,025-0,025 = 35,000, мм,

d_{min чист.} = d_{max чист.} - д _чист. = 34,74-0,15 = 34,590, мм,

d_minзаг. = d_maxзаг. - д_заг. = 33,74-1,00 = 32,740, мм.

Предельные значения припусков 2Zi пр.^min определяем как разность наибольших предельных размеров и 2Zi пр.^max как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого перехода.

2Z_{шлиф. пр.} ^min= d_{max шлиф.} - d_{max чист.} = 35,025-34,74 = 0,285, мм,

2Z _{чист. пр.} ^min= d_{max чист.} - d_maxзаг. = 34,74-33,74 = 1,000, мм,

2Z _{шлиф. пр.} ^max= d_{min шлиф.} - d_{min чист.} = 35,00-34,59 = 0,410,мм,

2Z _{чист. пр.} ^max= d_{min чист.} - d_minзаг. = 34,59-32,74 = 1,850, мм.

На основании данных представленных в таблице 2.3 строится схема (рисунок 2.2 приложения 2) расположения припусков и промежуточных предельных отклонений размеров на механическую обработку внутренней поверхности пуансона Ш35^+0,025 мм.

2.7 Выбор технологического металлорежущего оборудования

Тип производства и конфигурация детали определяет выбор оборудования, которое должно обеспечить высокопроизводительную обработку и автоматическое получение заданной точности путём настройки [11]. Выбор станка производится по каталогам, справочникам на станки с учётом характера оборудования, габаритных размеров заготовки и содержания технологической операции:

? Для заготовительной операции 010 выбирается отрезной круглопильный станок (полуавтомат) модели 8А 631.

? Для токарных операций с 020 по 030выбирается токарный патронно-центровой станок с ЧПУ модели 16К 20Ф 3С 5.

? Для координатно-расточной операции 040 выбирается координатно-расточной станок с ЧПУ модели 24К 40СФ 4.

? Для шлифовальной операции 060 выбирается внутришлифовальный станок с ЧПУ модели 3К 227АСФ 3 со следующими характеристиками:

Результаты выбора технологического металлорежущего оборудования сводим в таблицу 2.4 [12].

Таблица 2.4 - Сводная таблица металлорежущего оборудования

Номер операции	Наименование операции	Станок, оборудование
010	Заготовительная	Отрезной круглопильный станок (полуавтомат) модели 8А 631
020	Токарная с ЧПУ	Токарный патронно-центровой станок с ЧПУ модели 16К 20Ф 3С 5
030
040	Координатно-расточная с ЧПУ	Координатно-расточной станок с ЧПУ модели 24К 40СФ 4
060	Шлифовальная с ЧПУ	Внутришлифовальный станок с ЧПУ модели 3К 227АСФ 3

2.8 Выбор режущего инструмента

В зависимости от вида обработки, метода, заданной производительности, выбираем режущий инструмент. При выборе режущего инструмента необходимо стремиться применять стандартный инструмент. Правильный выбор режущей части инструмента имеет большое значение для повышения производительности и снижения прямых производственных затрат обработки. Для обработки стали (40ХН и т.д.) рекомендуется применять инструмент, режущая часть которого изготовлена из титановольфрамовых твёрдых сплавов (Т 5К 10, Т 15К 6).

Выбор режущего инструмента для выполнения механической обработки производится по соответствующим стандартам и справочной литературе в зависимости от вида технологических операций (переходов) [9].

ОПЕРАЦИЯ 010 Заготовительная

Пила дисковая Ш200 мм (сплав Т 15К 6) ГОСТ 4047-72.

ОПЕРАЦИЯ 020 Токарная с ЧПУ

Переход 01 Подрезной резец 2112-0035 Т 15К 6 ГОСТ 2379-77,

Переход 02 Проходной упорный резец 2101-0007 Т 15К 6 ГОСТ 18879-73,

Переход 03 Центровочное сверло Ш2мм 2317-0116 Т 15К 6 тип В ГОСТ 14952-75. Сверло спиральное Ш20,0мм 2300-0109 Т 15К 6 с цилиндрическим хвостовиком ГОСТ 886-77,

Переход 04 Расточной резец 2141-0004 Т 15К 6 ГОСТ 18883-73 (для глухих отверстий),

Переход 05 Расточной резец 2141-0004 Т 15К 6 ГОСТ 18883-73 (для глухих отверстий).

ОПЕРАЦИЯ 030 Токарная с ЧПУ

Переход 01 Подрезной резец 2112-0035 Т 15К 6 ГОСТ 2379-77,

Переход 02 Проходной упорный резец 2101-0007 Т 15К 6 ГОСТ 18879-73,

Переход 03 Расточной резец 2141-0004 Т 15К 6 ГОСТ 18883-73 (для глухих отверстий),

Переход 04 Расточной резец 2141-0004 Т 15К 6 ГОСТ 18883-73 (для глухих отверстий),

Переход 05 Канавочный резец 2662-0505 Т 15К 6 ГОСТ 18876-73.

ОПЕРАЦИЯ 040 Координатно-расточная с ЧПУ

Переход 01 Сверло спиральное Ш5,0 мм 2300-6173 Т 15К 6 с цилиндрическим хвостовиком ГОСТ 10902-77; Машинный метчик М 6-6g 2621-1153 ГОСТ 3266-81,

Переход 02 Сверло спиральное Ш6,5 мм 2300-0185 Т 15К 6 с цилиндрическим хвостовиком ГОСТ 10902-77; Цековка Ш11,0 мм с направляющей цапфой Ш6,5 мм 2350-0128 ГОСТ 15599-70.

ОПЕРАЦИЯ 060 Шлифовальная с ЧПУ

Переход 01 Шлифовальный круг марки ПВ 32х 32х 10 6С 10-П С 2 7 К 5 35м/с А 1кл. ГОСТ 2424-83,

Переход 02 Шлифовальный круг марки ПВ 32х 32х 10 6С 10-П С 2 7 К 5 35м/с А 1кл. ГОСТ 2424-83.

2.9 Выбор средств измерения

В среднесерийном производстве рекомендуется применять универсальные быстропереналаживаемые мерительные инструменты (скобы, пробки), широко используется штангенциркуль, различного типа микрометры, и методы контроля активного те, что получили широкое распространение во многих отраслях и сферах машиностроения. Активный контроль - это любой контроль, по результатам которого производится вмешательство (вручную или автоматически) в технологический процесс изготовления изделия. гибкая производственная вращение экономическое

При выборе средств измерения по показателям точности необходимо, чтобы погрешность средства измерения не превышала допускаемой погрешности измерения [10].

Для измерения и контроля размеров пуансона используют:

? для контроля внутренних размеров Ш35^+0,025 и Ш70^+0,03 выбирается нутромер микрометрический с величиной отсчёта 0,005 мм, и предельной погрешностью 10 мкм, с пределом измерения от 0 до 100 мм;

? для контроля длин и наружных размеров с полями допусков Н 12 и h12 - штангенциркуль типа ШЦ-П-200-0,05 по гост 166-88 с отсчётом по нониусу 0,05 мм, и глубиномер микрометрический с предельной погрешностью 10 мкм, с пределом измерения от 0 до 200 мм;

? для проверки и контроля допусков форм поверхности применяют индикаторы часового типа с ценой деления 0,003 мм и пределом измерения до 0,1 мм, с пределом погрешности 3 мкм;

? для проверки шероховатости поверхности применяют набор образцов шероховатости.

2.10 Выбор приспособлений

Для выполнения каждой технологической операции на станках, определяются с выбором приспособлений.

Для заготовительной операции 010 выбирается:

? трехкулачковый самоцентрирующийся спиральный патрон класс точности В (по ГОСТ 2675-80);

? призматические упоры установочные, нормальной точности (по ГОСТ 12194-75).

Для токарных операций с 020 по 030 выбирается:

? трехкулачковый самоцентрирующийся спиральный патрон класс точности В (по ГОСТ 2675-80);

? головка револьверная, шестипозиционная для токарных станков с ЧПУ с комплектом резцовых державок.

Для координатно-расточной операции 040 выбирается:

? специальная технологическая оснастка (цанга зажимная и установочный палец).

Для шлифовальной операции 060 выбирается:

? трехкулачковый самоцентрирующийся спиральный патрон класс точности В (по ГОСТ 2675-80).



2.11 Выбор режимов резания

При назначении и расчёте режимов резания (обработки) учитывают тип и размеры режущего инструмента, материал режущей части пластины, материал и состояние поставки заготовки, тип оборудования. Режимы резания определяются глубиной резания - t, подачей - S и скоростью резания - V.

Режимы резания определяют: точность обработки, качество обработанной поверхности, производительность и прямых производственных затрат на обработку, условия работы оборудования и рабочих [13].

Расчёт режимов резания на координатно-расточную операцию 040:

? Переход 01 сверление трёх отверстий Ш 5,0 мм на глубину 8,0 мм.

1. Расчёт длины рабочего хода суппорта L_р.х., в мм:

L_р.х. = L_рез. + у + L_доп., мм, (2.10)

где L_рез.= 8,0 - длина резания, мм;

у = 4 - длина подвода и перебега режущего инструмента, мм;

L_доп. = 0 - дополнительная длина хода.

L_р.х. = 8 + 4 + 0 = 12, мм,

2. Назначение подачи на оборот шпинделя S_o., в мм/об,:

а. Определение рекомендуемой подачи по нормативам:

S_o. = 0,4, мм/об,

б. Уточнение подачи по паспорту станка:

S_о.пасп.= S_o. = 0,4, мм/об.

3. Определение стойкости инструмента по нормативам Т_р., мин:

...